无人机自主空战战术决策仿真系统设计与实现

doi:10.3778/j.issn.1002-8331.2204-0282

摘要/Abstract

摘要： 为满足无人机自主空战战术决策方法研究的需求，设计开发了一套用于战术决策算法验证的仿真系统。根据OODA空战理论提出了仿真系统的功能要求，设计了仿真系统的工作原理、多层次模块化的技术方案和各功能模型之间的数据交互关系。采用基于DDS的分布式仿真技术开发了仿真系统的整体架构，建立了无人机、雷达和导弹等核心模型，通过C++编程完成了仿真系统开发。实验结果表明，该仿真系统模块化程度高，数据交互的实时性和稳定性强，能够为无人机空战战术决策算法的开发和验证提供高效可靠的支撑。

关键词: 无人机, 战术决策, 仿真系统, 设计开发, 算法验证

Abstract: In order to meet the needs of UAV autonomous air combat tactical decision-making method research, a simulation system for tactical decision-making algorithm verification is designed and developed. According to the OODA air combat theory, the functional requirements of the simulation system are put forward, and the working principle of the simulation system, the multi-level modular technical scheme and the data interaction relationship between each model are designed. Using the distributed simulation technology based on DDS, the overall architecture of the simulation system is developed, the core models of UAV, radar and missile are established, and the development of the simulation system is completed by C++ programming. The experimental results show that the simulation system has a high degree of modularity and strong real-time and stability of data interaction. It can provide an efficient and reliable way for the development and verification of UAV air combat tactical decision algorithm.

Key words: UAV, tactical decision-making, simulation system, design and development, algorithm verification

唐上钦, 谢磊, 王渊, 聂光戍, 韩统. 无人机自主空战战术决策仿真系统设计与实现[J]. 计算机工程与应用, 2022, 58(21): 272-278.

TANG Shangqin, XIE Lei, WANG Yuan, NIE Guangshu, HAN Tong. Design and Implementation of UAV Autonomous Air Combat Tactical Decision Simulation System[J]. Computer Engineering and Applications, 2022, 58(21): 272-278.

参考文献

[1] 黄长强，丁达理，黄汉桥.无人作战飞机自主攻击技术[M].北京：国防工业出版社，2014.
HUANG C Q，DING D L，HUANG H Q.Autonomous attack technology of unmanned combat aircraft[M].Beijing：National Defense Industry Press，2014.
[2] 黄长强.未来空战过程智能化关键技术研究[J].航空兵器，2019，26（1）：11-19.
HUANG C Q.Research on key technology of future air combat process intelligentization[J].Aero Weaponry，2019，26（1）：11-19.
[3] 朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非.作战飞机效能评估[M].北京：航空工业出版社，1993：169-175.
ZHU B L，ZHU R C，XIONG X F.Fighter effectiveness evaluation[M].Beijing：Aviation Industry Press，1993：169-175.
[4] 赵思宏，李望西.航空兵战术基础[M].北京：航空工业出版社，2019.
ZHAO S H，LI W X.Fundamentals of aviation tactics[M].Beijing：Aviation Industry Press，2019.
[5] 陈辛，张俊宝.空战模式演变与隐身空战形态发展分析[J].航空兵器，2022，29（3）：1-7.
CHEN X，ZHANG J B.Analysis on the evolution of air combat mode and the development of stealth air combat form[J].Aero Weaponry，2022，29（3）：1-7.
[6] 刘超，李清伟.面向战术级空战智能决策的仿真软件系统设计[C]//2019中国系统仿真与虚拟现实技术高层论坛论文集，2019：27-30.
LIU C，LI Q W.Design of simulation system for intelligent decision-making in tactical-level air combat[C]//Proceedings of 2019 China High Level Forum on System Simulation and Virtual Reality Technology，2019：27-30.
[7] 陈斌，王江，王阳.战斗机嵌入式训练系统中的智能虚拟陪练[J].航空学报，2020，41（6）：523467.
CHEN B，WANG J，WANG Y.Intelligent virtual trailing partner in embedded trailing system of fighter[J].ActaAeronautica et Astronautica Sinica，2020，41（6）：523467.
[8] 刘昌云，刘进忙，陈长兴，等.目标机动策略的智能决策支持系统研究[J].系统工程与电子技术，2003，25（9）：1104-1107.
LIU C Y，LIU J M，CHEN C X，et al.Research on the intelligent decision support system of target maneuver strategy[J].System Engineering and Electronics，2003，25（9）：1104-1107.
[9] 杜海文，崔明朗，韩统，等.基于多目标优化与强化学习的空战机动决策[J].北京航空航天大学学报，2018，44（11）：2247-2256.
DU H W，CUI M L，HAN T，et al.Maneuvering decision in air combat based on multi-objective optimization and reinforcement learning[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2018，44（11）：2247-2256.
[10] 薄涛.格斗空战行为建模技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2002.
BO T.Research on human behavior representation of fighter dogfight combat[D].Changsha：National University of Defense Technology，2002.
[11] 王杰，丁达理，许明，等.基于目标机动预估的空空导弹可发射区建模及仿真分析[J].弹道学报，2018，30（4）：44-52.
WANG J，DING D L，XU M，et al.Modeling and simulation analysis of allowable launch envelope of air-to-air missile based on target maneuver estimation[J].Journal of Ballistics，2018，30（4）：44-52.
[12] 董康生.无人作战飞机自主空战智能机动决策建模与仿真研究[D].西安：空军工程大学，2018.
DONG K S.Research on modeling and simulation of intelligent maneuver decision-making for autono-mous air combat of unmanned combat aircraft[D].Xi’an：Air Force Engineering University，2018.
[13] 唐传林，黄长强，丁达理，等.一种UCAV自主空战智能战术决策方法[J].指挥控制与仿真，2015，37（5）：5-11.
TANG C L，HUANG C Q，DING D L，et al.A method of intelligent tactical decision making for UCAV autonomous air combat[J].Command Control ＆ Simulation，2015，37（5）：5-11.
[14] MCGREW J，HOW J P，WILLIAMS B，et al.Air-combat strategy using approximate dynamic programming[J].Journal of Guidance，Control，and Dynamics，2010，33（5）：1641-1654.
[15] PARK H，LEE B Y，TAHK M J.Differential game based air combat maneuver generation using scoring function matrix[J].International Journal of Aeronautical & Space Science，2016，17（2）：204-213.
[16] HUANG C Q，DONG K S，HUANG H Q，et al.Autonomous air combat maneuver decision using Bayesian inference and moving horizon optimization[J].Journal of Systems Engineering and Electronics，2018，29（1）：86-97.
[17] 黄长强，赵克新，韩邦杰，等.一种近似动态规划的无人机机动决策方法[J].电子与信息学报，2018，40（10）：2447-2452.
HUANG C Q，ZHAO K X，HAN B J，et al.Maneuvering decision-making method of UAV based on approximate dynamic programming[J].Journal of Electronics & Information Technology，2018，40（10）：2447-2452.
[18] 张宏鹏，黄长强，轩永波，等.基于深度神经网络的无人作战飞机自主空战机动决策[J].兵工学报，2020，41（8）：1613-1622.
ZHANG H P，HUANG C Q，XUAN Y B，et al.Maneuver decision of autonomous air combat of unmanned combat aerial vehicle based on deep neural network[J].ActaArmamentarii，2020，41（8）：1613-1622.
[19] 丁达理，魏政磊，唐上钦，等.自适应预测权重的空战鲁棒机动决策方法[J].系统工程与电子技术，2020，42（10）：2275-2284.
DING D L，WEI Z L，TANG S Q，et al.Robust maneuvering decision-making method for air combat using adaptive prediction weight[J].System Engineering and Electronics，2020，42（10）：2275-2284.