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面向海军战役分析的动态随机影响图建模与仿真方法研究

作　者: 赵新
导　师: 朱一凡
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 海军战役分析装备体系对抗混合异构建模影响图离散事件仿真动态随机影响图序贯仿真分析
分类号: E917
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

以装备体系对抗为特点的海军战役分析工作面向高层次的需求论证,需要全面考虑并有效处理广泛的不确定性和复杂的层次特性等因素。探索性分析虽然可以通过对问题广度的支撑改善论证分析效果,但仍然需要有效的分析模型的支撑。作为分析建模的方法之一,时间片影响图因其简洁、清晰以及运行快速等特点,已在现有研究中得到有效应用,但它仍然不能满足某些情况下,在同一分析模型中对作战过程部分细节进行更可信描述的建模需求。开展基于时间片影响图建模方法的改进研究,可以为这类问题的分析建模提供一套可选的方法框架。论文面向海军战役分析,以增加传统建模方法对问题描述的可信程度为目标,通过借鉴离散事件仿真的模型特点改进现有的基于时间片影响图的分析建模方法:在重点给出满足海军战役分析中作战过程描述需求的“混合异构建模仿真框架”下,提出动态随机影响图建模方法,并紧密围绕着“该影响图模型的语法、语义如何实现”、以及“该影响图模型的仿真解算如何进行”两大主题展开研究,解决了相关的理论问题与技术问题。具体研究内容包括以下几个方面:(1)为满足海军战役分析的要求,研究了现有方法的特点及其应用局限性,分析了海军战役分析中存在的作战过程建模需求及其复杂性,给出了一个混合异构建模仿真框架。(2)为实现现有建模方法的改进,分析了离散事件系统建模仿真技术的借鉴形式和意义,提出了改进的影响图建模方法,即动态随机影响图。给出了动态随机影响图模型规范的形式化描述,在此基础上设计了动态随机影响图模型仿真算法及其仿真器实现方法,并讨论了动态随机影响图的模型构建方法。(3)为支持动态随机影响图的解算,给出了模型仿真解算的参考框架,详细讨论了仿真解算调度策略、随机采样方法、仿真终止策略等内容的具体实现,并研究了如何对仿真解算过程进行更有效的控制。(4)在上述理论方法的指导下,设计并实现了支持动态随机影响图建模仿真的EASim软件环境。以此为基础给出了舰艇编队区域防空问题动态随机影响图建模的应用示例,通过问题分析、模型构建、模型调度解算等具体过程,展示了动态随机影响图建模仿真的特点及其支持该类问题研究的有效性。论文的创新之处包括:提出了支持海军战役分析的混合异构建模仿真框架,用于在理论上指导建模方法进一步的研究;系统地提出并定义了时间片影响图与离散事件仿真模型相结合的动态随机影响图建模方法;详细地分析并设计了动态随机影响图仿真解算的参考过程及控制策略,提出了基于贝叶斯技术的多阶段仿真解算方法,以及基于参数稳态判定的两阶段序贯仿真终止改进策略。论文的研究面向海军战役分析,为现有战役分析建模仿真框架及其支撑建模仿真方法的改进研究与具体实现提出了有效的解决方案。该项研究不仅可以丰富高层次决策分析模型的形式种类,也可以使影响图的扩展研究更加深入。该方法也为其它具有类似性质的复杂高层次决策问题建模提供了可选的方案支撑。

全文目录

摘要  11-13
Abstract  13-15
第一章绪论  15-36
  1.1 研究背景与问题  15-18
    1.1.1 研究背景  15-16
    1.1.2 论文研究问题  16-18
  1.2 相关研究现状综述与分析  18-32
    1.2.1 战役分析  18-21
    1.2.2 混合异构建模  21-23
    1.2.3 影响图模型形式演化、解算发展及相关建模环境  23-32
  1.3 研究目标与意义  32-33
    1.3.1 研究约定  32
    1.3.2 研究目标  32-33
    1.3.3 研究意义  33
  1.4 论文组织与结构安排  33-34
  1.5 论文的主要工作与创新  34-36
第二章面向海军战役分析的混合异构建模与仿真框架  36-51
  2.1 战役分析建模与时间片影响图  36-43
    2.1.1 战役分析方法  36-38
    2.1.2 基于EA 方法进行战役分析的模型特点及建模分析  38-39
    2.1.3 时间片影响图的特点及其海军战役分析建模的应用局限性  39-41
    2.1.4 海军战役分析的混合异构建模需求的提出及其问题复杂性  41-43
  2.2 时间片影响图与DES 模型结合的动态随机影响图建模仿真框架  43-49
    2.2.1 时间片影响图与DES 模型混合异构建模仿真的实现途径分析  43-44
    2.2.2 基于动态随机影响图的混合异构建模仿真框架  44-46
    2.2.3 关键问题  46-49
  2.3 基于动态随机影响图的海军战役分析应用过程  49-50
  2.4 本章小结  50-51
第三章动态随机影响图建模方法  51-82
  3.1 传统影响图建模方法及其技术局限性  51-55
    3.1.1 经典影响图  51-53
    3.1.2 时间片影响图  53-54
    3.1.3 现有方法的技术结构问题  54-55
  3.2 DSIDs 建模方法的总体设计  55-58
  3.3 DSIDs 模型规范描述  58-65
    3.3.1 DSIDs 模型规范的特点及描述需求分析  58-59
    3.3.2 模型规范的形式化描述  59-62
    3.3.3 DSIDs 对相关形式体系的表示  62-65
  3.4 DSIDs 模型仿真算法研究  65-75
    3.4.1 仿真算法的总体设计  65-67
    3.4.2 DSIDs 模型节点运算仿真器  67-71
    3.4.3 DSIDs 模型节点网络解算仿真器  71-74
    3.4.4 DSIDs 模型总仿真控制器  74-75
  3.5 DSIDs 模型构建参考过程  75-81
    3.5.1 DSIDs 模型构建的概念层次结构  76-77
    3.5.2 DSIDs 模型构建的参考流程  77-81
  3.6 本章小结  81-82
第四章基于仿真的动态随机影响图模型解算控制策略  82-118
  4.1 动态随机影响图仿真解算的特点及其研究需求分析  82-85
  4.2 动态随机影响图仿真解算的参考框架  85-88
    4.2.1 DSIDs 仿真解算的采样需求  85
    4.2.2 DSIDs 仿真解算的执行模式  85-87
    4.2.3 DSIDs 仿真解算执行的参考过程  87-88
  4.3 动态随机影响图采样方法选取的过程策略  88-96
    4.3.1 随机采样方法分类研究  88-90
    4.3.2 DSIDs 模型解算的采样问题分析  90
    4.3.3 DSIDs 模型特性与采样方法的适用关系分析  90-93
    4.3.4 DSIDs 采样方法选取的逻辑过程  93-96
  4.4 基于贝叶斯技术的多阶段仿真解算方法  96-103
    4.4.1 贝叶斯技术与影响图  97
    4.4.2 多阶段仿真解算方法执行的基本过程  97-98
    4.4.3 ESBF 主要功能的实现方法  98-103
    4.4.4 小结  103
  4.5 基于参数稳态判定的两阶段序贯仿真策略  103-117
    4.5.1 仿真解算终止条件分析现有策略的比较研究  104-108
    4.5.2 基于参数稳态判定的两阶段序贯仿真改进策略  108-115
    4.5.3 支持方案比较的序贯仿真策略实现方式  115-116
    4.5.4 小结  116-117
  4.6 本章小结  117-118
第五章基于动态随机影响图的海军舰艇编队区域防空战役分析建模与仿真  118-143
  5.1 海军战役分析的动态随机影响图建模仿真原型系统设计与实现  118-130
    5.1.1 系统功能结构需求分析  118-119
    5.1.2 关键技术模块设计  119-123
    5.1.3 软件工具EASim 的整体布局与系统实现  123-130
  5.2 舰艇编队区域防空问题的动态随机影响图建模仿真示例  130-140
    5.2.1 研究背景及目的  130
    5.2.2 基本想定  130-132
    5.2.3 影响因素分析  132-134
    5.2.4 模型拓扑结构设计  134-137
    5.2.5 变量节点的详细定义  137-138
    5.2.6 模型运行结果示例  138-140
  5.3 应用效果分析  140-142
    5.3.1 论文案例与时间片影响图形式分析建模的比较分析  140-141
    5.3.2 论文方法的应用效果分析  141-142
  5.4 本章小结  142-143
第六章结束语  143-146
  6.1 论文的主要贡献  143-144
  6.2 需要进一步研究的内容  144-146
致谢  146-147
参考文献  147-156
作者在攻读博士学位期间取得的学术成果  156-158
附录A 表达式建模语言EALan 的语法定义  158-163
附录B 舰艇编队区域防空动态随机影响图模型节点详细定义  163-169
附录C 缩略语中英文对照表  169

面向海军战役分析的动态随机影响图建模与仿真方法研究

内容摘要

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