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基于ABMS的体系效能仿真评估方法研究

作 者: 黄建新
导 师: 郭波; 李群
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 管理科学与工程
关键词: Agent仿真 体系 效能评估 网络中心战 进程交互仿真 可组合仿真 协同交战能力
分类号: TP391.9
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


采用ABMS(Agent Based Modeling and Simulation)方法对武器装备体系对抗过程进行合理抽象,建立规范的体系效能仿真评估应用过程,开发有效的体系效能仿真评估系统,进行体系对抗仿真实验,是未来武器装备体系效能评估的重要发展方向。论文根据ABMS体系效能仿真开发与评估应用过程,针对武器装备体系效能评估需要,建立的武器装备体系效能评估技术参考框架、体系模型框架和仿真模型框架,对于统一ABMS体系效能评估系统的体系结构和开发过程,规范ABMS的体系效能评估应用具有重要的现实意义。论文研究内容和贡献主要包括以下几个方面:(1)提出了基于ABMS的体系效能评估方法论文分析了武器装备体系基本特征和仿真评估要求,研究了基于ABMS方法的体系效能仿真开发和评估过程,针对武器装备体系仿真评估的要求,建立了由体系效能评估准备、联合作战想定编辑、ABMS体系仿真引擎、作战过程表现及战果统计,以及体系效能综合评估等组成的体系效能评估技术参考框架,并通过相关系统验证了框架的合理性和实用性。(2)构建了可组合的Agent体系模型框架体系效能评估应用,需要在统一的作战概念框架下形成可重用的体系模型框架,能够根据体系效能评估需求定义和灵活组合不同的作战实体Agent模型,支持对不同体系效能评估问题的研究。为此论文基于ABMS仿真模型开发方法,在统一的作战概念模型框架下对物理域、信息域、认知域和组织域进行合理抽象,形成可组合的体系仿真模型框架,用户可以根据体系效能评估问题和作战背景,能够快速定义和组合不同的作战Agent模型形成体系仿真应用,进行体系对抗仿真分析。(3)提出了一个基于线程的进程交互仿真框架进程交互仿真是一种典型的离散事件仿真策略,可以采用未来事件表和当前事件表以及面向进程例程的方法设计和实现。论文探讨了采用计算机线程支持面向进程例程的进程交互仿真方法和进程例程的状态转移,设计和实现了一个基于线程的进程交互仿真框架。该框架包含进程、资源管理、仿真调度和数据统计等对象,采用线程池的方法支持实现进程例程的挂起、继续执行操作,并支持了Agent体系仿真模型框架的构建。(4)建立了基于进程的Agent体系仿真模型框架体系对抗仿真中作战实体的决策行为表示是需要解决的一个难点。进程交互仿真方法由于其面向实体描述,可以给出针对特定实体的完整行为序列,不需要建立大量关联关系复杂的事件例程和活动例程,易于描述实体完整的生命周期,因此采用进程交互仿真可以大大减少Agent复杂行为表示的难度,可以为Agent提供一种更加自然的行为表示方法,并大大增加Agent行为建模的效率。论文分析了基于进程的Agent仿真调度策略,提出了基于进程的体系仿真模型框架和体系仿真模型调度过程,并针对作战实体的决策行为讨论了作战实体的决策行为原语和行为组合进程。(5)设计和开发了基于ABMS的体系效能仿真评估系统在上述理论、方法和技术的指导下,作者所在研究团队经过多年研究,开发了基于ABMS的体系效能仿真评估系统。在研发过程中,结合空军、二炮等体系效能分析的仿真应用需求,基于本系统还建立了面向XX作战方向的空军加油机和预警分析以及二炮XX体系效能评估的模型和想定,检验了本系统在模型框架、仿真调度、模拟计算和结果分析等方面的合理性。(6)开展了基于ABMS的CEC体系效能分析应用研究论文采用ABMS仿真方法分析了CEC(Cooperative Engagement Capability)指挥控制方法对舰艇编队防空体系效能的贡献。在体系效能仿真评估系统的支持下建立了面向CEC体系效能分析的Agent模型框架,给出了Agent实体间的交互关系。针对舰艇编队数量和进攻强度的不同进行了PCW(Platform CentricWarfare)、NCW(Network Centric Warfare)和CEC指挥体制下的实验设计和仿真实验,与传统的CEC体系效能分析实验进行了对比,发现了与传统的CEC体系效能分析研究存在的差异和原因,揭示了CEC对舰艇编队防空效能的贡献主要源于体系层次的行为控制。

全文目录


摘要  11-13
ABSTRACT  13-15
第一章 绪论  15-35
  1.1 背景与问题  15-17
  1.2 相关研究现状综述与分析  17-31
    1.2.1 体系与体系论证  17-21
    1.2.2 基于仿真的体系效能评估  21-24
    1.2.3 基于 Agent 的建模与仿真  24-29
    1.2.4 研究现状总结  29-31
  1.3 主要研究内容及创新点  31-35
    1.3.1 研究约定  31
    1.3.2 论文组织结构  31-33
    1.3.3 论文主要贡献及创新  33-35
第二章 基于 ABMS 的体系效能评估过程  35-59
  2.1 体系作战能力与体系效能评估  35-37
    2.1.1 武器装备体系作战能力  35-36
    2.1.2 武器装备体系效能评估的特点  36-37
  2.2 面向能力的体系效能评估过程  37-47
    2.2.1 武器装备体系效能评估工作过程  37-39
    2.2.2 相关技术方法  39-42
    2.2.3 体系效能评估的仿真需求  42-44
    2.2.4 基于 ABMS 的体系分析仿真  44-47
  2.3 ABMS 仿真开发过程  47-51
    2.3.1 ABMS 开发过程  48-49
    2.3.2 ABMS 使用过程  49-51
  2.4 基于 ABMS 的体系效能仿真开发与应用过程  51-55
    2.4.1 体系效能仿真开发过程  51-53
    2.4.2 体系效能仿真应用过程  53-55
  2.5 基于 ABMS 的体系效能评估技术参考框架  55-58
  2.6 本章小结  58-59
第三章 可组合的 Agent 体系模型框架  59-87
  3.1 基于 ABMS 的模型设计  59-64
    3.1.1 Agent 概念  59-62
    3.1.2 基于 ABMS 的模型设计  62-64
  3.2 基于 ABMS 的体系分析  64-66
  3.3 发现和识别 Agent  66-71
    3.3.1 作战实体 Agent 类型  66-68
    3.3.2 装备对象  68-69
    3.3.3 作战实体 Agent 结构  69-71
  3.4 Agent 交互关系与环境  71-76
    3.4.1 ABMS 中的交互关系与环境  72-73
    3.4.2 Agent 交互关系  73-74
    3.4.3 环境实体  74-76
  3.5 Agent 行为表示  76-82
    3.5.1 决策行为过程分析  76-79
    3.5.2 基于进程的行为组合方法  79-81
    3.5.3 行为原语  81-82
  3.6 基于 ABMS 的体系模型组合规范  82-86
    3.6.1 基于 ABMS 的体系模型组件  83-84
    3.6.2 相关计算算法  84-86
  3.7 本章小结  86-87
第四章 基于进程的 Agent 体系仿真框架  87-110
  4.1 进程交互仿真及实现方法  87-89
    4.1.1 进程交互仿真  87-88
    4.1.2 进程交互仿真的实现方法  88-89
  4.2 基于线程的进程交互仿真  89-92
    4.2.1 基于线程的进程交互  90
    4.2.2 进程交互分析  90-92
  4.3 基于线程的进程交互仿真框架  92-98
    4.3.1 ProcessThread 对象类  93-94
    4.3.2 Process 对象类  94
    4.3.3 Simulator 对象类  94-95
    4.3.4 其他对象类  95-96
    4.3.5 示例  96-98
  4.4 基于进程仿真的 ABMS 仿真调度策略  98-102
    4.4.1 Agent 模型架构  98-100
    4.4.2 基于进程仿真的 Agent 调度方法  100-101
    4.4.3 Agent 状态更新  101-102
  4.5 基于 ABMS 的体系仿真模型框架  102-107
    4.5.1 仿真模型框架组成  102-104
    4.5.2 基于进程的体系仿真模型调度  104-106
    4.5.3 作战实体的状态更新  106-107
  4.6 决策行为进程  107-109
    4.6.1 决策行为进程  108-109
    4.6.2 无延迟操作和延迟操作  109
  4.7 本章小结  109-110
第五章 基于 ABMS 的体系效能仿真评估系统  110-130
  5.1 系统功能组成  110-115
    5.1.1 体系结构定义  111
    5.1.2 想定编辑  111-112
    5.1.3 仿真运行管理  112-113
    5.1.4 仿真结果统计评估  113-114
    5.1.5 体系效能评估  114-115
    5.1.6 作战过程显示  115
  5.2 系统体系结构  115-123
    5.2.1 想定编辑系统  117-118
    5.2.2 运行配置工具  118-120
    5.2.3 仿真模型  120
    5.2.4 战果评估工具  120-121
    5.2.5 体系效能评估分析工具  121-122
    5.2.6 三维表现与控制系统  122-123
  5.3 系统实现  123-128
    5.3.1 仿真工程管理  124
    5.3.2 想定编辑系统  124-126
    5.3.3 仿真引擎  126
    5.3.4 作战结果评估  126-128
    5.3.5 三维实时表现  128
  5.4 系统应用  128-129
  5.5 本章小结  129-130
第六章 基于 ABMS 的 CEC 体系效能仿真分析  130-141
  6.1 概述  130-131
  6.2 基于 Schutzer 指挥控制理论的 CEC 效能分析  131-132
  6.3 问题背景  132-133
  6.4 基于 Agent 的 CEC 仿真模型框架  133-135
    6.4.1 模型组成  133
    6.4.2 实体交互关系  133-135
  6.5 实验分析  135-139
    6.5.1 实验设计  135-137
    6.5.2 实验结果  137-139
  6.6 本章小结  139-141
第七章 结论与展望  141-144
  7.1 论文的主要贡献  141-142
  7.2 下一步的研究内容  142-144
致谢  144-145
参考文献  145-154
作者在学期间取得的研究成果  154-156
附录 缩略语中英文对照表  156

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 计算机仿真
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