联合机动编队合同战术模型建模研究*

纪彦星

(91404部队　秦皇岛　066000)



联合机动编队合同战术模型建模研究*

纪彦星

(91404部队秦皇岛066000)

摘要联合机动编队作为多兵种合成编队发展的高级阶段,是海军机动作战力量的主要编成形式,采用合同战术方法,可以使各机动编队协调一致地行动,发挥整体威力,大大提高作战效能。论文采用面向对象的建模过程,从对作战环境和作战单元的分析工作着手,研究了联合机动编队的作战空间建模技术,建立了联合机动编队作战指挥环境模型和作战指挥智能体模型,通过仿真测试实例,对雷达模拟器进行模型校验,验证了模型的正确性。

关键词联合机动编队; 合同战术; 战术模型; 模型验证

United Battle Group Combined Tactics Model

JI Yanxing

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066000)

AbstractAs an advanced stage of joint formation, the united battle group is a main maneuver formation of navy. Using combined tactics methods makes each maneuver formations concerted and produce overall power, greatly improving operational effectiveness. In this paper, using object-oriented modeling process, the spatial modeling techniques are researched from the operational environment and operational unit analysis. Battle command model and agent model are established. The simulation tests of radar model prove the correctness of the model.

Key Wordsunited battle group, combined tactics, battle model, model test

Class NumberTP311

1引言

联合机动编队通常由大中型水面舰艇、潜艇和航空兵编成,具有较强的预警侦察、指挥控制、一体攻防、综合保障和整体防护能力。联合机动编队作战时采用的合同战术是一种指导和进行诸军种、兵种合同战斗的方法,可以使军队按照统一计划协调一致地行动,发挥整体威力,合力打击敌人。由于兵力数量大、协同对象多、组织结构复杂,实时性要求高、参与的战场环境瞬息万变,导致联合机动编队在进行合同战术时具有诸多难点,针对此困难,战术仿真实验技术是一种合理有效的解决方法。通过构建仿真环境,进行模拟推演论证与检验,辅助制定更加准确合理的合同战术[1]。

建模与仿真(M&S)技术是当今世界前沿科学之一,美国非常重视作战M&S的“超前智能较量”,并将其作为国防建设和军事改革重大决策过程中必不可少的环节。在1997年度的“美国国防技术领域”中将“M&S”列为“有助于大大改善军事能力的四大支柱:战备、现代化、部队结构、持续能力的一项重要技术”。

在北约科学委员会的组织下,一直在从事M&S的开发研究,北约国家还专门组织过诸如“国防过程的建模与分析”学术研讨会等活动。除美国之外,英、法、德、俄、意在M&S方面都有比较卓越的成果。日本几年前就已经拥有超强的计算机仿真核爆能力。据有关资料统计,在北约战区导弹防御作战演习中,美国国防部把计算机仿真作为战区导弹防御演习的主要工具之一。据称,有关防御系统性能的60%~70%的数据要靠计算机仿真来获得。除了美国之外,法国、英国和以色列等国,出于发展弹道导弹防御系统和反弹道导弹防御系统的不同需要,也都把开展弹道导弹攻防仿真研究摆在十分重要的地位。仿真技术在国内的民用领域已经得到了大量应用[2],各类设计验证与建模仿真工具被应用于复杂系统的研制过程中,发挥了事半功倍的效果。“九五”以来,国内外很多军事装备的研制单位纷纷开展了军事装备的仿真技术研究[3~7]。军事装备的仿真技术研究虽然取得了长足的发展,但与目前海军联合机动编队合同战术仿真试验的需求还存在着一定的差距,主要表现为仿真支持的规模不大、工具软件支持不全、基础数据不全等[3]。

本文通过理论分析与推导,建立了联合机动编队作战指挥仿真模型,并提出了模型验证方法。结果表明,模型较为真实地仿真了雷达对目标的跟踪和量测。

2作战指挥模型建模研究

对联合机动编队作战指挥模型的建模,采用面向对象的建模过程,从对作战环境和作战单元的分析工作着手,分别建立相应的作战指挥环境模型和作战指挥智能体模型,再确定作战指挥模型中的各个参数,形成对象系统模型[8]。整个建模过程的工作,可以依照图1所示的流程来进行。

图1　作战指挥模型建模流程

作战指挥模型负责各作战平台自身的作战指挥模型计算,能够实现自主决策和作战任务、目标指示下达、自主攻击等自主、自动作战过程。采用基于战术规则和战术动作的作战指挥模型结构,提供人工指挥的接口函数,能够支持人的在环作战指挥[9]。

水面舰艇编队作战指挥的模拟,是以单舰作战为基础。主要研究单舰之间进行反舰导弹攻击的作战模型。假定红、蓝双方各有一艘水面舰艇参加战斗,每次只能向对方发射一枚反舰导弹,相隔一定时间后,发射另一枚,发射间隔时间红、蓝双方相同。并规定:

x(n)为n时刻红方的作战能力,起始时刻为0;

y(n)为n时刻蓝方的作战能力,起始时刻为0;

a为蓝方在单位时间内单枚导弹对红方的平均毁伤因子;

b为红方在单位时间内单枚导弹对蓝方的平均毁伤因子;

x0为红方的初始作战能力;

y0为蓝方的初始作战能力;

Nx为红方舰艇不还击时,蓝方舰艇消灭红军舰艇所必须的导弹数,设为正整数;

Ny为蓝方舰艇不还击时,红方舰艇消灭蓝军舰艇所必须的导弹数,设为正整数;

红方舰艇的作战能力的大小与敌方舰艇的作战能力以及对方反舰导弹作战效能a的大小有关,具体地说,就是舰艇的作战能力的降低速度与和a的乘积成正比。即:

x(n)-x(n+1)=ay(n)

(1)

y(n)-y(n+1)=bx(n)

(2)

首先来确定几个参数之间的关系。假设b=0,即蓝方发射导弹而红军不反击。因为蓝方在作战能力不变的情况下发射Nx枚导弹后,红方被消灭,此时被认为失去作战能力,因而x(Nx)=0。将式(1)进行迭加有:

X(0)-X(Nx)=a*Nx*y(0)

(3)

因而可以得到:

(4)

同理可得:

(5)

显然还可以得到:

(6)

(7)

显然,平均毁伤因子与本舰的作战能力成正比而与敌力领艇的作战能力以及消灭敌人所需导弹数量成反比,这个结论是符合实际的。

求解上面的公式可得:

(8)

(9)

根据上述研究,单个驱逐舰对舰攻击模型的类图如图2所示。

图2　控制单舰反舰导弹攻击的设计类图

单舰反舰导弹攻击的过程作战实体行为逻辑关系及作战实体的时序分析如图3所示。

图3　单舰反舰导弹攻击过程实体时序关系

3模型的验证技术

只有经过验证的模型才是可信的,所以建模的最后一项工作就是模型验证。FDMS的验证应该由三个方面的SME实施:应用领域专家、仿真技术专家和VV&A专家。在语法验证过程中,主要以仿真技术专家为核心、领域专家和VV&A专家为辅,重点检查模型描述是否规范、标准,是否存在逻辑上的矛盾。在语义验证过程中,仿真技术专家把UML模型所表达的真实含义传达给领域专家和VV&A专家,并且互相讨论,重点检查模型描述的情形是否违背了应用领域的真实情形、是否采用某些VV&A方法可以检查出模型的错误。在一致性验证过程中,三类专家通力协作,重点检查体系结构、形式、接口等方面的一致性问题。

目前的研究已经对以雷达模拟器为例,在海战场作战仿真系统中进行了如下的仿真测试实例,对雷达模拟器进行模型校验。仿真态势如图4所示。

图4　仿真测试实例

如上图所示,地图比例尺为1∶400万,雷达部署在图中平台位置处,平台位于东经115.7°,北纬20.3°,平台的运动方向为正北,航速12节。利用此雷达观测图中ID为1~4的飞机目标。4个目标的运动轨迹如图4所示,目标1和目标2相对于正北航向分别为-30°和30°,航速为;目标3相对与正北航向为90°,航速为;目标4绕经度为115.8°、纬度20.4°做匀速圆周运动,半径为40km。图中蓝色航迹为目标真实运动航迹,红色和黑色为雷达在两次探测试验中的探测航迹。雷达的部分工作参数如表1所示。

表1　雷达工作参数表

下面的两幅图为雷达模拟器对目标的距离和方位的测量结果。

图5　雷达模拟器距离测量数据

图6　雷达模拟器目标方位测量数据

图7、8为叠加了误差测量模型后的距离和方位测量数据。

图7　雷达模拟器叠加误差模型距离测量数据

图8　雷达模拟器叠加误差模型方位测量数据

图9、10为滤波效果前和滤波效果后的目标距离测量数据。

图9　雷达模拟器叠加滤波效果前模型效果

图10　雷达模拟器叠加滤波效果后模型效果

根据测量结果可知,模型较为真实地仿真了雷达对目标的跟踪和量测,有一定的实用价值。

4结语

作战指挥模型是联合机动编队合同战术仿真中的重要一环,模型建立的准确与否直接影响仿真的准确性。本文采用面向对象的建模过程,从对作战环境和作战单元的分析工作着手,分别建立相应的作战指挥环境模型和作战指挥智能体模型,再确定作战指挥模型中的各个参数,形成对象系统模型。在联合机动编队作战仿真系统中对雷达模拟器进行模型校验,仿真验证评估结果表明了模型的理论与实际的合理性。

参 考 文 献

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中图分类号TP311.52

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.02.007

作者简介:纪彦星,男,高级工程师,研究方向:作战系统试验技术。

*收稿日期:2015年8月9日,修回日期:2015年9月20日