CN114444255B - 一种基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法 - Google Patents

一种基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法，将游戏环境中飞机传感器获取信息、武器系统信息等进行数据处理，并进行空战能力中态势感知与处理能力、快速瞄准能力、格斗能力和机动能力进行通用建模求解。本发明能够实现通用空中格斗游戏中作战飞机的各种空战能力的实时计算，并进行实时演示，能弥补当前定性分析中未考虑实际格斗过程等因素问题，也符合现代空战理论。

Description

一种基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法
技术领域
本发明涉及空中格斗游戏中飞机通用空战能力计算评估方面，特别涉及一对一空战游戏环境下的飞机空战能力的计算方法。
背景技术
现代空中格斗游戏在追求画面精致细腻的同时，更渴望给玩家带来真实体验。根据游戏世界的参数进行作战飞机的空战能力计算，能给予玩家游戏时更好的决策辅助和游戏体验。目前，空中格斗类游戏在游戏演示平台上主要展示飞机的飞行参数、发动机参数、导航参数、燃油系统、武器系统等，缺少作战飞机对于空中格斗时的空战能力的计算和展示。另外，现代空中格斗游戏极具实际应用价值，可以通过对武器、雷达、航电系统等方面进行物理约束，进一步验证空战能力在实际环境中性能表现。
傅裕松等人在“飞机空战能力评估综合指数模型”一文中利用对数法对火力、探测能力、操纵效能、生存力、航程、电子对抗能力等因素进行建模评估。但针对现代空战实际情况，采用对数法对飞机作战能力评估时还存着不足：对飞机某些分项能力的指数评估过于简化，已不符合现代飞机作战理论；对于能力的评估计算都是定性分析阶段，未能将实际作战过程考虑进内。因此，在现代格斗游戏追求真实体验的基础上，亟需考虑游戏环境及平台的物理真实性和空战能力中不同类型，研究设计通用的空中格斗游戏空战能力计算方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于空战格斗下实时探测获取敌我双方信号数据的飞机空战能力计算方法，能够在游戏坏境中根据游戏的实时进度，计算出当前飞机的空战能力，并给予数据展示，从而大大提高空中格斗真实体验感和趣味性，也为实际应用提供价值参考。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
1)确定空战能力组成单元，包括态势感知与处理能力、快速瞄准能力、格斗能力和机动能力；
2)进行空战区域战斗信息数据获取，得到战斗双方空战过程的探测任务数据信息和打击任务数据信息；
3)定义航向，得到某一时刻红蓝双方的航向差；
4)建立探测能力计算模型其中，/>表示发现对方的时刻，/>为锁定时间；i＝0表示红方，i＝1表示蓝方；
建立红方高度优势计算模型
建立红方速度优势计算模型
建立红方航向优势计算模型
建立蓝方高度优势计算模型
建立蓝方速度优势计算模型
建立蓝方航向优势计算模型
其中k＝0,1,2,3分别表示红方发现蓝方时刻、蓝方发现红方时刻、红方产生武器发射信号时刻、蓝方产生武器发射信号时刻；不同时刻下的高度差为ΔHk、速度差为ΔVk、航向差为Δψk；
则红/蓝双方态势感知与处理能力求解模型
其中为红蓝双方高度优势、航向优势和速度优势的百分制量化值，ηs为其相应的权重；
5)建立快速瞄准能力计算模型所需数据 分别为发现对方的时刻、锁定对方时刻、和产生武器发射信号时刻； 分别为其对应下红蓝双方的距离；
6)建立对敌机捕获能力的求解模型其中，/>为i方面第q次攻击时先敌发现时间差，/>为i方面第q次攻击时先敌攻击时间差，Mi为攻击次数；
建立平均优势累计求解模型其中，fi为i方面第q次攻击时间差，/>和SAt分别为本方的初始攻击优势和此时刻的攻击优势，/>其中，SD、SAC分别为距离优势和截获优势，D是攻击机到目标的距离，ψD是和雷达的截获角；
建立躲避和拦截来袭导弹能力求解模型其中/> 分别为武器剩余数目、规避对方武器数目、拦截对方武器数目；
根据以上模型，得到格斗能力求解模型其中和/>为对敌机捕获能力、平均优势累以及躲避和拦截来袭导弹能力的百分制归一量化值，/>为其权重。
7)建立飞机做加力盘旋和战术转弯时，时间指标计算模型
建立飞机做筋斗类机动时，时间指标计算模型其中ni y为纵向使用过载，γi为航迹滚转角，ψi为偏航角，θi为航迹俯仰角；
则机动能力计算模型其中/>为飞机做加力盘旋和战术转弯时时间指标和飞机做筋斗类机动时时间指标权重。
所述的空战区域战斗信息数据包括红方发现蓝方飞机时刻红蓝双方距离、蓝方发现红方时刻红蓝双方距离、红方锁定蓝方的时刻红蓝双方距离、蓝方锁定红方的时刻红蓝双方距离、蓝方飞机产生武器发射信号时刻红蓝双方距离、红方产生武器发射信号时刻红蓝双方距离、红方发射武器真实时刻、蓝方飞机发射武器真实时刻、红方发现蓝方时刻红方高度、红方发现蓝方时刻蓝方高度、蓝方发现红方时刻红方高度、蓝方发现红方时刻蓝方高度、红方产生武器发射信号时刻红方高度、红方产生武器发射信号时刻蓝方高度、蓝方产生武器发射信号时刻红方高度、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方高度、红方发现蓝方飞机时刻红方飞机速度、红方发现蓝方飞机时刻蓝方飞机速度、蓝方发现红方飞机时刻红方飞机速度、蓝方发现红方飞机时刻蓝方飞机速度、红方产生武器发射信号时刻红方飞机速度、红方产生武器发射信号时刻蓝方飞机速度、蓝方产生武器发射信号时刻红方飞机速度、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方飞机速度、红方发现蓝方时刻红方航向、红方发现蓝方时刻蓝方航向、蓝方发现红方时刻红方航向、蓝方发现红方时刻蓝方航向、红方产生武器发射信号时刻红方航向、红方产生武器发射信号时刻蓝方航向、蓝方产生武器发射信号时刻红方航向、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方航向、红方先敌发现平均时间差、红方先敌攻击平均时间差、红方攻击次数、蓝方先敌发现平均时间差、蓝方先敌攻击平均时间差、蓝方攻击次数、游戏结束后红方武器剩余数目、红方规避对方导弹数目、红方拦截对方导弹数目、游戏结束后蓝方武器剩余数目、蓝方规避对方导弹数目、蓝方拦截对方导弹数目。
所述的定义航向以正北方向为0°，正北方向为y轴，对于某一时刻，红/蓝双方航向差
本发明的有益效果是：创新性地将实时作战环境中飞机传感器获取信息、武器系统信息等航电信息进行数据收集处理，并进行空战各能力进行通用建模求解，该方法能弥补当前定性分析中未考虑实际格斗过程等因素问题，也符合现代空战理论。
附图说明
图1是空战能力计算问题背景描述图；
图2是空战能力计算问题背景描述图；
图3是空战能力计算体系聚合框图；
图4是航向定义示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明针对空中格斗飞机空战能力计算问题，提出一种基于实时空战态势信号数据的空战能力计算方法，将游戏环境中飞机传感器获取信息、武器系统信息等进行数据处理，并进行空战能力中态势感知与处理能力、快速瞄准能力、格斗能力和机动能力进行通用建模求解。该方法能够实现通用空中格斗游戏中作战飞机的各种空战能力的实时计算，并进行实时演示。
本发明的实现过程包括以下步骤：
1.确定空中格斗游戏中空战能力组成单元，结合空战游戏过程，红蓝双方空战能力包括态势感知与处理能力、快速瞄准能力、格斗能力和机动能力。空战能力聚合框架如图3所示。
2.进行空战区域战斗信息数据获取，获取战斗双方(本发明中称红方和蓝方)空战过程的探测任务数据信息和打击任务数据信息。所需要获取的数据信息如下所示：
红方发现蓝方飞机时刻
时刻，红/蓝双方距离/>
蓝方发现红方时刻
时刻，红/蓝双方距离/>
红方锁定蓝方的时刻
时刻，红/蓝双方距离/>
蓝方锁定红方的时刻
时刻，红/蓝双方距离/>
蓝方飞机产生武器发射信号时刻
时刻，红/蓝双方距离/>红方产生武器发射信号时刻/>
时刻，红/蓝双方距离/>红方发射武器真实时刻/>蓝方飞机发射武器真实时刻/>红方发现蓝方时刻，红方高度/>红方发现蓝方时刻，蓝方高度/>蓝方发现红方时刻，红方高度/>蓝方发现红方时刻，蓝方高度/>红方产生武器发射信号时刻，红方高度/>红方产生武器发射信号时刻，蓝方高度蓝方产生武器发射信号时刻，红方高度/>蓝方产生武器发射信号时刻，蓝方高度/>红方发现蓝方飞机时刻，红方飞机速度/>红方发现蓝方飞机时刻，蓝方飞机速度/>蓝方发现红方飞机时刻，红方飞机速度/>蓝方发现红方飞机时刻，蓝方飞机速度/>红方产生武器发射信号时刻，红方飞机速度/>红方产生武器发射信号时刻，蓝方飞机速度/>蓝方产生武器发射信号时刻，红方飞机速度/>蓝方产生武器发射信号时刻，蓝方飞机速度/>
红方发现蓝方时刻，红方航向红方发现蓝方时刻，蓝方航向/>蓝方发现红方时刻，红方航向/>蓝方发现红方时刻，蓝方航向/>红方产生武器发射信号时刻，红方航向/>红方产生武器发射信号时刻，蓝方航向/>蓝方产生武器发射信号时刻，红方航向/>蓝方产生武器发射信号时刻，蓝方航向/>红方先敌发现平均时间差/>红方先敌攻击平均时间差/>红方攻击次数Mj red；
蓝方先敌发现平均时间差蓝方先敌攻击平均时间差/>蓝方攻击次数游戏结束后，红方武器剩余数目/>红方规避对方导弹数目/>红方拦截对方导弹数目/>游戏结束后，蓝方武器剩余数目/>蓝方规避对方导弹数目/>蓝方拦截对方导弹数目/>
3.航向定义，采用攻击优先的原则，本发明中有如下定义：以正北方向为0°，正北方向为y轴，具体情况如图4所示。对于某一时刻，红/蓝双方航向差的计算满足：
k＝findBlue,findred,RedShoot,BlueShoot分别表示红方发现蓝方时刻蓝方发现红方时刻/>红方产生武器发射信号时刻/>蓝方产生武器发射信号时刻(pred_x,pred_y),(pblue_x,pblue_y)分别表示红蓝双方在水平面投影坐标。
4.建立态势感知与处理能力计算的方式方法。态势感知与处理能力包括探测能力以及获取不利态势信息的处理能力。
探测能力计算模型为：
表示发现对方的时刻，/>为锁定时间。i＝0表示red，i＝1表示blue。
处理应对能力主要指标为不同态势下高度优势、速度优势与航向优势。
红方高度优势计算模型为：
红方速度优势计算模型为：
红方航向优势计算模型为：
蓝方高度优势计算模型为：
蓝方速度优势计算模型为：
蓝方航向优势计算模型为：
其中k＝0,1,2,3分别表示findBlue,findred,RedShoot,BlueShoot即红方发现蓝方时刻、蓝方发现红方时刻、红方产生武器发射信号时刻、蓝方产生武器发射信号时刻。不同时刻下的高度差为ΔHk、速度差为ΔVk、航向差为Δψk。航向差计算公式满足公式。
则红/蓝双方态势感知与处理能力求解模型为：
其中i＝0表示red，i＝1表示blue，为红/蓝双方高度优势、航向优势和速度优势的百分制量化值，ηs为其相应的权重，s＝1,2,3。
5、建立快速瞄准能力计算模型
快速瞄准能力主要是指战机在空战过程中，从发现目标、到锁定目标，再至打击目标。发现目标时间越短、锁定目标时间越短、打击目标时间越短，飞机的快速接敌性能、快速瞄准性能等一系列开火前飞机性能也就越好，给游戏取胜带来的优势也就越多。建立如下求解模型。
所需数据分别为发现对方的时刻、锁定对方时刻、和产生武器发射信号时刻。/>分别为其对应下红蓝之间距离。
6、建立格斗能力计算模型。格斗能力计算参照对敌机的捕获能力(先敌发现和先敌攻击)、平均优势累计以及躲避和拦截来袭导弹能力。其中参照朱昌辉等人关于空战战法评估方面资料，建立对敌机的捕获能力和平均优势累计计算模型。
对敌机捕获能力的求解模型为：
其中，为i方面第q次攻击时先敌发现时间差，/>为i方面第q次攻击时先敌攻击时间差，Mi为攻击次数。
平均优势累计求解模型为：
其中，fi为i方面第q次攻击时间差，和SAt分别为本方的初始攻击优势(t0时刻)和此时刻的攻击优势。
其中，SD，SAC分别为距离优势和截获优势，D是攻击机到目标的距离，ψD是和雷达的截获角。
躲避和拦截来袭导弹能力求解模型为：
分别为武器剩余数目，规避对方武器数目，拦截对方武器数目。
根据以上模型，格斗能力求解模型为：
其中和/>为对敌机捕获能力、平均优势累和躲避和拦截来袭导弹能力的百分制归一量化值，/>为其权重。
7.建立机动能力计算模型。飞机的机动能力计算主要参考飞机做加力盘旋和战术转弯时以及做筋斗类机动时的时间指标。参考华玉光等人关于带矢量推力飞机机动性能的评估的文献，建立以下计算模型
飞机做加力盘旋和战术转弯时，时间指标计算模型为：
飞机做筋斗类机动时，时间指标计算模型为：
其中ni y为纵向使用过载，γi为航迹滚转角，ψi为偏航角，θi为航迹俯仰角。
则机动能力计算模型为：
其中为飞机做加力盘旋和战术转弯时时间指标和飞机做筋斗类机动时时间指标权重。
本发明的实施例包括以下步骤：
1.根据图3所描述的空战能力，获取发明内容步骤2中的空中格斗信息数据，空中格斗信息可以一个十三元组表示。各个变量的含义为：时刻t下的，坐标(Xt,Yt)；高度Ht；速度Vt；航向角ψt；红蓝双方距离lt；累计攻击次数Mt；武器剩余量/>航迹俯仰角θt，航迹倾斜角γt，纵向过载/>累计捕获时间Tlock。
空战格斗信息更新算法为：
/>
2.根据步骤4建立的态势感知能力计算模型进行红蓝双方能力求解，输入首次发现敌方时刻、累计捕获时长、红方发现蓝方时刻、蓝方发现红方时刻、红方产生武器发射信号时刻、蓝方产生武器发射信号时刻以及其时刻下红蓝双方的高度差、速度差、航向差。η0～η3分别取值0.3，0.1，0.2，0.4。输出红/蓝方态势感知能力计算值。
3.根据步骤5建立的快速瞄准能力计算模型进行求解。输入红/蓝方发现对方飞机时刻、红/蓝方锁定对方的时刻、红/蓝方产生武器发射信号时刻，以及其对应时刻下的红蓝双方距离，输出红/蓝方快速瞄准能力计算值。
4.根据步骤6建立格斗能力计算模型，对格斗能力进行求解。其中对敌捕获能力计算方式为：
其中输入攻击次数，格斗过程中先敌发现时间差和先敌攻击时间差。输出对敌捕获能力计算值。
对于红/蓝双方平均优势累计，输入红蓝双方距离、航向角和格斗时间，输出平均优势累计值。计算方式为：
对于规避来袭导弹能力，输入导弹剩余数目、躲避导弹数目和拦截导弹数目，输出规避来袭导弹能力计算值。
则红/蓝格斗能力计算值为：
其中分别取值0.1，0.1，0.4，0.4。
5.对机动能力进行求解。输入速度、航迹俯仰角、航向角、航迹滚转角和纵向过载。输出机动能力值。
其中分别取值0.4和0.6.
本方法将游戏环境中飞机传感器获取信息、武器系统信息等航电信息进行数据处理，并进行空战各能力进行求解，该方法的使用在通用空战格斗类游戏的应用将大大增加游戏的真实体验性和趣味性，同时对实际应用提供参考。

Claims (3)

1.一种基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定空战能力组成单元，包括态势感知与处理能力、快速瞄准能力、格斗能力和机动能力；
2)进行空战区域战斗信息数据获取，得到战斗双方空战过程的探测任务数据信息和打击任务数据信息；
3)定义航向，得到某一时刻红蓝双方的航向差；
4)建立探测能力计算模型其中，/>表示发现对方的时刻，/>为锁定时间；i＝0表示红方，i＝1表示蓝方；
建立红方高度优势计算模型
建立红方速度优势计算模型
建立红方航向优势计算模型
建立蓝方高度优势计算模型
建立蓝方速度优势计算模型
建立蓝方航向优势计算模型
其中k＝0,1,2,3分别表示红方发现蓝方时刻、蓝方发现红方时刻、红方产生武器发射信号时刻、蓝方产生武器发射信号时刻；不同时刻下的高度差为ΔHk、速度差为ΔVk、航向差为
则红/蓝双方态势感知与处理能力求解模型
其中为红蓝双方高度优势、航向优势和速度优势的百分制量化值，ηs为其相应的权重；
5)建立快速瞄准能力计算模型所需数据/> 分别为发现对方的时刻、锁定对方时刻、和产生武器发射信号时刻；/> 分别为其对应下红蓝双方的距离；
6)建立对敌机捕获能力的求解模型其中，/>为i方面第q次攻击时先敌发现时间差，/>为i方面第q次攻击时先敌攻击时间差，Mi为攻击次数；
建立平均优势累计求解模型其中，fi为i方面第q次攻击时间差，和SAt分别为本方的初始攻击优势和此时刻的攻击优势，/>其中，SD、SAC分别为距离优势和截获优势，D是攻击机到目标的距离，/>是雷达的截获角；
建立躲避和拦截来袭导弹能力求解模型其中/> 分别为武器剩余数目、规避对方武器数目、拦截对方武器数目；
根据以上模型，得到格斗能力求解模型其中和/>为对敌机捕获能力、平均优势累以及躲避和拦截来袭导弹能力的百分制归一量化值，/>为其权重；
7)建立飞机做加力盘旋和战术转弯时，时间指标计算模型
建立飞机做筋斗类机动时，时间指标计算模型其中ni y为纵向使用过载，γi为航迹滚转角，/>为偏航角，θi为航迹俯仰角；
则机动能力计算模型其中/>为飞机做加力盘旋和战术转弯时时间指标和飞机做筋斗类机动时时间指标权重。
2.根据权利要求1所述的基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法，其特征在于，所述的空战区域战斗信息数据包括红方发现蓝方飞机时刻红蓝双方距离、蓝方发现红方时刻红蓝双方距离、红方锁定蓝方的时刻红蓝双方距离、蓝方锁定红方的时刻红蓝双方距离、蓝方飞机产生武器发射信号时刻红蓝双方距离、红方产生武器发射信号时刻红蓝双方距离、红方发射武器真实时刻、蓝方飞机发射武器真实时刻、红方发现蓝方时刻红方高度、红方发现蓝方时刻蓝方高度、蓝方发现红方时刻红方高度、蓝方发现红方时刻蓝方高度、红方产生武器发射信号时刻红方高度、红方产生武器发射信号时刻蓝方高度、蓝方产生武器发射信号时刻红方高度、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方高度、红方发现蓝方飞机时刻红方飞机速度、红方发现蓝方飞机时刻蓝方飞机速度、蓝方发现红方飞机时刻红方飞机速度、蓝方发现红方飞机时刻蓝方飞机速度、红方产生武器发射信号时刻红方飞机速度、红方产生武器发射信号时刻蓝方飞机速度、蓝方产生武器发射信号时刻红方飞机速度、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方飞机速度、红方发现蓝方时刻红方航向、红方发现蓝方时刻蓝方航向、蓝方发现红方时刻红方航向、蓝方发现红方时刻蓝方航向、红方产生武器发射信号时刻红方航向、红方产生武器发射信号时刻蓝方航向、蓝方产生武器发射信号时刻红方航向、蓝方产生武器发射信号时刻蓝方航向、红方先敌发现平均时间差、红方先敌攻击平均时间差、红方攻击次数、蓝方先敌发现平均时间差、蓝方先敌攻击平均时间差、蓝方攻击次数、游戏结束后红方武器剩余数目、红方规避对方导弹数目、红方拦截对方导弹数目、游戏结束后蓝方武器剩余数目、蓝方规避对方导弹数目、蓝方拦截对方导弹数目。
3.根据权利要求1所述的基于格斗过程的飞机空战能力通用计算方法，其特征在于，所述的定义航向以正北方向为0°，正北方向为y轴，对于某一时刻，红/蓝双方航向差
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