CN113435005B - 一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞行力学领域，特别涉及一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法。包括：步骤一、构建自动化飞机仿真模型；步骤二、对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数。本申请能够基于空战模拟对抗仿真环境，利用计算机操作飞机模型自动化地完成机动、决策等复杂作战过程。自动化仿真排除了人为的不确定因素，保证了机动动作、作战决策的精准性；自动化仿真可以摆脱人在环仿真的人员、时间等限制，能够通过批量循环仿真提供足够样本，为指标敏感度分析提供支撑，有利于全局寻优；空战规则库的设计使得空战仿真实验的战术选取更为灵活，从空战规则库中选择需要的子规则，并加以组合，可以完成完整的作战过程。

Description

一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法

技术领域

本申请属于飞行力学领域，特别涉及一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法。

背景技术

现代空战的作战过程十分复杂，战斗机需要通过完成各种机动动作来达到攻击占位、威胁规避等攻防战术意图，而机动参数的选取、实施时机的把握直接决定攻防的效果，进而影响敌我态势的优劣。因此，对机动参数、战术决策等战技指标进行敏感度优化与分析，对于空战过程夺取空中优势具有一定的指导意义。

目前，战斗机的战技指标敏感度分析与优化过程主要通过人在环的仿真试验来完成。根据实验设计阶段选取的敏感度因子范围，实验人员在数字仿真环境中驾驶模拟器进行模拟空战对抗，并通过批量实验的统计结果完成相关因子的敏感度分析与优化。这种方法主要有以下两点限制：

1、样本量较小：由于人员、时间、设备等因素的限制，评估的样本量仅能达到几百次的量级，因此只能做到少量参数、少量取值的敏感度分析，而且只能完成局部寻优；

2、人员操作的不确定性：实验人员无法保证按照预设参数准确地完成机动过程，导致实验结果中存在人为因素，为后期的评估工作造成了一定的困难。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，包括：

步骤一、构建自动化飞机仿真模型，所述自动化飞机仿真模型包括：

仿真调度模块，用于设置敏感度分析所需的实验循环次数、敏感度因子以及对应的参数范围，并发送实验控制指令；

想定推送模块，用于配置空战实验的想定信息以及空战战术规划；

空战规则模块，用于根据空战战术规划，从空战规则库中提取对应的空战规则，所述空战规则包括机动动作、传感器操作以及武器使用三个维度；

仿真模型模块，用于根据空战规则完成对应的飞机模型、传感器模型以及武器模型的调度，以完成空战过程；

数据处理模块，用于对批量仿真数据进行敏感度分析，并完成参数寻优；

步骤二、对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数。

可选地，所述实验控制指令包括开始指令、暂停指令以及终止指令。

可选地，所述想定信息包括参战飞机类型、数量、武器挂载以及初始状态。

可选地，所述空战规则模块中的空战规则库的设计过程包括：

将空战过程拆分为多个作战阶段，构建每个作战阶段的子规则，根据所述子规则获得对应作战阶段的机动动作、传感器操作、武器使用情况；

将所有子规则集合构建成空战规则库。

可选地，所述子规则包括：接战引导子规则、电子干扰子规则、目标搜索子规则、战术决策子规则、目标分配子规则、发射导弹子规则、中距弹制导子规则、中距弹末制导子规则、导弹效果评估子规则、末端对抗子规则以及退出战场子规则。

可选地，所述仿真模型模块中飞机模型包括：模型输入接口、机动控制模块、动力学方程模块、发动机模块、大气数据模块、运动学方程模块以及模型输出接口，所述模型输入接口用于输入设计参数以及使用参数。

可选地，所述设计参数包括飞机的重量、气动参数、隐身参数以及边界限制参数，所述使用参数包括机动动作的选取以及完成动作的参数。

可选地，步骤二中，所述对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数包括：

配置多组设计参数，获得多个对应的自动化飞机仿真模型；

获取作战需求，根据作战需求选取子规则组合，生成完整的空战过程；

将空战过程输入到每个所述自动化飞机仿真模型中进行仿真，获取仿真结果，根据仿真结果选取最优的设计参数。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，能够基于空战模拟对抗仿真环境，利用计算机操作飞机模型自动化地完成机动、决策等复杂作战过程，保证了实验过程的精准性，而且利用计算机自动完成大批量的实验，保证了样本的充足，以达到全局寻优的目的。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的自动化飞机仿真模型的自动化仿真架构图；

图2是本申请一个实施方式的可变参飞机模型架构图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，包括以下步骤：

步骤一、构建自动化飞机仿真模型；

步骤二、对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数。

本申请的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，基于空战模拟对抗仿真环境，设计自动化仿真的交互架构，构建自动化飞机仿真模型，该自动化飞机仿真模型包括多个模块。

具体的，自动化飞机仿真模型包括：

仿真调度模块，用于设置敏感度分析所需的实验循环次数、敏感度因子以及对应的参数范围，并发送实验控制指令；其中，实验控制指令包括开始指令、暂停指令以及终止指令等；

想定推送模块，用于配置空战实验的想定信息以及空战战术规划情况；其中，想定信息包括参战飞机类型、数量、武器挂载以及初始状态等；

空战规则模块，用于根据空战战术规划，从空战规则库中提取对应的规则，空战规则包括机动动作、传感器操作以及武器使用三个维度；

仿真模型模块，用于根据设置好的空战规则完成对应的飞机模型、传感器模型以及武器模型的调度，以完成空战过程；

数据处理模块，用于对批量仿真数据进行敏感度分析，并完成参数寻优。

在本申请的一个优选实施例中，空战规则模块中的空战规则库设计过程包括：根据空战OODA理论以及作战使用研究成果，将空战过程拆分为多个作战阶段，构建每个作战阶段的子规则，每个子规则需要该作战阶段的机动动作、传感器操作、武器使用等战术行为；将所有子规则集合构建成空战规则库，为自动化空战控制提供支撑。

本实施例中，子规则包括：接战引导子规则、电子干扰子规则、目标搜索子规则、战术决策子规则、目标分配子规则、发射导弹子规则、中距弹制导子规则、中距弹末制导子规则、导弹效果评估子规则、末端对抗子规则以及退出战场子规则。

具体的，接战引导子规则为战斗机接敌策略，可以选取平飞、爬升、偏置等策略；电子干扰子规则包括干扰方式、干扰时机的选取；目标搜索子规则包括中远距搜索、近距搜索，以及不同传感器的系统使用等；战术决策子规则主要功能为攻击列表的形成，并决定攻击优先级；目标分配子规则是在对机协同空战的情况下，进行火力打击的分配；发射导弹子规则包括武器选取、发射策略选取等；中距弹制导子规则是指制导过程中战斗机需要保持为导弹发送目标信息，并采取一定的防御性动作；中距弹末制导子规则是指导弹末制导后，不许要战斗机的指示信息，可以进行脱离；导弹效果评估子规则是对导弹命中情况的判断，并决定下一轮进攻策略；末端对抗子规则是指在敌方导弹逼近时，需要采取一定的威胁规避策略；退出战场是指规定战斗机退出战场的条件，包括油量限制、武器数量限制、战损等。

在本申请的一个优选实施例中，为了进行飞机的战技指标敏感度分析，需要对仿真模型模块中可调参数的飞机模型进行设计，实现对设计参数以及使用参数的自定义配置。本实施例中，飞机模型包括：模型输入接口、机动控制模块、动力学方程模块、发动机模块、大气数据模块、运动学方程模块以及模型输出接口，模型输入接口用于输入设计参数以及使用参数。设计参数包括飞机的重量、气动参数、隐身参数以及边界限制参数等，使用参数包括机动动作的选取以及完成动作的参数等。

在本申请的一个优选实施例中，步骤二中，对自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数包括：

配置多组设计参数，获得多个对应的自动化飞机仿真模型；

获取作战需求，根据作战需求选取子规则组合，生成完整的空战过程；

将空战过程输入到每个自动化飞机仿真模型中进行仿真，获取仿真结果，根据仿真结果选取最优的设计参数。

本申请的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，能够基于空战模拟对抗仿真环境，利用计算机操作飞机模型自动化地完成机动、决策等复杂作战过程。自动化仿真排除了人为的不确定因素，保证了机动动作、作战决策的精准性；自动化仿真可以摆脱人在环仿真的人员、时间等限制，能够通过批量循环仿真提供足够样本，为指标敏感度分析提供支撑，有利于全局寻优；空战规则库的设计使得空战仿真实验的战术选取更为灵活，从空战规则库中选择需要的子规则，并加以组合，可以完成完整的作战过程。本申请的结果对于空战过程中夺取空中优势具有一定的指导意义。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，其特征在于，包括：

步骤一、构建自动化飞机仿真模型，所述自动化飞机仿真模型包括：

仿真调度模块，用于设置敏感度分析所需的实验循环次数、敏感度因子以及对应的参数范围，并发送实验控制指令；

所述实验控制指令包括开始指令、暂停指令以及终止指令；

想定推送模块，用于配置空战实验的想定信息以及空战战术规划；

所述想定信息包括参战飞机类型、数量、武器挂载以及初始状态；

空战规则模块，用于根据空战战术规划，从空战规则库中提取对应的空战规则，所述空战规则包括机动动作、传感器操作以及武器使用三个维度；

所述空战规则模块中的空战规则库的设计过程包括：

将空战过程拆分为多个作战阶段，构建每个作战阶段的子规则，根据所述子规则获得对应作战阶段的机动动作、传感器操作、武器使用情况；

将所有子规则集合构建成空战规则库；

所述子规则包括：接战引导子规则、电子干扰子规则、目标搜索子规则、战术决策子规则、目标分配子规则、发射导弹子规则、中距弹制导子规则、中距弹末制导子规则、导弹效果评估子规则、末端对抗子规则以及退出战场子规则；

仿真模型模块，用于根据空战规则完成对应的飞机模型、传感器模型以及武器模型的调度，以完成空战过程；

数据处理模块，用于对批量仿真数据进行敏感度分析，并完成参数寻优；

步骤二、对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数。

2.根据权利要求1所述的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，其特征在于，所述仿真模型模块中飞机模型包括：模型输入接口、机动控制模块、动力学方程模块、发动机模块、大气数据模块、运动学方程模块以及模型输出接口，所述模型输入接口用于输入设计参数以及使用参数。

3.根据权利要求2所述的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，其特征在于，所述设计参数包括飞机的重量、气动参数、隐身参数以及边界限制参数，所述使用参数包括机动动作的选取以及完成动作的参数。

4.根据权利要求3所述的自动化飞机设计参数敏感度分析及优化方法，其特征在于，步骤二中，所述对所述自动化飞机仿真模型进行自动化作战仿真试验，获取优化后的设计参数包括：

配置多组设计参数，获得多个对应的自动化飞机仿真模型；

获取作战需求，根据作战需求选取子规则组合，生成完整的空战过程；

将空战过程输入到每个所述自动化飞机仿真模型中进行仿真，获取仿真结果，根据仿真结果选取最优的设计参数。

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