多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究.pdf

《多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1999年8月系统工程理论与实践第8期多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究高申玉(空军指挥学院空军战术教研室,北京100081)摘要应用专家系统基本理论和方法,系统论述建立多机空战战术机动专家系统和决策支持系统的具体步骤和方法,突出知识库创建、知识表示方法和决策支持系统建立,形成具有专家水准的多机空战战术机动自动决策仿真机制,成为研究多机空战战术和进行空战武器效能论证的良好平台.关键词多机空战;战术机动;专家系统;决策支持系统Research on Expert System and Decision Support SystemforM ultiple A ir Combat Tact

2、icalM aneuveringGAO Shenyu(A ir Force Command College,Beijing 100081)AbstractThis thesis discusses the building of an expert system and decision support systemfor multiple air combat tacticalmaneuvering,especially the know ledge base,know ledge rep2resentation and decision support system,by using th

3、e basic theory and methods of expertsystem.Based on these efforts,it finally builds a si mulation system of automatic decisionw ith expert2level formultiple air combat tacticalmaneuvering,and makes the system a goodplatform for multiple air combat tacticalmaneuvering research and the effectiveness e

4、valua2tion of air combat weapons.Keywordsmultiple air combat;tacticalmaneuvering;expert system;decision support sys2tem1引言现代空战多表现为多机集群式空战.空战双方各自若干编队在一定空间范围内展开超视距和视距内空战,既有编队内长僚机(组)之间配合,又有编队间战术协同;编队既可能同时有多个可攻击目标,又可能同时受敌方多个目标不同程度的威胁和攻击;而攻防目标的选择、攻防转换的时机与机动方法则成了多机空战的焦点.研究多机空战应立足于这样的作战特点.在本人建立的多机空战战术机动专家系

5、统和决策支持系统中,设定蓝(敌)方实施专家系统提供的自动决策方案,红(我)方将自动决策和用户干预相结合.无用户干预时,双方决策优化,适宜空战武器效能论证;用户干预时,红方如同“聪明”的对手空战,系统还为用户干预提供辅助决策,适宜多机空战战术机动方法的探索和研究.2多机空战战术机动专家系统总体结构多机空战专家系统结构如图1所示.各部分主要功能:知识库 以框架系统与产生式系统的有机结合作为知识表示方法,表述多机空战态势信息及对应的空战态势下应采取的战术机动对策.收稿日期:1998203217 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All

6、rights reserved.图1多机空战专家系统结构图图2攻击态势及其转化逻辑结构图数据库 存放交战双方各种飞机、机载雷达和中、近距空空导弹战术技术性能数据、几何和气动参数,及有关大气参数等.模型库由若干职能模型组成.主要包括:雷达和目视信息系统模型、空战态势分析模型、攻击目标选择模型和目标威胁判定模型等.算法库 进行各种专项运算,如:飞机相对运动关系运算、飞机和导弹运动方程运算、武器攻击条件运算和杀伤效果评定、导弹导引方程运算等.推理机 识别和选用知识库中对当前问题的可用知识(框架、产生式规则)进行推理求解,即将编队空战态势信息参量与规则前提条件相匹配,推理出结论,以确定该编队的战术机动

7、对策.解释机制其作用一是细化推理结论,即调用相关模块实现推理仿真;二是回答用户对系统的提问,以响应用户对编队战术机动决策的干预控制并调用相关模块实现仿真.人机接口由输出和输入响应两部分组成.输出部分主要包括空战进程和战术机动决策辅助信息显示、用户可选控制项目、战果统计等;输入部分为用户对系统的提问和干预.3多机空战战术机动专家系统建立与知识表示方法多机空战战术机动决策的依据是编队在空战中所处的具体的空战态势,态势判断清楚,决策即容易确定.制约空战态势的因素很多,如:双方编队数量、位置、姿态、相对运动、飞机和导弹性能、武器挂载情况以及已获取的空战信息等.将这些因素用知识表示并进行机器处理,是建立

8、多机空战战术机动专家系统的基点.本人采用的方法是将这些因素概括为若干个编队战术态势信息参量,将每个参量所具有的若干种情况分别用不同的数值来表示.这样,参量及其值的不同组合就构成了专家系统的知识表示.3.1多机空战条件下编队战术态势信息参量选择空战态势概括为信息、机动和火力三个方面.前者是后两者的宏观基础,后两者是前者的聚焦表征.经过分析概括,以5个参量来描述编队空战态势:编队对最易攻击目标的攻击态势F;编队性质数量N;编队导弹剩余量M;编队受到最威胁目标的威胁态势D;友邻的威胁情况C.M、N参量的知识表示较易确定,F、D、C三个参量均体现了一个编队对另一个编队的攻击态势,因此,以F参量的知识表

9、示方法作为突破口,是建立多机空战专家系统的关键.3.2攻击态势信息参量F的知识表示方法多机空战情况下,超视距空战和视距内空战并存,因此,将目视?近距弹和雷达?中距弹的攻击态势信息综合考虑.敌最易攻击目标相对本方编队的态势如表1所示:77第8期多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.表1 目视?近距弹信息态势 雷达?中距弹信息态势A:目标位于我目视范围外;B:目标位于我目视范围内,但在近距弹火力范围外;C:在我近距弹火力范围内.1:目标位于我机载雷达发现范

10、围外;2:发现目标但未进入跟踪截获状态;3:截获目标但其在我中距弹火力范围外;4:目标被截获且在我中距弹火力范围内.以符号来表示我方对敌的攻击态势,共有12种情况,即:A1A4、B1B4和C1C4.如A2表示目标在我目视范围以外但我雷达已发现目标且尚未进入跟踪状态.对应各种攻击态势,我方应有相应的战术机动决策,按空战攻击行动中的搜索、接敌和攻击等基本方法进行归合,得出攻击态势及其转化逻辑结构图(见图2所示).图中,(1)、(2)、(3)、(5)、(7)是五种基本攻击态势,采用的基本决策依次是:目视或雷达搜索以求发现目标、实施机动接敌以创造中距弹攻击条件、实施机动接敌以创造近距弹攻击条件、符合中

11、距弹发射条件而视情发射、符合近距弹发射条件而视情发射.(4)、(6)、(8)、(9)为四种组合性攻击态势,即具有双重决策,并随武器剩余情况而转化到基本攻击态势.攻击态势(1)(9)也依次反映了对目标攻击条件的易难程度.a?b表示本编队中?近距弹剩余量分别为a、b枚,其取值0、n、x分别指无、有(1)、任意(有或无).此外,对最易攻击目标的攻击态势还应包括导弹发射后的另2个情况,即(10)已发射中距弹攻击之,(11)已发射近距弹攻击之.这样,攻击态势信息参量有且只有11种情况,分别赋值111来表示.3.3其他参量的知识表示方法编队性质参量N和编队导弹剩余量参量M的知识表示方法分别如表2和表3所示

12、.表2N参量知识表示N含义1表示该编队为4机,可实施战术配合与协同2表示该编队为担负战术配合与协同任务的僚机组,当任务结束时转换为N=33表示其他情况的编队,队形不再分开表3M参量知识表示M含义1表示该基本战术单位中?近距弹剩余数量为n?n2表示该基本战术单位中?近距弹剩余数量为n?03表示该基本战术单位中?近距弹剩余数量为0?n4表示该基本战术单位中?近距弹剩余数量为0?0威胁态势信息参量D和友邻协同参量C可用与F参量相似的方法建立,并进一步归合.参量D也表示敌最威胁目标对我攻击态势,可归为5值;参量C反映我方对友邻的火力支援,一般情况下以我方作战为主,只有当我方威胁小、攻击任务轻且能提供立

13、即支援时,才与友邻协同,因而C进一步归为2值.D、C参量的知识表示如表4、5所示:表4D参量知识表示D含义1我位于敌A1A3、B1B3之一,威胁较轻,以攻击为主2我位于敌A4或B4,即进入敌中距弹火力区,威胁较重3我位于敌C1C4之一,即进入敌近距弹火力区,威胁严重4表示我方正受到敌中距弹攻击5表示我方正受到敌近距弹攻击87系统工程理论与实践1999年8月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.表5C参量知识表示C含义1友邻单位位于敌A1A3、B1B3、C1C4或正受近距弹攻击2友邻单位位于敌A

14、4、B4或正受中距弹攻击3.4多机空战战术机动专家系统最终确立根据各参量的知识表示,由产生式系统表示法建立规则表达式如下:F,N,M,D,CB其中,B为对应各参量取值下专家系统选用的某种战术机动决策,B为专家系统提供的战术机动决策范围.按此方法,规则库中需建立元规则1320条,结合框架系统,建立若干个框架或子规则库,每个框架包含若干个相似类型的规则,便于规则的管理和维护.规则表达式举一例如下:如果(态势描述):1)本战术单位为四机(N=1);2)对敌最易攻击目标已构成目视距离外的雷达跟踪(F=2);3)本战术单位中距弹和近距弹均有剩余(M=1);4)本战术单位被敌某战术单位雷达发现但尚未被其跟

15、踪截获(D=1);5)我友邻已受到严重威胁(C=2).那么(决策输出):1)我四机长、僚机组分开;2)长机组继续对敌最易攻击目标实施跟踪攻击;3)僚机组对威胁我友邻之敌展开进攻,以火力支援友邻.综合上述各步方法,可建立完整的多机空战战术机动专家决策系统.在推理仿真时,针对某一个基本战术单位,由有关模块计算其F、N、M、D、C五个参量的值,首先按一定条件进入到某个子规则库,其次在该子库中与各个规则进行匹配,推理出结论,再调用相关模块进行推理求解.4多机空战战术机动决策支持系统的建立决策支持系统主要决策内容是编队的战术机动动作及武器控制(包括中?近距弹发射数量和时机等),包括响应专家系统选定的战术

16、机动决策和支持用户干预的辅助决策两部分.4.1建立响应专家系统选定的战术机动决策战术机动有别于飞行机动,是各种飞行机动的综合运用.本人按空战的一般过程和空战过程中的异情处置方法,设定可供专家系统选用的15种战术机动动作:搜索发现;超视距接敌;近距接敌;中距弹攻击机动;近距弹攻击机动;火力反击与支援;“中攻?中防”;“中攻?近防”;“近攻?中防”;“近攻?近防”;脱离中距弹火力区;脱离近距弹火力区;规避中距弹;规避近距弹;返航退出战斗.其中,表示发射中距弹后的跟踪机动,表示用中距弹攻击目标的同时受到外来近距弹的袭击.前6种为攻击性战术机动动作;后5种为防御性战术机动动作;为4种攻防兼备的战术机动

17、动作,反映本编队既发射导弹攻击敌方又同时受敌导弹袭击,是继续攻击还是放弃攻击,取决于对谁先命中的判断处理和空战的决心程度.各种战术机动相互独立,编队在任意时刻只进入其一.将这些机动做成动作库,实现专家系统的自动决策机制.(下转第126页)97第8期多机空战战术机动专家系统与决策支持系统研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.参 考 文 献1宋兆鸿等 1 土地利用系统工程 1 广州:广东省地图出版社,19942王松霈 1 自然资源利用与生态经济系统 1 北京:中国环境科学出版社,19923张跃

18、等 1 模糊数学方法及其应用 1 北京:煤炭工业出版社,19924何芳 1 土地利用规划 1 百家出版社,19945宋启林 1 中国城市现代土地利用学 1 北京:中国建筑工业出版社,1992(上接第79页)4.2 建立支持用户干预的辅助决策系统为研究多机空战战术机动方法的需要,决策支持系统为红方提供一些由用户控制选择的战术机动方案,如:改变航向、速度、高度,任意选定攻击目标,兵力集中与分散,发射和摆脱时机选择以及发射导弹类型、数量等,并适时动态地显示多机空战红蓝双方的空战态势信息.这样,用户可指挥红方与蓝方进行空战,以探讨并验证多机空战的战术机动方法.5结束语建立多机空战战术机动专家系统和决策

19、支持系统并实现计算机仿真,不仅为空战武器效能论证提供依据,更重要的是为研究多机空战战术机动方法提供良好的研究平台.本系统软件的运行达到了预期的效果.参 考 文 献1中国人民解放军空军.空军战术学.北京:解放军出版社,19942吴泉源,刘江宁.人工智能与专家系统.长沙:国防科技大学出版社,19953 于长海.军事系统决策研究.北京:军事科学出版社,19944Fred A ustin,etc.A utomated maneuvering decisions for A ir2to2A ir Combat A I AA 872393621系统工程理论与实践1999年8月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.