唐上欽，謝 磊，王 淵，聶光戍，韓 統(tǒng)

空軍工程大學(xué) 航空工程學(xué)院，西安 710038

在軍事需求和技術(shù)發(fā)展的共同推動(dòng)下，無(wú)人機(jī)的軍事應(yīng)用已逐漸從執(zhí)行情報(bào)收集、監(jiān)視、偵察等輔助作戰(zhàn)任務(wù)向執(zhí)行空對(duì)地打擊和空對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)發(fā)展。無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)將成為未來(lái)空戰(zhàn)的新樣式，而空戰(zhàn)的復(fù)雜性要求無(wú)人機(jī)必須具備自主空戰(zhàn)的能力[1-2]。自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主空戰(zhàn)的核心關(guān)鍵技術(shù)，它是指無(wú)人機(jī)根據(jù)空戰(zhàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)變化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，以獲取有利的攻擊或規(guī)避效果為目標(biāo)，運(yùn)用各種決策方法，自主完成針對(duì)機(jī)動(dòng)、火力和信息為主的綜合決策。自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策的結(jié)果表現(xiàn)為各類空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)動(dòng)作，如文獻(xiàn)[3]所建立的16 種典型戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，在決策結(jié)果背后是基于空戰(zhàn)過(guò)程的多實(shí)體參與多數(shù)據(jù)交互的復(fù)雜決策過(guò)程。因此，自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策方法的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證具有較大難度，需要相應(yīng)的驗(yàn)證系統(tǒng)作為支撐。由于仿真研究方法的安全性和高效率，可為無(wú)人機(jī)自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策方法的研究提供安全、高效和便捷的途徑。

針對(duì)以上需求，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套無(wú)人機(jī)自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策仿真系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策方法的研究提供了通用的仿真平臺(tái)，可支持相關(guān)模型開(kāi)發(fā)和算法驗(yàn)證。

1 仿真系統(tǒng)需求分析與方案設(shè)計(jì)

1.1 仿真系統(tǒng)需求分析

無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)根據(jù)交戰(zhàn)雙方距離的遠(yuǎn)近通?？梢苑譃槌暰嗫諔?zhàn)和視距內(nèi)空戰(zhàn)[4]。典型的空戰(zhàn)作戰(zhàn)過(guò)程包括無(wú)人機(jī)依靠地面雷達(dá)或空中預(yù)警機(jī)的引導(dǎo)信息飛向作戰(zhàn)空域，適時(shí)打開(kāi)本機(jī)雷達(dá)獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息，搜索目標(biāo)，分析態(tài)勢(shì)，做出決策，進(jìn)行機(jī)動(dòng)占位。當(dāng)我機(jī)雷達(dá)跟蹤鎖定目標(biāo)，且目標(biāo)位于我方中遠(yuǎn)距導(dǎo)彈攻擊區(qū)內(nèi)滿足發(fā)射條件后，我機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)，如未擊毀目標(biāo)，則轉(zhuǎn)入視距內(nèi)空戰(zhàn)。其過(guò)程與中遠(yuǎn)距空戰(zhàn)基本一致，只是敵我雙方態(tài)勢(shì)變化更為激烈。上述無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)過(guò)程可以建模為OODA（Observe，Orient，Decide，Act）環(huán)空戰(zhàn)模型[5]，第一個(gè)“O”代表觀察，就是運(yùn)用傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行情報(bào)收集，包括探測(cè)信息、目標(biāo)位置信息和目標(biāo)狀態(tài)信息等；第二個(gè)“O”代表判斷，就是對(duì)收集到的情報(bào)進(jìn)行分析，對(duì)目標(biāo)信息判斷確認(rèn)；“D”代表決策，即基于情況判斷定下決心；“A”代表執(zhí)行，即根據(jù)做出的決策，采用相應(yīng)的武器發(fā)起攻擊。

根據(jù)以上無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)過(guò)程分析可知，無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)是多階段多決策的過(guò)程，決定無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策的分別是機(jī)動(dòng)、信息和武器三要素。這就要求無(wú)人機(jī)自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策仿真系統(tǒng)滿足如下需求：

（1）具備較精確的無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)等戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體模型，且上述模型可配置。以保證戰(zhàn)術(shù)決策的適用性和可靠性。

（2）具備戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型和預(yù)警機(jī)或地面雷達(dá)模型。以支撐戰(zhàn)術(shù)決策對(duì)遠(yuǎn)距目標(biāo)探測(cè)信息的需求。

（3）具備與空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的功能，以支撐決策模型的數(shù)據(jù)激勵(lì)并接收模型輸出，驅(qū)動(dòng)各實(shí)體模型完成相應(yīng)指令。

（4）具備按照空戰(zhàn)過(guò)程建立仿真場(chǎng)景，導(dǎo)調(diào)控制和人機(jī)交互功能，以支撐多無(wú)人機(jī)開(kāi)展空戰(zhàn)仿真。

（5）具備各實(shí)體對(duì)抗仿真數(shù)據(jù)采集和回放功能，以支撐決策結(jié)果分析，為決策方法改進(jìn)提供大數(shù)據(jù)支持。

1.2 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于以上需求分析，根據(jù)無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)OODA 環(huán)理論，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)自主空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

該系統(tǒng)通過(guò)分布式仿真技術(shù)支持紅藍(lán)雙方多無(wú)人機(jī)并行仿真，紅藍(lán)雙方無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)決策模型通過(guò)與仿真系統(tǒng)交互獲取戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和外部支撐信息，結(jié)合無(wú)人機(jī)狀態(tài)、雷達(dá)探測(cè)和武器等信息，處理得到戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)；再由戰(zhàn)術(shù)決策算法輸出無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)決策指令，驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)模型采取相應(yīng)的對(duì)抗行為，形成實(shí)時(shí)變化的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)，進(jìn)行對(duì)抗迭代，以可視化的方式呈現(xiàn)，并采集空戰(zhàn)對(duì)抗數(shù)據(jù)。

根據(jù)仿真系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)了仿真系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖2所示。

仿真系統(tǒng)采用分層架構(gòu)體系和模塊化設(shè)計(jì)思想構(gòu)建，整體上分為數(shù)據(jù)層、模型層和控制層，各層之間低耦合，各層內(nèi)部高內(nèi)聚[6-8]。對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分解并開(kāi)發(fā)相應(yīng)模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)輸入、處理、輸出流程彼此獨(dú)立，在系統(tǒng)總體框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，以此增加系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

（1）數(shù)據(jù)層

負(fù)責(zé)接收并存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所需各類數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)提交模型層用于計(jì)算，并將模型層的計(jì)算結(jié)果接收或保存。其中，數(shù)據(jù)類型主要包括：①無(wú)人機(jī)參數(shù)、導(dǎo)彈參數(shù)、雷達(dá)參數(shù)等裝備性能數(shù)據(jù)。②無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)過(guò)程設(shè)定和交戰(zhàn)規(guī)則數(shù)據(jù)。③無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策模型傳遞的數(shù)據(jù)。④地形、高程、地圖和支撐信息等戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)。

（2）模型層

由若干功能模型組成，負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)對(duì)抗中各相關(guān)實(shí)體和過(guò)程的模型計(jì)算及狀態(tài)轉(zhuǎn)換。主要包括：①無(wú)人機(jī)飛行仿真模型，模擬無(wú)人機(jī)在各種機(jī)動(dòng)決策控制下的運(yùn)動(dòng)。②導(dǎo)彈攻擊區(qū)和彈道模型，模擬導(dǎo)彈發(fā)射前的攻擊范圍和導(dǎo)彈發(fā)射后追擊目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。③雷達(dá)探測(cè)模型，模擬在不同態(tài)勢(shì)條件下無(wú)人機(jī)機(jī)載雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力。④毀傷裁決模型，用于判定導(dǎo)彈是否擊中目標(biāo)及毀傷效果。

（3）控制層

實(shí)現(xiàn)對(duì)抗仿真所必須的功能。主要包括：①戰(zhàn)術(shù)決策模型接入控制。②仿真對(duì)抗過(guò)程可視化顯示控制。③仿真場(chǎng)景編輯，對(duì)空戰(zhàn)作戰(zhàn)任務(wù)、交戰(zhàn)空域、雙方兵力和裝備等進(jìn)行配置。④仿真系統(tǒng)的運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)記錄和對(duì)抗過(guò)程回放控制。⑤仿真過(guò)程中參數(shù)顯示和態(tài)勢(shì)顯示控制。

1.3 仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)

紅藍(lán)對(duì)抗雙方通過(guò)決策模型接入仿真系統(tǒng)，與各實(shí)體模型通過(guò)數(shù)據(jù)接口交互數(shù)據(jù)。仿真系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)如圖3 所示，主要包括：己方無(wú)人機(jī)位置、速度、高度、姿態(tài)等狀態(tài)數(shù)據(jù)；雷達(dá)開(kāi)關(guān)機(jī)指令、工作模式參數(shù)和測(cè)量得到的目標(biāo)距離、速度、角度等數(shù)據(jù)；導(dǎo)彈攻擊區(qū)計(jì)算所需的敵我測(cè)量參數(shù)和計(jì)算結(jié)果；導(dǎo)彈發(fā)射后彈道計(jì)算初始條件和實(shí)時(shí)位置參數(shù)；導(dǎo)彈毀傷計(jì)算所需的目標(biāo)位置、速度數(shù)據(jù)和毀傷概率結(jié)果；以及用于顯示交互的所有實(shí)體狀態(tài)數(shù)據(jù)和三維態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)。

2 仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

按照第1 章所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)方案，進(jìn)行模塊化分層實(shí)現(xiàn)，各模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議進(jìn)行信息交互。權(quán)衡逼真度、實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)復(fù)雜性三者關(guān)系，建立以支撐戰(zhàn)術(shù)決策方法研究為目標(biāo)的不同逼真度戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體模型。

2.1 仿真系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（data distribution service，DDS）是一種消息通信的開(kāi)放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有開(kāi)放接口、便于集成、擴(kuò)展性強(qiáng)、傳輸速度快、支持多平臺(tái)等特點(diǎn)。將DDS運(yùn)用于分布式仿真系統(tǒng)中可以使仿真系統(tǒng)具有統(tǒng)一的以數(shù)據(jù)為中心的分布式仿真架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)仿真模塊的即插即用的功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展，并滿足實(shí)時(shí)通信的需求。

因此，仿真系統(tǒng)采用基于DDS 的分布式仿真架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)決策模塊之間，系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊之間實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和控制指令的發(fā)送與接收。整個(gè)仿真系統(tǒng)分為實(shí)體仿真軟件和場(chǎng)景管理與顯示軟件聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。其中實(shí)體仿真軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和導(dǎo)彈的飛行動(dòng)力學(xué)仿真，以及機(jī)載雷達(dá)的仿真，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)決策模型輸出的控制指令，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)、雷達(dá)探測(cè)、導(dǎo)彈發(fā)射和毀傷評(píng)估；場(chǎng)景管理與顯示軟件實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)決策模型的導(dǎo)入、仿真場(chǎng)景的初始化、紅藍(lán)雙方對(duì)抗仿真的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)采用三維模型與三維場(chǎng)景顯示雙方對(duì)抗過(guò)程。

DDS 所采用的發(fā)布/訂閱數(shù)據(jù)通信模式，使得發(fā)布和訂閱的消息主題成為模型之間的數(shù)據(jù)通信接口。為實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)共建立了12 個(gè)主題，設(shè)計(jì)了137 個(gè)參數(shù)，具體見(jiàn)表1所示。

DDS具體交互流程如下所示：

步驟1 注冊(cè)無(wú)人機(jī)名稱，表明敵我雙方狀態(tài)位，1表示為我機(jī)，2表示為敵機(jī)。

步驟2 初始化作戰(zhàn)背景，交互場(chǎng)景數(shù)據(jù)。

步驟3 初始化無(wú)人機(jī)狀態(tài)，初始化飛行動(dòng)力學(xué)模塊，自動(dòng)駕駛儀模塊與機(jī)動(dòng)控制模塊，完善飛行前準(zhǔn)備，執(zhí)行起飛。

步驟4 利用無(wú)人機(jī)控制指令，進(jìn)行飛行控制，向作戰(zhàn)空域靠近。

步驟5 進(jìn)入作戰(zhàn)空域后雷達(dá)下達(dá)開(kāi)機(jī)指令。

步驟6 通過(guò)雷達(dá)模塊計(jì)算雙方實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。

總之，美國(guó)對(duì)“南海航行自由”規(guī)范的擴(kuò)散采取了“教化”模式，并體現(xiàn)了霸權(quán)主導(dǎo)以及對(duì)本國(guó)和它國(guó)國(guó)內(nèi)制度的利用和操控。自上而下單向的規(guī)范擴(kuò)散模糊了規(guī)范本身的積極意義，致使規(guī)范議程變得越來(lái)越偏狹，甚至無(wú)視他國(guó)合理的主權(quán)訴求，這構(gòu)成擴(kuò)散中固有的缺陷與疏漏。正常的規(guī)范擴(kuò)散是互動(dòng)的、復(fù)雜的且難以預(yù)期的。未來(lái)的“南海航行自由”新規(guī)范既要抵制美國(guó)的霸權(quán)主導(dǎo)又要彰顯其積極價(jià)值，這無(wú)疑指向了一種互動(dòng)型的雙向規(guī)范擴(kuò)散。

步驟7 將雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸至導(dǎo)彈攻擊區(qū)解算模塊，滿足發(fā)射條件時(shí)，下達(dá)武器發(fā)射指令。

步驟8 導(dǎo)彈仿真系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型，相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型，比例導(dǎo)引模型進(jìn)行導(dǎo)彈制導(dǎo)計(jì)算。

步驟9 將導(dǎo)彈飛行狀態(tài)信息傳輸至毀傷模塊計(jì)算毀傷概率。

步驟10 導(dǎo)彈命中，作戰(zhàn)結(jié)束，導(dǎo)彈未命中返回步驟6，繼續(xù)作戰(zhàn)。

2.2 戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體仿真模型

考慮到仿真系統(tǒng)用于支撐無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)決策仿真的目的，因此，各類模型不需要做到信號(hào)級(jí)仿真。從作戰(zhàn)OODA 環(huán)角度出發(fā)，為了保證決策的正確性，在系統(tǒng)仿真過(guò)程中，對(duì)涉及到態(tài)勢(shì)獲取的雷達(dá)模型、決策執(zhí)行的無(wú)人機(jī)模型和導(dǎo)彈毀傷模型需要有較高的逼真度。分別建模如下。

2.2.1 無(wú)人機(jī)仿真模型

通過(guò)文獻(xiàn)閱讀總結(jié)，目前的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策算法研究通常都是基于三自由度飛機(jī)模型設(shè)計(jì)，因此，為了使仿真系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)決策模型實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)交互，以三自由度飛機(jī)模型作為無(wú)人機(jī)仿真模型的基礎(chǔ)，同時(shí)考慮到提高無(wú)人機(jī)模型的逼真度并表現(xiàn)不同無(wú)人機(jī)的差異性，設(shè)計(jì)了帶氣動(dòng)系數(shù)和推力模型無(wú)人機(jī)仿真模型，以迎角、滾轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)推力為控制量。

式中，(x,y,z)表示無(wú)人機(jī)在慣性坐標(biāo)系中的位置，m是質(zhì)量，v是速度，γ是航跡傾角，ψ是偏航角；α是迎角，μ是滾轉(zhuǎn)角，T表示發(fā)動(dòng)機(jī)推力；D表示氣動(dòng)阻力，L表示氣動(dòng)升力，g表示重力加速度常值，公式中L、D、T可進(jìn)一步分別由升力系數(shù)模型、阻力系數(shù)模型和推力模型表達(dá)，以此表示不同的無(wú)人機(jī)類型，在仿真系統(tǒng)中可以配置。具體模型坐標(biāo)系定義請(qǐng)參考文獻(xiàn)[9]。

2.2.2 雷達(dá)仿真模型

機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)是現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)的主要傳感器，由于只針對(duì)空對(duì)空作戰(zhàn)，所以，雷達(dá)仿真模型對(duì)雷達(dá)典型的對(duì)空掃描方式進(jìn)行模擬，以便盡可能反映空戰(zhàn)中雷達(dá)的功能[10]。

在雷達(dá)仿真模型中設(shè)計(jì)邊搜索邊測(cè)距（RWS）和邊掃描邊跟蹤（TWS）模式支持中遠(yuǎn)距空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策，設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)空戰(zhàn)（ACM）模式支持近距空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策。具體參數(shù)見(jiàn)表2所示。

表2 雷達(dá)功能參數(shù)表Table 2 Radar function parameter table

雷達(dá)探測(cè)的功能實(shí)現(xiàn)主要分兩步：（1）確定指定目標(biāo)是否可以被探測(cè)到；（2）如果雷達(dá)能被探測(cè)到，輸出雷達(dá)探測(cè)結(jié)果。具體實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖4所示。

流程圖中目標(biāo)機(jī)RCS 的計(jì)算是根據(jù)目標(biāo)和雷達(dá)的坐標(biāo)、姿態(tài)角等交互數(shù)據(jù)，按照目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)RCS值和系數(shù)表，算出該態(tài)勢(shì)下目標(biāo)的RCS值。

其中方位角與俯仰角是以目標(biāo)為中心的坐標(biāo)系定義如圖5。

目標(biāo)RCS計(jì)算公式為：

其中，a表示方位角，p表示俯仰角，Rside為正側(cè)向探測(cè)的目標(biāo)RCS數(shù)值，設(shè)為目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)RCS值。Rhead為從正迎頭探測(cè)，Rtail為從正尾后探測(cè)，Rup為從正上方探測(cè)，Rdown為從正下方探測(cè)。

2.2.3 導(dǎo)彈仿真模型

導(dǎo)彈攻擊區(qū)是影響無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策的重要因素之一，因此，在導(dǎo)彈仿真模型建立時(shí)，充分考慮到導(dǎo)彈攻擊區(qū)的遠(yuǎn)近邊界和不可逃逸區(qū)邊界的重要作用，運(yùn)用文獻(xiàn)[11]所提出的導(dǎo)彈攻擊區(qū)計(jì)算方法建立導(dǎo)彈攻擊區(qū)計(jì)算模型。通過(guò)實(shí)時(shí)采集本機(jī)和目標(biāo)的位置、速度、角度等信息可實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)彈攻擊區(qū)特征參數(shù)值，用于我機(jī)戰(zhàn)術(shù)決策。當(dāng)戰(zhàn)術(shù)決策模型發(fā)出導(dǎo)彈發(fā)射指令后，啟動(dòng)彈道仿真子系統(tǒng)，用于模擬導(dǎo)彈初段非制導(dǎo)飛行過(guò)程、中段慣導(dǎo)+數(shù)據(jù)鏈制導(dǎo)飛行過(guò)程以及末段彈載雷達(dá)主動(dòng)制導(dǎo)飛行過(guò)程，根據(jù)仿真場(chǎng)景中的目標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的飛行彈道計(jì)算。彈道仿真根據(jù)發(fā)射時(shí)刻的載機(jī)空間位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)開(kāi)始運(yùn)行，中段飛行過(guò)程中根據(jù)載機(jī)提供的目標(biāo)信息，由比例導(dǎo)引律輸出制導(dǎo)指令實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈跟蹤，末段模擬導(dǎo)引頭模塊對(duì)目標(biāo)跟蹤。彈道仿真實(shí)時(shí)輸出導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)視景中的三維模型。彈道仿真子系統(tǒng)模型如圖6所示，主要由動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、相對(duì)運(yùn)動(dòng)模塊、比例導(dǎo)引律模塊、毀傷模塊組成。

其中，動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊負(fù)責(zé)計(jì)算導(dǎo)彈的可能飛行彈道及其主要飛行特性，用考慮氣動(dòng)阻力的可操控質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程組表示。相對(duì)運(yùn)動(dòng)模塊通過(guò)考慮彈目距離、目標(biāo)視線角、目標(biāo)視線角速度等參數(shù)提供末段目標(biāo)截獲條件判斷結(jié)果和傳遞目標(biāo)視線角速率給比例導(dǎo)引率模型。比例導(dǎo)引模塊根據(jù)設(shè)定的比例系數(shù)和獲取的參數(shù)計(jì)算水平和垂直面過(guò)載需求，傳遞給導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)。在彈目距離小于導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部作用距離時(shí)，啟動(dòng)毀傷計(jì)算模塊[12]，根據(jù)配置的TNT 因子、炸藥量、毀傷增量和衰減指數(shù)等參數(shù)計(jì)算導(dǎo)彈最大殺傷能力，并與目標(biāo)可承受的最大損傷聯(lián)合計(jì)算毀傷百分比，提供毀傷結(jié)論。

3 實(shí)驗(yàn)效果

本仿真系統(tǒng)采用C++編程實(shí)現(xiàn)，主界面如圖7 所示。左側(cè)主顯示區(qū)包括：仿真實(shí)體/事件列表和三維態(tài)勢(shì)顯示區(qū)域，右側(cè)控制區(qū)包括：態(tài)勢(shì)顯控管理、規(guī)則編輯場(chǎng)景管理和仿真成員狀態(tài)顯示等區(qū)域。通過(guò)輸入紅藍(lán)雙方仿真參數(shù)開(kāi)展決策算法的驗(yàn)證研究。

為了驗(yàn)證仿真系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)決策算法數(shù)據(jù)交互的可靠性和實(shí)時(shí)性，以及仿真系統(tǒng)各模型運(yùn)行的實(shí)際效果，運(yùn)用所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)對(duì)文獻(xiàn)[13]提出的基于知識(shí)推理的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策方法開(kāi)展了雙機(jī)對(duì)抗仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程如圖8所示。

通過(guò)把知識(shí)推理空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策算法編寫為Matlab程序，用仿真軟件的規(guī)則編輯功能接口接入仿真軟件。設(shè)置雙機(jī)對(duì)抗的初始態(tài)勢(shì)為敵機(jī)未進(jìn)行雷達(dá)鎖定、武器攻擊與電子干擾行為，處于本機(jī)前半球，飛行高度大致相同，雙方相距56 km，敵機(jī)與本機(jī)構(gòu)成側(cè)迎面態(tài)勢(shì)。啟動(dòng)仿真后，戰(zhàn)術(shù)決策算法模型和仿真軟件實(shí)時(shí)交互信息，仿真軟件實(shí)時(shí)判斷結(jié)束條件是否滿足，如滿足則仿真結(jié)束，存儲(chǔ)仿真數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程的三維態(tài)勢(shì)顯示如圖9 所示。圖中顯示了紅藍(lán)對(duì)抗過(guò)程中，紅方無(wú)人機(jī)采用繞側(cè)攻擊中遠(yuǎn)距空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的過(guò)程，并實(shí)時(shí)顯示雙方的狀態(tài)信息。

本仿真系統(tǒng)已針對(duì)不同類型的無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策算法[14-19]進(jìn)行了全面的仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，仿真系統(tǒng)具備支持紅藍(lán)雙方各16架無(wú)人機(jī)開(kāi)展空戰(zhàn)對(duì)抗仿真的能力，仿真系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)決策模型數(shù)據(jù)交互在10 ms以內(nèi)能夠滿足實(shí)時(shí)性要求，仿真系統(tǒng)內(nèi)部各模型運(yùn)行穩(wěn)定，參數(shù)傳遞準(zhǔn)確可靠，可有效支撐無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策算法設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策研究的實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了模塊化多層次的無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策仿真系統(tǒng)技術(shù)方案和數(shù)據(jù)交互框架；并基于DDS 的分布式仿真技術(shù)和不同顆粒度戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體模型實(shí)現(xiàn)了該仿真系統(tǒng)，最后對(duì)仿真系統(tǒng)的效果進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

本文建立的仿真系統(tǒng)緊貼無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)使用流程，涵蓋影響無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策的主要因素，功能較為完善，為無(wú)人機(jī)空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策模型的開(kāi)發(fā)提供了可靠有用的工具。為了更有效地支撐戰(zhàn)術(shù)決策模型的建模仿真，下一步將針對(duì)提升戰(zhàn)場(chǎng)模型逼真度和決策算法驗(yàn)證評(píng)價(jià)兩方面開(kāi)展進(jìn)一步研究。