武器装备效能评估研究进展

效能是评估武器装备的重要指标,武器装备效能评估可以为武器装备规划论证、设计研制、作战运用等提供决策支持。随着数字线程、数字孪生在武器装备全寿命周期的应用,效能评估面临复杂作战场景评估、多源异构数据评估、昂贵仿真的评估优化、泛在评估、敏捷评估等一系列挑战。综述了效能评估相关概念、发展历程,分析了武器装备效能评估面临的问题;进而给出了武器装备效能评估解决方案,总结了数字时代武器装备效能评估研究方向。

舰载机甲板调运过程避碰路径规划研究

针对舰载机甲板调运过程,提出了一种适用于复杂形状目标的局部避碰路径规划方法。引入线段集对舰载机形状进行描述,针对舰载机外轮廓特点建立了目标的凸构型描述形式,并提出目标间碰撞检测及距离计算方法,在此基础上采用行为动力学方法实现目标的局部避碰路径规划。为提高算法在复杂环境下的避碰能力,分别提出基于广义符号阈值函数避障行为策略和奔向目标行为策略的改进方法,同时通过解耦航向角和速度动力学使得路径规划算法更适用于舰载机甲板调运过程多种任务模式的需求。仿真结果表明,本文提出的改进行为动力学策略能够克服路径规划过程中的局部极小问题,实现了复杂形状目标的避碰路径规划,为舰载机甲板调运过程中任务作业的可实施性提供保障。

仿真模型验证方法综述

建模与仿真现已成为人们认识和研究客观世界的重要途径,而仿真模型可信是开展仿真活动的前提和基础。随着仿真对象的复杂化和用户对仿真应用需求的提高,仿真模型呈现出多种复杂特性,致使仿真模型验证面临诸多挑战。综述了仿真模型验证相关概念、发展历程,对已有验证方法进行分类,总结其适用条件并给出若干模型验证新方法。在此基础上,分析仿真模型验证面临的新问题,指明未来研究方向。

舰载机牵引系统甲板调运避碰路径规划

针对舰载机牵引系统的甲板调运过程,提出了一种适用于复杂障碍物环境中不规则形状目标的路径规划方法。针对舰载机外轮廓特点,建立了目标的凸构型描述形式,并推导了多目标间碰撞检测及距离计算方法,在此基础上提出了舰载机牵连运动的轨迹跟踪控制算法,同时引入行为动力学方法实现牵引系统的避碰路径规划。为提高复杂环境下的避碰能力,基于广义符号阈值函数,提出了避障行为策略改进方法。仿真结果表明,本文提出的算法能够有效地解决舰载机牵引系统的避碰路径规划问题。

考虑相关性的多元输出仿真模型验证方法

复杂仿真模型一般具有多个不同类型且带有相关性的输出,现有验证方法存在变量信息缺失、变量相关性度量不准确等问题.为此,提出基于变量选择和概率分布差异相结合的多变量仿真结果验证方法,考虑不确定性的影响,对选取到具有相关性的多个变量进行联合验证.首先,引入分形维数和互信息方法对多元异类输出进行相关性分析,提取相关变量子集.而后对相关变量子集中的各变量提取数据特征,进而计算各相关变量子集关于数据特征的联合概率分布,采用概率分布差异法度量仿真输出和参考输出联合概率分布的差异,并将其转化为一致性程度;在此基础上综合多个验证结果得到模型可信度.通过实例应用及对比实验,验证了方法的有效性.

基于Hilbert-Huang变换的仿真模型排序评估方法

针对输出为非平稳速变数据的仿真模型验证及排序评估问题,提出了一种基于Hilbert-Huang变换的仿真模型排序评估方法。首先采用经验模态分解对仿真和参考输出的非平稳速变数据进行分解得到趋势项和平稳项;然后从距离和形状两方面刻画趋势项误差特征并进行一致性分析,采用基于Hilbert变换的谱密度相容性检验方法对平稳项进行一致性分析,同时为满足相容性检验的条件,证明了基于Hilbert变换的平滑样本谱密度服从χ2分布;最后引入灰色关联分析综合3类一致性分析结果实现仿真模型的排序评估。通过实例应用,验证了方法的有效性。

一种离散事件仿真模型验证方法

针对离散事件系统运行流程不固定、实体状态切换灵活等特点,提出一种定性定量相结合的离散事件仿真模型综合验证方法。由仿真结果一致性、事件发生序列逻辑正确性、条件事件发生概率一致性及活动执行时间一致性4方面构成评估指标体系;提出定性定量相结合的底层评估指标计算方法,对事件发生序列逻辑正确性采用定性分析方法,对其他底层指标采用假设检验和向量相似性分析的定量分析方法;综合底层评估指标得到模型验证结果。通过实例分析,验证了方法的有效性。

舰载机全自动着舰纵向控制系统设计

针对舰载机着舰任务的特殊性,分析设计了舰载机自动着舰优化控制系统。整个系统由若干分系统组成,在原系统的基础上,研究纵向控制引导律中的模糊PID控制器,以便对下滑轨迹进行跟踪。根据着舰要求,将模糊控制与传统PID控制器相结合,实现PID控制器参数的在线调节,然后结合调节后参数变化趋势,通过对系统的整体仿真,得到系统部分输出量的曲线图,继而验证模糊PID控制器对整个自动着舰飞控系统的影响。改进后的纵向控制律可以在不影响系统稳定性的前提下,增强系统响应速度,尤其在应对外界干扰时,着舰效果更明显。

面向多装备协同的体系效能仿真评估方法

体系作战过程中各装备间具有复杂的协同关系,传统的效能评估方法忽略了各装备效能指标间的影响关系。针对该问题,提出了考虑各装备协同关系的体系效能评估方法,基于关联规则挖掘对大量评估数据进行分析得到各效能指标间的关系;在此基础上构建网络化评估指标体系,并采用网络层次分析法实现体系效能的综合评估。以某防空体系的效能仿真评估为例验证方法的可行性与有效性。

考虑运动学约束的不规则目标遗传避碰规划算法

针对复杂环境下不规则目标的路径规划问题,提出了一种带有运动学约束的遗传避碰规划算法。以舰载机在航母甲板上的路径规划问题作为研究对象,并且该算法可推广至其他具有此类约束的路径规划问题中,它较好地解决了目标形状复杂、障碍环境复杂、目标运动时带有回转半径约束等特殊问题。在传统遗传路径规划算法的基础上,针对性地设计了三维位置和姿态混合编码、三段法路径解码、轨迹包围盒的碰撞检测及距离计算等方法,并在遗传操作中引入惩罚项和修补策略来辅助算法寻优。最后,为得出复杂环境下的最优路径,基于VC++平台对算法进行了仿真验证。结果表明,在复杂障碍环境下,本文提出的算法可求得最优避碰路径,并满足预先设定的目标回转半径约束,能够有效地解决此类目标的避碰路径规划问题。

复杂仿真系统可信度评估研究进展

建模与仿真技术应用广泛,现已成为人们认识和改造现实世界的重要手段,而仿真系统可信与否是仿真用户十分关注的问题.随着仿真对象愈发复杂以及用户对仿真应用要求越来越高,仿真系统呈现出多种复杂特性,以致于其可信度评估面临诸多挑战.本文首先总结了国内外仿真可信度评估发展历程,并分析了复杂仿真系统的特点及可信度评估面临的问题;然后,在此基础上给出了复杂仿真系统可信度评估解决方案及应对策略;最后总结了复杂仿真系统可信度评估所面临的挑战与机遇,指出了未来研究方向.

基于复杂昂贵仿真的体系效能多目标优化

效能优化是实现体系结构设计、多方案配置等工作的重要途径.体系仿真系统通常具有组成结构复杂、连续离散混合、输入输出变量多、运行开销大等特点,导致效能优化面临多目标、混合变量、多峰值、低效率等问题,提出一种基于复杂昂贵仿真的体系效能优化算法.针对昂贵仿真问题,提出基于聚类与空间填充准则相结合的开发-探索序贯元模型策略;引入混合编码策略和相应遗传算子改进传统的NSGA-II (nondominated sorting genetic algorithm II)算法,提高多目标优化效率.与目前较流行的3种昂贵优化算法的对比分析表明,所提算法得到的优化结果具有较好的收敛性、多样性及分布性.最后,以某防空体系的效能仿真优化为例,验证所提方法的可行性和有效性.