《硕士d-飞机空战效能评估的战术决策技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硕士d-飞机空战效能评估的战术决策技术研究（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京航空航天大学 硕士学位论文 飞机空战效能评估的战术决策技术研究 姓名：李宏刚 申请学位级别：硕士 专业：飞行器设计 指导教师：沈宏良 20090101 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 作战效能评估技术是近年来航空领域广泛研究的项目， 是二十一世纪前沿性、 综合性技术。 综观飞机的研制过程，战效评估在飞机战术技术经济可行性论证以及作战使用研究等方面都具 有重要的作用。然而，传统的评估手段已经无法满足现代先进战斗机战效评估的需求，空战仿 真技术已成为战斗机设计与使用过程中战效评估的主要技术手段。在空战仿真战效评估中，研 究、引入自动战术决策技术，不仅可以客观、可重现地进行战效评估，分
2、析空战效能影响因素， 而且为新的战术动作开发、下一代无人作战飞机控制律的设计等建立技术基础，成为航空领域 的研究热点。 本文探讨了空战效能评估中的战术决策技术和仿真技术，重点研究了单机空战与多机协同 空战的战术决策问题，并基于XML、Python等新的技术手段开发、建立了一套综合实时空战效 能评估系统，可以用于飞机和武器系统的总体设计、战效评估，并为无人作战飞机的控制律设 计、战术使用研究提供技术基础。 本文的主要工作有以下几点： 1）建立了飞机飞行动力学模型、典型机动动作库模型，并讨论了适用于空战模拟系统的雷 达、火控系统、武器系统(导弹)等的建模问题。 2）基于专家系统，研究了适用于单机空
3、战的机动决策技术。 3） 在实现单机空战自动决策的基础上， 深入探讨了利用蚁群算法解决多机协同空战中目标 分配与火力分配的方法。 4）开发了综合实时空战效能评估系统，对其关键技术进行了探讨。 关键词：关键词：空战，作战效能，决策，仿真，专家系统，蚁群算法 飞机空战效能评估的战术决策技术研究 ii Abstract The combat effectiveness evaluation technique has been observed a lot recently in the region of aviation, with the technologic characteristics
4、 of advantage and integrity in the 21st century. In view of the aircraft development, the combat effectiveness evaluation is very important in the proof of the aircraft tactical technique economic feasibility and in the combat study. For traditional evaluation methods cannot meet the requirements of
5、 the modern advanced fighters, the combat simulation technology is widely applied to the design and the use of the modern advanced fighters. Combat effectiveness evaluation combined with automatic tactical decision not only can evaluate combat effectiveness impersonally and reproducibly to analysis
6、how the major factors influent the effectiveness, but also provides technologic basis for developing new maneuvers and designing the control law of the next generation UCAV. This method has become a hot topic in aviation. In this paper, technologies of tactical decision and flight simulation for the
7、 combat effectiveness evaluation are discussed, focusing on air combat decision between two or more fighters. On the basis of many new technologies such as XML、Python, a integrated real-time combat simulator is developed. In use of the simulator, combat effectiveness evaluation can be executed for f
8、ighter and weapons. The simulator can also provide UCAV with powerful technologic support for control law design and tactical operation principle. In this paper, following parts are finished: 1) Airframe dynamics model and representative maneuver in bank are presented. At the same time, modeling met
9、hods for radar, fire control system and weapon are discussed. 2) The combat tactical decision between two fighters based on expert system is studied. 3) The paper discusses home the measure of assigning the targets and weapons of cooperative attack tactical decision according to Ant Colony Algorithm
10、. 4) The paper developed software of combat effectiveness where the key techniques are studied in detail. By using tactical decision technology, combat effectiveness can be evaluated impersonally, so does the major factors, and the process of evaluation is reproducible. Keywords: air combat, combat
11、effectiveness, decision, simulation, expert system, ant colony algorithm 飞机空战效能评估的战术决策技术研究 vi 图、表清单 图 1.1 空战的数值仿真.3 图 1.2 人机交互式空战数值仿真.3 图 1.3 驾驶员操纵的地面空战模拟.4 图 2.1 人机交互选择机动.12 图 2.2 平飞效果图.13 图 2.3 加力转弯效果图.13 图 2.4 跃升效果图.14 图 2.5 战斗转弯效果图.15 图 2.6 半筋斗效果图.15 图 2.7 半滚倒转效果图.16 图 2.8 火控系统仿真流程.17 图 2.9 雷达扫描
12、视场示意图.19 图 2.10 雷达工作状态仿真流程.20 图 3.1 自动战术决策流程图.25 图 3.2 敌我两机战术几何关系图.26 图 3.3 自动空战仿真原理框图.29 图 3.4 算例三维全景图.30 图 3.5 算例两机水平轨迹图.30 图 4.1 多机空战战术决策流程图.38 图 5.1 在 XML 文档中定义的气动模型零升阻力42 图 5.2 Python 语言定义的平飞控制算法 .43 图 5.3 空战仿真系统示意图.44 图 5.4 空战仿真系统辅助建模界面气动力建模.45 图 5.5 空战仿真系统辅助建模界面飞控系统建模.45 图 5.6 空战仿真流程图.46 图 5.
13、7 空战仿真三维动态显示界面.46 图 5.8 空战过程动态回放演示界面.47 图 5.9 空战仿真系统组织结构图.48 表 4.1 敌机对我机的优势函数.38 表 4.2 我方飞机所携导弹对敌机的命中概率.39 表 4.3 目标排序与火力分配情况.39 南京航空航天大学硕士学位论文 vii 注释表 m 质量 C G 构建图 g 重力加速度 C 结点 迎角 L 蚁群算法路径 侧滑角 p 构建概率 速度滚转角 信息素 V v 空速矢量 P 命中概率 v 角速度矢量 信息素蒸发率 F v 作用在飞机上的合力矢量 S 优势函数 T v 发动机推力矢量 R 雷达探测距离 A v 空气动力矢量 G v
14、重力矢量 , ,u v w V v 在体轴系上的分量 , xyz n n n 切向/侧向/法向过载 , , 滚转角/俯仰角/偏航角 , aaa 航迹滚转角/俯仰角/偏航角 , ,p q r v 在体轴系上的分量 , aaa p q r v 在速度轴系上的分量 , xyz T T T T v 在体轴系上的分量 , ,X Y Z A v 在体轴系上的分量 c 速度滚转角指令 . a c p 速度滚转角速度指令 c T 推力指令 c V 空速指令 . , x cy cz c nnn 切向/侧向/法向过载指令 , FFF xyz 我机位置 , TTT xyz 敌机位置 D 两机距离 , hv 目标方位
15、角/目标高低角 , FT qq 我机前置角/敌机进入角 LS 视线角速度 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 飞机空战效能评估的背
16、景 将战斗飞机作为飞机武器系统1，评估由飞机本体特性（升阻特性、重量和隐身等）、发 动机、导引系统、飞控系统、火控系统和武器系统性能决定的综合作战效能是一种新技术。在 新机概念设计和初步设计阶段，利用这种技术研究采用新技术的效果和选优设计方案，辅助设 计人员确定参数，从而避免了因决策失误导致制造出的飞机和武器不能满足未来战争的要求， 降低了研制风险。作战部队则通过评估飞机空战效能2，正确组织军事行动，制定作战行动方 案，提高作战行动的成功率。 基于空战效能评估的重要性，世界各国都很重视飞机空战效能的研究，特别是一些航空发 达国家，如美国、俄罗斯都设有专门机构研究军用飞机的作战效能。我国进入这一研究领域相 对较晚，虽然经过努力取得了一些成果，但采用空战仿真的方法评估空战效能较少，而在战效 评估仿真的核心问题即战术决策上更是研究较少。本文面对战效评估的迫切性，将飞机作为作 战系统进行了研究，建立了机体及各子系统的模型，开发了
