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基于Petri网的多机协同多目标攻击决策技术研究

作　者: 朱爱峰
导　师: 陈谋
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 多机协同多目标攻击面向对象的Petri网空战决策态势评估机动决策自适应模糊推理Petri网 CPN-Tools
分类号: E91
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着新一代战斗机和空空导弹的研制成功,多机协同多目标攻击将成为未来空战的主要方式。因此研究其相关技术,对于夺取未来空战胜利具有巨大意义。本文主要基于Petri网研究了多机协同多目标攻击决策技术,不仅用Petri网对多机协同多目标攻击决策系统进行了建模分析,还结合Petri网技术研究了多机协同多目标攻击决策和机动决策。首先,对多机协同多目标攻击决策系统的特性进行了分析,并对其工作原理、组成结构、主要功能等方面进行了研究。其次,分别从战略层上分析了多机协同空战系统的上层指挥与控制系统,战役层上分析了以多机协同空战系统为主体的空中联合作战指挥控制系统,战术层上分析了编队内多机协同空战系统;在这些分析的基础上,提出采用面向对象的Petri网建立空中联合作战系统和编队内多机协同空战系统的模型,并利用Petri网建模工具CPN Tools,对系统模型进行了仿真分析。随后,研究了多机协同多目标攻击决策,包括机群分组、态势评估、目标分配和火力分配算法。提出了针对不同情形的空战态势采用不同的因素权重值的态势评估算法,并验证了其有效性;根据以优攻劣的原则,给出了一个简单而有效的目标分配算法;采用模糊推理Petri网,研究了具有目标函数约束的我方机群分组和火力分配问题,并使得推理结果效益最大化。接着,研究了超视距的多机协同空战机动决策。并先进行机动战术决策、态势种类选定,然后在此基础上,完成最终的机动动作决策。其中,对于态势种类选定和机动动作决策采用了基于专家知识库的方法。对最为重要的机动战术决策采用自适应模糊推理Petri网进行研究,并用改进的学习算法对自适应模糊推理Petri网中变迁的输入弧权值进行学习,其权值收敛效果要明显优于原始算法。最后,在VC++环境下开发了基于数据库的多机协同多目标攻击决策软件平台。具体实现了战机信息、导弹信息和当前可执行任务战机信息的管理,以及基于这些数据信息的多机协同多目标攻击决策,从而验证了本文所研究算法的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-20
  1.1 课题研究的背景及研究的意义  14-15
  1.2 课题的研究现状  15-18
    1.2.1 多机协同多目标攻击研究现状  15-16
    1.2.2 多机协同多目标攻击决策系统的特点  16-17
    1.2.3 Petri 网技术的研究现状  17-18
  1.3 论文工作简述  18-20
第二章多机协同多目标攻击决策系统基本原理  20-28
  2.1 引言  20
  2.2 多机协同多目标攻击决策系统的特性  20-23
    2.2.1 空天地一体化作战系统的作战环境  21
    2.2.2 空天地一体化作战系统的平台组成及相互关系  21-23
    2.2.3 多机协同多目标攻击决策系统的特性  23
  2.3 多机多目标攻击决策系统工作原理  23-27
    2.3.1 系统的结构  23-24
    2.3.2 系统的工作原理  24
    2.3.3 主要功能模块  24-26
    2.3.4 主要功能模块间关系  26-27
  2.4 小结  27-28
第三章多机协同多目标攻击决策系统建模  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 系统信息流程分析  28-31
    3.2.1 战略层指挥控制决策系统分析  28-30
    3.2.2 战役层空中联合作战信息流分析  30
    3.2.3 战术层编队内多机协同信息流分析  30-31
  3.3 多机协同多目标攻击决策系统的Petri网模型  31-41
    3.3.1 Petri 网概述  31-34
    3.3.2 战役层空中联合多目标攻击系统建模  34-36
    3.3.3 战术层编队内多机多目标攻击决策系统建模  36-38
    3.3.4 基于CPN-Tools 的战役层战术层Petri 网模型仿真分析  38-41
  3.4 小结  41-42
第四章多机协同空战攻击决策  42-67
  4.1 引言  42
  4.2 协同空战攻击决策流程  42-43
  4.3 目标机群分组  43-46
    4.3.1 基于模糊聚类的目标机群分组  43-45
    4.3.2 仿真算例  45-46
  4.4 我方机群分组  46-56
    4.4.1 机群分组态势评估  46-47
    4.4.2 我方机群分组分配模型  47-48
    4.4.3 模糊推理Petri 网概述  48-52
    4.4.4 基于模糊推理Petri 网的我方机群分组  52-54
    4.4.5 仿真算例  54-56
  4.5 编队内协同攻击决策  56-66
    4.5.1 小组空战态势矩阵  56-61
    4.5.2 目标分配算法  61-63
    4.5.3 火力分配算法  63-65
    4.5.4 仿真算例  65-66
  4.6 小结  66-67
第五章空战机动决策  67-90
  5.1 引言  67
  5.2 空战机动决策流程  67-68
  5.3 机动战术决策  68-74
    5.3.1 自适应模糊推理 Petri 网（AFPN）简介  69-71
    5.3.2 基于AFPN 的战术决策算法  71-73
    5.3.3 权值训练算例  73-74
  5.4 机动动作决策专家系统  74-88
    5.4.1 专家系统的组成  74-75
    5.4.2 空战数据库  75-82
    5.4.3 态势判定规则库  82-84
    5.4.4 机动动作决策规则库  84-86
    5.4.5 多机协同机动指令  86-88
  5.5 仿真算例  88-89
  5.6 小结  89-90
第六章基于VC++的多机协同多目标攻击决策软件开发  90-98
  6.1 引言  90
  6.2 VC++数据库开发技术  90-92
    6.2.1 ODBC（开放数据库连接）  90-91
    6.2.2 DAO（数据访问对象）  91
    6.2.3 OLE/DB  91
    6.2.4 ADO（ActiveX 数据对象）  91-92
  6.3 多机协同多目标攻击决策软件主要功能  92
  6.4 多机协同多目标攻击决策软件设计  92-97
    6.4.1 数据库设计  92-94
    6.4.2 主要界面设计  94-97
  6.5 小结  97-98
第七章总结与展望  98-100
  7.1 本文的主要工作  98
  7.2 本文的不足和进一步的展望  98-100
参考文献  100-105
致谢  105-106
在学期间的研究成果及发表的学术论文  106

基于Petri网的多机协同多目标攻击决策技术研究

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