CN116796521B - 水面战斗群对抗战模拟方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水面战斗群对抗战模拟方法、装置、电子设备及存储介质，包括：使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；检测到模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，采集模拟舰队的实体物理及实体行为；根据实体物理及实体行为确定模拟舰队的信息交互；根据实体物理、实体行为及信息交互，确定模拟舰队的指挥决策；对模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战的效能进行评估。本发明的有益效果为：提高了水面战斗群的模拟的真实性，通过配置不同的实体物理、实体行为与装备，完成不同舰船的信息交互及打击模拟，提高了水面战斗群模拟在不同场景的拓展性和通用性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种水面战斗群对抗战模拟方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
复杂性是战争的固有属性，充分理解和运用战争的复杂性是取得胜利的重要手段。较于以往，现代战争更偏重于体系对抗而非单一对抗，复杂度大大增加，通过传统战法研讨把握复杂系统运行原理的效率大大降低。现有的模拟平台和游戏主要针对于整个仿真流程的某个单一环节开展研究，将作战的整个流程纳入考虑的较少，缺乏考虑全流程的系统性过程分析。并且已有的商业模拟平台也缺乏进一步的拓展和可供用户的自由设计。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提出一种水面战斗群对抗战模拟方法、装置、电子设备及存储介质，提高了水面战斗群对抗战模拟的真实性，且提高了水面战斗群对抗战模拟的扩展性。
本发明的一方面提供了一种水面战斗群对抗战模拟方法，包括：
使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；
检测到所述模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，获取所述模拟舰队的实体物理及实体行为，所述实体物理用于表征三维环境及装备，所述实体行为用于表征环境行为及装备行为；
根据所述实体物理及所述实体行为确定所述模拟舰队的信息交互，所述信息交互用于表征所述装备的打击交互；
根据所述实体物理、所述实体行为及所述信息交互，确定所述模拟舰队的指挥决策，所述指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；
对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战的效能进行评估。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻，包括：
使模拟舰队采用Z字型轨迹进行航行，所述Z字型轨迹包括直线航行及圆角转向；
所述直线航行的轨迹方程为
所述圆角转向的轨迹方程为
其中t为航行时间，t1为直线航行时间，t2为圆角转向航行时间，α为初始航向偏转角航向偏转角，β为航向偏转角，v为全程航速，x和x0分别为x轴上的坐标和初始x轴坐标，y和y0分别为y轴上的坐标和初始y轴坐标，R为所述圆角转向的半径；
所述模拟舰队包括多艘模拟舰船，采用智能体方式对每艘所述模拟舰船进行模拟。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中实体行为还包括对所述模拟舰队中每艘舰船的目标分配行为进行处理，包括：
根据所述装备的最大打击距离及所述装备与打击目标的距离，构建可打击矩阵，所述可打击矩阵的公式为
其中reachable为所述可打击矩阵，attackRange(Ei)为所述最大打击距离，Ei为所述装备，Tj为所述打击目标，distance(Ei,Tj)为所述装备与所述打击目标的距离，1表示对所述打击目标实施打击，0表示不对所述打击目标实施打击；
根据所述装备的弹药类型及与所述打击目标的距离，确定对所述打击目标的打击效能矩阵，所述打击效能矩阵的公式为
其中，为Value所述打击效能矩阵，w1为目标距离因素的权重系数，w2为目标价值因素的权重系数，maxDistInit为初始状态下所述装备与打击目标之间的最大距离，targetValue为所述打击目标的固有价值，shootRate为所述装备对所述打击目标的命中概率，damage为所述装备的单发弹药对所述打击目标的毁伤值，health为所述打击目标的耐久值；
根据所述打击矩阵及所述打击效能矩阵，采用贪婪策略执行所述打击目标的分配，得到打击顺序矩阵，所述打击顺序矩阵中的每个矩阵元素用于表征实施打击组合的优先级；
所述模拟舰队的所述实体物理及所述实体行为根据模拟进行自定义设置。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中信息积累过程包括单个所述装备的信息积累和所述模拟舰队的所有所述装备的信息积累；
单个所述装备的信息积累包括信息获取量Ik及信息获取效率ik，其中所述信息获取量公式为
Ik＝∫tikdt，Ik∈[0,1]，
其中所述信息获取效率的公式为
其中radarToMek为侦测到所述打击对象的雷达数，closestDistk为所述装备与所述打击目标的所述装备的最近距离，λ为效率系数，t为航行时间，k为单个所述装备；
所有所述装备的信息积累Iall的公式为
其中n为所述模拟舰队所有所述装备的数量。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中强弱态势感知判断包括：
根据所有所述装备的信息积累，确定所述模拟舰队与所述打击对象的机动能力mobComp(t)、侦察能力scoComp(t)、攻防能力odfComp(t)；
根据所述机动能力、所述侦察能力、所述攻防能力确定所述模拟舰队与所述打击对象的强弱态势感知判断capComp(t)。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中战法规则包括：
根据所述模拟舰队与所述打击对象强弱情况，构建所述机动能力、所述侦察能力及所述攻防能力的三元组capComp(t)＝<mobComp(t),scoComp(t),odfComp(t)>；
根据所述强弱态势感知判断capComp(t)的值，根据规则库向所有所述装备发送阵型及战法制定指令，所述规则库用于存储所述模拟舰队与所述打击对象在不同强弱态势感知判断时的战法制定。
根据所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其中对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战效能进行评估，包括：
根据所述装备的航行速度的最小值确定所述模拟舰队的所述机动能力，公式为
maneuverfleet＝min{maneuver1,...,maneuvern}；
其中，maneuverfleet表示所述模拟舰队的机动能力，maneuveri表示第i件所述装备的所述机动能力；
根据所述装备的最大侦察面积及最大侦察质量确定所述模拟舰队的所述侦察能力，所述侦察能力通过最大侦察面积和最大侦察质量的加权和确定
其中，reconnaissancefleet表示所述模拟舰队的所述侦察能力，w3、w4分别表示所述最大侦察面积和所述最大侦察质量在所述模拟舰队的所述侦察能力计算中所占的权重，searchRangeij为己方第i件装备和己方第j件装备共同形成的侦察范围，searchAccui为第i件所述装备的侦察质量，所述侦察范围的计算公式为
searchRangeij＝distance(ei,ej)+rangei+rangej；
其中，distance(ei,ej)表示第i件所述装备和第j件所述装备之间的直线距离，rangei和rangej分别表示第i件所述装备和第j件所述装备的侦察半径，单个所述装备的侦察范围为标准圆，两个或两个以上所述装备的侦察范围为所有所述装备的侦察范围叠加；
根据所述装备的命中率、毁伤、射程以及最大备弹量确定攻击能力，根据所述装备的耐久度及防空导弹最大备弹量确定防御能力，根据所有所述装备的攻击能力和防御能力的总和，确定所述模拟舰队的所述攻防能力，所述攻防能力的计算公式为
offAndDeffleet＝sum{offAndDef1,…,offAndDefn}；
其中，maneuverfleet所述模拟舰队的机动能力，reconnaissancefleet表示所述模拟舰队的侦察能力，searchRangeij表示所述模拟舰队的最大侦察范围，offAndDeffleet表示所述模拟舰队的攻防能力，w3为最大侦察面积因素的权重系数，w4为最大侦察质量因素的权重系数。
本发明的实施例还包括一种水面战斗群对抗战模拟装置，包括：
巡逻模块，用于使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；
实体行为模块，用于检测到所述模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，获取所述模拟舰队的实体物理及实体行为，所述实体物理用于表征三维环境及装备，所述实体行为用于表征环境行为及装备行为；
信息交互模块，用于根据所述实体物理及所述实体行为确定所述模拟舰队的信息交互，所述信息交互用于表征所述装备的打击交互；
指挥决策模块，用于根据所述实体物理、所述实体行为及所述信息交互，确定所述模拟舰队的指挥决策，所述指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；
效能评估模块，用于对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战的效能进行评估。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前文所描述的方法。
本发明的有益效果为：通过舰艇编队阵型设计、舰艇轨迹设定、攻击目标分配以及战斗决策规则库，提高了水面战斗群的模拟的真实性，通过配置不同的实体物理、实体行为与装备，完成不同舰船的信息交互及打击模拟，提高了水面战斗群模拟在不同场景的拓展性和通用性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的水面战斗群对抗战模拟方法的流程示意图。
图2是本发明实施例的舰艇航行轨迹示意图。
图3是本发明实施例的目标分配流程示意图。
图4a是本发明实施例的红蓝方势均力敌的作战态势图。
图4b是本发明实施例的蓝方强势和红方弱势的作战态势图。
图4c是本发明实施例的蓝方弱势和红方强势的作战态势图。
图5是本发明实施例的战斗群作战效能评估指标体系示意图。
图6是本发明实施例的最大侦察范围示意图。
图7是本发明实施例的基于水面战斗群对抗战模拟方法的仿真模拟模型体系示意图。
图8是本发明实施例的基于水面战斗群对抗战模拟的仿真模型系统架构示意图。
图9是本发明实施例智能体内部工作流程示意图。
图10是本发明实施例的水面战斗群对抗战模拟分析装置图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。在本后续的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本发明的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并不会影响本发明技术方案所达到的技术效果。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，图1为水面战斗群对抗战模拟方法流程示意图。其包括但不限于步骤S100～S600：
S100，使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻。
可以理解的是，本发明中的模拟舰队中包括多艘舰船构成的舰队，其与打击对象构成敌对关系，当满足交战距离时，执行交战模拟。
需要说明的是，本实施例以模拟舰队作为模拟对象，在实际应用时，会对打击对象进行同样的模拟(如蓝方红方)，以实现场景的真实性。
在一些实施例中，两支水面打击群的遭遇作战。遭遇前，两个水面打击群在水面开展巡逻搜索任务。通常情况下，为保证良好的搜索效果以及躲避可能的潜艇埋伏，采用Z字形航线进行巡逻。想红蓝方旗舰为远程防空单位，另有一艘远程防空舰作为旗舰屏卫，其余四艘舰艇负责中程防空和反舰任务。为取得对旗舰较好的保护效果，防止空中和水下打击，搜索阶段采用Z字型航线。为获得较为全向的侦察探测范围，舰队的正常巡逻阶段采用环形阵型。
参照图2所示的舰船巡逻的行动轨迹示意图，即在搜索巡逻阶段，双方舰艇呈Z字型轨迹航行，在实际情况中，舰艇不会陡然转向，而是沿着一段圆弧逐渐转向。因此，在Z字型轨迹的基础上，本发明的实施例将航迹划分为直线行驶和圆角转向两段来进行描述，以图2中AB直行段(用时t1)、B点围绕O点圆角转向(用时t2)这两段为例，建立轨迹方程如下：
当t∈[0,t1]时，舰艇朝着与正北方向呈α角度的方向，沿直线匀速航行，航速v；当t∈[t1,t1+t2)时，舰艇开始逐渐转向，在转向过程中，舰艇轨迹为一段圆弧，该圆弧所对应的圆心坐标为(x0+v·t1·sinα+R·cosα,y0+v·t1·cosα-R·sinα)，半径为R，圆心角为β，其变量的含义参考表1。
表1舰船航行相关变量表
S200，检测到模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，采集模拟舰队的实体物理及实体行为，实体物理用于表征三维环境及装备，实体行为用于表征环境行为及装备行为。
实体行为主要包括在海战全流程中所涉及到的各类实体行为，主要分为：环境行为、装备行为等。环境行为主要是指环境对实体产生影响的行为，如环境地形、环境电磁、环境气象等。装备行为则是装备在作战过程中所需要执行的各类作战行动，如巡航行为、侦察行为、火力打击等。
可以理解的是，在交战策略环，本实施例用于表示如何利用己方装备搭载的弹药对目标实现更高效率的打击，即制定怎样的弹药目标分配，建立舰艇行为仿真及模拟的，即实现目标分配行为。
在一些实施例中，参考如图3所示的目标分配流程示意图，其包括但不限于步骤S210～S230：
S210，根据装备的最大打击距离及装备与打击目标的距离，构建可打击矩阵。
在一些实施例中，输入为各装备Ei的最大打击距离attackRange(Ei)、装备Ei与目标Tj之间的距离distance(Ei,Tj)。当装备与目标之间的距离不超过装备的最大打击距离时，装备能够对目标实施打击；否则，装备无法对目标实施打击。据此，构建可打击矩阵reachable。
其中，其中reachable为可打击矩阵，attackRange(Ei)为最大打击距离，Ei为装备，Tj为打击目标，distance(Ei,Tj)为最大打击距离及装备与打击目标的距离，1表示对打击目标实施打击，0表示不对打击目标实施打击。
S220，根据装备的弹药类型及与打击目标的距离，确定对打击目标的打击效能矩阵。
每种弹药对每个目标都有特定的打击效能值，打击效能值由两部分的加权和组成：第一部分考虑装备与目标距离，距离越近，对红方威胁越大，对其进行打击的效能值越大；第二部分考虑基于目标综合能力的价值，单发弹药对目标综合能力的毁伤期望值越大，则打击的效能值越大。打击效能计算公式如下：
其中，为Value打击效能矩阵，w1为目标距离因素的权重系数，w2为目标距离因素的权重系数，maxDistInit为初始状态下装备与打击目标之间的最大距离，targetValue为打击目标的固有价值，shootRate为装备对打击目标的命中概率，damage为装备的单发弹药对打击目标的毁伤值，health为打击目标的耐久值。
S230，根据打击矩阵及打击效能矩阵，采用贪婪策略执行打击目标的分配，得到打击顺序矩阵，打击顺序矩阵中的每个矩阵元素用于表征实施打击组合的优先级。
基于可打击矩阵和打击效能矩阵，依据贪婪策略进行目标分配，得出打击顺序矩阵order，矩阵元素为打击组合实施的优先级。在满足作战距离约束的前提下，每次打击选择优先级最高的“弹药-目标”打击组合。在该类弹药耗尽或者目标摧毁后，按照打击顺序表选择下一种“弹药-目标”打击组合。可以理解的是，随着战场态势的变化，打击顺序表也会实时变化。
其中，对于目标分配行为计算的相关变量参考表2。
表2目标分配行为相关变量表
示例性地，本发明的实施例还提供了实现目标分配行为相关的算法示例，其伪代码为：
S300，根据实体物理及实体行为确定模拟舰队的信息交互，信息交互用于表征装备的打击交互。
在一些实施例中，信息交互用于将实体的行为与相应的实体物理绑定，使实体物理执行相应行为并显示出对应行为效果。
S400，根据实体物理、实体行为及信息交互，确定模拟舰队的指挥决策，指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种。
在一些实施例中，其中信息积累过程以红方(模拟舰队)对蓝方(打击对象)的认知，分为单个装备和整体装备群两个层面。在针对蓝方单个装备认知的层面，将其建模为信息量的积分过程，而单位时间的信息获取量，即信息获取效率，对应到现实战场中，则与雷达等探测装备的数量、红蓝装备间的距离等因素有关。
针对蓝方单个装备k的信息获取量：
Ik＝∫t ik dt,Ik∈[0,1]
针对蓝方单个装备k的信息获取效率：
其中，radarToMek为侦测到目标装备的红方雷达数，与信息获取效率成正比，closestDistk为目标装备与红方装备最近距离，与信息获取效率成反比，λ为效率系数。
在针对蓝方整体装备群认知的层面，将其建模为对于蓝方单个装备信息量的均值。对蓝方整体装备群的信息获取情况：
其中，n为蓝方装备数量，Ik为针对蓝方装备k的信息获取量。
在一些实施例中，指挥官在对敌方装备群形成一定认知后，结合己方装备群能力情况，会形成敌我双方能力强弱的判断。本发明的实施例将装备群能力划分为机动能力、侦察能力、攻防能力三个维度，在这三个维度，红蓝双方能力具有三种强弱关系(“红方比蓝方弱”、“红方和蓝方势均力敌”、“红方比蓝方强”)。根据对蓝方整体装备群的认知，红方指挥官对战场上双方各维度能力的强弱情况，会逐渐感知，但是感知得到的强弱对比情况。而对于红方指挥官强弱态势感知与真实强弱情况一致的概率，可以认为与红方对蓝方整体装备群的认知程度成正比，即与Iall成正比。
红方指挥官对蓝方整体装备群的认知程度由Iall表示，且该变量值越大时，强弱态势感知应该更加接近真实情况，因此，设计指挥官的强弱态势感知如下：mobComp(t)、scoComp(t)、odfComp(t)别为t时刻红方指挥官对双方机动能力、侦察能力、攻防能力强弱情况的感知，以机动能力强弱情况感知为例，若mobComp(t)＝0(红方比蓝方弱)为实际情况，则有：
P(mobComp(t)＝0)＝Iall
对于另外两种可能情况，认为是等概率的，即：
其中，取值0、1、2分别表示“红方比蓝方弱”、“红方和蓝方势均力敌”、“红方比蓝方强”。
在一些实施例中，指挥官已经在机动能力、侦察能力、攻防能力三个维度，对双方强弱情况有了自己的感知判断。现在，他将会基于这些判断，以一定战法规则，对红方装备群发出指令。针对“感知判断-战法决策”环节建立数学模型，模型设计如下：
将红方指挥官对双方三个维度能力强弱情况的判断描述为一个三元组：capComp(t)＝<mobComp(t),scoComp(t),odfComp(t)>，假设红方在t时刻采取的战法为operation(t)，operation(t)∈operationSet＝{0,1,2,3}，规则库可以表示为(该战法规则库拟定的军事对抗原理解释如表4)：
其中，operation(t)取值0,1,2,3的含义分别为：0为撤退阵型，1为战斗阵型(较近距离开火)，2为战斗阵型(进入射程即攻击)，3为追击阵型(进入射程即攻击)。其中，指挥决策相关变量参考表3，战法规则参考表4，表4中*代表0，1，2中的任意一个。
表3指挥决策相关变量表
表4战法规则表
示例性地，参照图4a，图4b，图4c依次所代表不同作战态势图，其中图4a为红蓝方势均力敌，图4b为蓝方强势和红方弱势、图4c为蓝方弱势和红方强势。基于上述实施例的技术方案：
(1)参照图4a势均力敌时，红方与蓝方的攻防能力大致相同。此时，面对蓝方不弱于红方突防能力的防空网，红方通过集中火力，针对外侧蓝方防空能力最薄弱的舰艇予以打击和消灭，从而层层削弱蓝方整体的防空实力。在此基础上，随后再针对蓝方的其余舰艇和旗舰发起打击；
(2)参照图4b，红方劣势时，红方应当避免与敌方正面交锋。发挥防空导弹数量较大的优势，通过主动撤退，避免与蓝方的主力舰艇直接对抗。在将蓝方前卫舰艇的反舰导弹消耗殆尽之后，红方应当对失去了攻击能力的蓝方前卫舰艇进行饱和打击从而大大削弱蓝方的防空实力，并在此基础之上消灭敌方旗舰；
(3)参照图4c，红方处于优势时，红方抓住战机向敌方舰队开进。利用较为突出的攻防优势，主动突破蓝方防空火力，对外护航舰艇进行迅猛打击和歼灭。在突破敌方防空火力网，冲入敌阵之后，红方抵近使用反舰导弹和主炮对敌方旗舰进行集火攻击。
基于上述(1)～(3)的模拟结果，生成如下战法：
(1)保持阵型，相互掩护。现代海洋战斗当中，舰艇最大的威胁来自于各种远距离飞行器(反舰导弹、精确制导炸弹、无人机等)。因此，舰艇为了保护自身，形成了以中远程防空导弹、近程防空导弹、近防武器系统构成的多层防空火力网。多艘战舰构成层层交织的火力网，大大提升了各舰艇的生存能力。落单的舰艇由于失去了舰队防空火力网的掩护，势单力薄的防空火力疲于应付来自敌方舰队的饱和打击，容易被集火击沉。因此，在不具有绝对优势的情况下，整个舰队应当保持阵型集体行动。
(2)威胁优先，饱和打击。在以制导武器(反舰导弹、精确制导武器)为主导的海战场景中，为了突破水面舰艇层层交织的防空火力网，饱和式打击为击沉敌舰的主要方式。饱和式打击是指以通过超过敌方最大防空能力负载的火力密度，使敌方防空火力无法拦截所有的攻击武器，从而突破防空火力获得有效打击。在打击目标选择上，以高威胁高价值单位(主力舰艇、旗舰)为首要打击目标，从而在攻防能力和指控能力上大幅削弱敌方舰队的作战能力和对我方威胁程度。
(3)零敲强击逐个瓦解。在舰队的阵型设计上，高价值高威胁目标常由大量的护航舰艇进行护卫。除非我方舰队具备较强的一次饱和打击能力，否则对高价值目标的打击效果相当有限，大量的反舰武器都会在层层防空火力当中被消耗殆尽，难以有效突防。因此，在高威胁高价值目标被较好防卫难以击破时，可以从防空较为薄弱的防空火力网边缘地区入手，对舰队边缘的护航舰艇进行饱和式打击，先行击沉，从而逐步层层瓦解敌方舰队的防空火力。
(4)攻防灵活，审时度势。作战是对时间、空间以及兵力的整体规划和调度。海战过程中，在兵力实力不足以抗衡时，应当充分发掘和利用时间以及空间的价值，通过在特定的时间和空间集中局部的优势，从而取得相当的战果。此外，作战当中的攻守优势并非绝对的悬殊，若我方整体处于劣势，通过充分发挥自身优势，避免直接对抗，灵活变换攻守策略，根据战场态势选择合适的作战阵型，主动把握战机，也可取得突出的战果。
S500，对模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据模拟数据对战斗群作战效能进行评估。
在一些实施例中，参考图5所示的战斗群作战效能评估指标体系示意图。
根据装备的航行速度的最小值确定模拟舰队的机动能力，公式为
maneuverfleet＝min{maneuver1,...,maneuvern}；
在一些实施例中，参考图6所示的最大侦察范围示意图，
根据装备的航行速度的最小值确定模拟舰队的机动能力，公式为
maneuverfleet＝min{maneuver1,...,maneuvern}；
其中，maneuverfleet表示模拟舰队的机动能力，maneuveri表示第i件装备的机动能力，可以理解的是，模拟舰队的机动能力与装备的速度是相对应的。
根据装备的最大侦察面积及最大侦察质量确定模拟舰队的侦察能力，侦察能力通过最大侦察面积和最大侦察质量的加权和确定
其中，reconnaissancefleet表示模拟舰队的侦察能力，w3、w4分别表示最大侦察面积和最大侦察质量在模拟舰队的侦察能力计算中所占的权重，searchRangeij为己方第i件装备和己方第j件装备共同形成的侦察范围，searchAccui为第i件装备的侦察精度，侦察范围的计算公式为
searchRangeij＝distance(ei,ej)+rangei+rangej；
其中，distance(ei,ej)表示第i件装备和第j件装备之间的直线距离，rangei和rangej分别表示第i件装备和第j件装备的侦察半径，单个装备的侦察范围为标准圆，两个或两个以上装备的侦察范围为所有装备的侦察范围叠加。
根据装备的命中率、毁伤、射程以及最大备弹量确定攻击能力，根据装备的耐久度及防空导弹最大备弹量确定防御能力，根据所有装备的攻击能力和防御能力的和确定模拟舰队的攻防能力，攻防能力的计算公式为
offAndDeffleet＝sum{offAndDef1,...,offAndDefn}；
其中，maneuverfleet模拟舰队的机动能力，reconnaissancefleet表示模拟舰队的侦察能力，searchRangeij表示模拟舰队的最大侦察范围，offAndDeffleet表示模拟舰队的攻防能力。
在一些实施例中，参考图7所示的基于水面战斗群对抗战模拟方法的仿真模拟模型体系，即根据不同的流程，建立相应的模型，以实现水面战斗群对抗战模和仿真，其包括实体物理模型、实体行为模型、信息交互模型、数据管理模型、实验控制模型以及分析评估模型。
其中，实体物理模型主要包括战场环境模型、装备物理模型等，用于仿真过程中三维模型的动态展示。其中战场环境模型主要指的是舰队对抗过程中对战实体所处的三维环境，包括有海洋、海浪、天空等。装备物理模型指的是对战实体的三维模型，主要包括远洋水面舰群的各种主战装备，如主舰物理模型、护航舰物理模型以及其上的导弹系统与近防系统模型等。
实体行为模型主要包括在海战全流程中所涉及到的各类实体行为，主要分为：环境行为模型、装备行为模型等。环境行为模型主要是指环境对实体产生影响的行为，如环境地形模型、环境电磁模型、环境气象模型等。装备行为模型则是装备在作战过程中所需要执行的各类作战行动，如巡航行为模型、侦察行为模型、火力打击模型等。
信息交互模型用于将实体的行为模型与相应的实体物理模型绑定，使物理模型执行相应行为模型并显示出对应行为效果。示例性地，如舰艇A通过反舰导弹打击舰艇B，舰艇A的导弹系统需要绑定相应的打击行为模型，打击行为模型的目标与舰艇B绑定。
数据管理模型用途是管理仿真过程中自定义数据及可能产生的所有数据，包括模型描述文件、数据采集模型、数据处理模型和数据存储模型等。其中模型描述文件又包括有模型参数文件和模型交互文件，分别定义了仿真中不同模型的参数与模型之间的交互。
实验控制模型管理仿真过程中的相关实验，如实验设计模型、实验交互模型等。实验设计模型指的是设计的仿真实验体系，实验交互模型以人机交互的方式在仿真实验过程中实现模型的指挥控制与辅助观察。
分析评估模型用于仿真中及仿真后的复盘，涵盖效能评估模型、态势回放模型、战法分析模型等，实现对仿真结果的统计分析与量化评估，为决策提供一定的数据支持。
基于图8所示的基于水面战斗群对抗战模拟的仿真模型系统架构示意图，本发明的实施例还公开了基于水面战斗群的仿真体系架构图，自下而上分为仿真资源层、仿真运行层、仿真工具层、仿真应用框架层、仿真应用层。
(1)仿真资源层：该层是仿真架构的关键，定义了仿真中所涉及到的所有实体，分为模型描述文件、接口、信息交互模型和仿真实体四个部分。其中模型描述文件有两类，模型参数文件以及模型交互文件。模型参数文件中描述了实体物理模型的相关参数，如某型号舰艇的航速、耐久度、所配备的武器系统及其参数等，通过该模型参数文件可便捷初始化具有不同参数的舰船物理模型、导弹系统物理模型等。模型交互文件则定义了某类实体物理模型应具有的行为模型，如模型交互文件中设定导弹系统物理模型A应具有火力打击模型B，则在仿真资源初始化的过程中，模型A与模型B绑定，形成完整的导弹系统实体。通过这种模型描述文件与模型分离的实体生成方式，可以很便捷地重用不同的物理模型与行为模型，通过一套模型描述文件的通用标准也易于将不同来源的物理模型与行为模型组合，实现分布式开发，易于拓展和开发新的模型。
(2)仿真运行层：该层是仿真平台运行的核心，采用基于AnyLogic软件开发，复用AnyLogic离散事件仿真引擎。
(3)仿真工具层：该层提供了基于本仿真平台研究开发的所有工具，包括模型开发工具、数据管理工具、实验控制工具、效能评估工具、态势可视化工具等。利用该层工具可以以人机交互方式辅助进行相关的实验、研究与分析。
(4)仿真应用框架层：该层给出了基于该仿真体系所开发的仿真应用框架，如本发明的实施例的远洋水面舰艇对抗仿真框架，基于该框架可进行应用的拓展，不同的框架之间也可进行一定的复用。
(5)仿真应用层：基于不同的仿真应用框架，在仿真应用层可以开发不同的应用，进行不同的研究，如本发明的实施例中的反舰导弹效能评估仿真、舰船武器打击方式仿真、舰船战法仿真等。
在一些实施例中，参考图9所示的智能体内部工作流程示意图，本发明的实施例的模拟舰队由诸多的实体(舰船)及它们之间的交互构成，将每一个实体视作一个智能体，每个智能体的内部结构如图9所示，采用基于多智能体建模的方法，对远洋水面舰艇对抗体系中的每个基本元素及它们之间的交互进行分析并建模，得到相对应的实体物理模型、实体行为模型以及信息交互模型，基于平台仿真体系架构开发远洋水面舰艇对抗仿真平台。
基于上述的实施例，本发明至少具有以下有益效果：通过舰艇编队阵型设计、舰艇轨迹设定、攻击目标分配以及战斗决策规则库，提高了水面战斗群的模拟的真实性，通过配置不同的实体物理、实体行为与装备，完成不同舰船的信息交互及打击模拟，提高了水面战斗群模拟在不同场景的拓展性和通用性。
图10是本发明实施例的水面战斗群对抗战模拟分析装置图。该装置包括了巡逻模块1010、实体行为模块1020、信息交互模块1030、指挥决策模块1040及效能评估模块1050。
其中，巡逻模块，用于使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；实体行为模块，用于检测到模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，采集模拟舰队的实体物理及实体行为，实体物理用于表征三维环境及装备，实体行为用于表征环境行为及装备行为；信息交互模块，用于根据实体物理及实体行为确定模拟舰队的信息交互，信息交互用于表征装备的打击交互；指挥决策模块，用于根据实体物理、实体行为及信息交互，确定模拟舰队的指挥决策，指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；效能评估模块，用于对模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据模拟数据对战斗群作战效能进行评估。
示例性地，在装置中的巡逻模块、实体行为模块、信息交互模块、指挥决策模块及效能评估模块的合作下，实施例装置可以实现前述的任意一种水面战斗群对抗战模拟方法，即使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；检测到模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，获取模拟舰队的实体物理及实体行为，实体物理用于表征三维环境及装备，实体行为用于表征环境行为及装备行为；根据实体物理及实体行为确定模拟舰队的信息交互，信息交互用于表征装备的打击交互；根据实体物理、实体行为及信息交互，确定模拟舰队的指挥决策，指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；对模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据模拟数据对战斗群作战的效能进行评估。本发明的有益效果为：提高了水面战斗群的模拟的真实性，通过配置不同的实体物理、实体行为与装备，完成不同舰船的信息交互及打击模拟，提高了水面战斗群模拟在不同场景的拓展性和通用性。
本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器以及存储器；
存储器存储有程序；
处理器执行程序以执行前述的水面战斗群对抗战模拟方法；该电子设备具有搭载并运行本发明实施例提供的水面战斗群对抗战模拟的软件系统的功能，例如，计算机(PC)、移动终端及智能设备等。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的水面战斗群对抗战模拟方法。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本发明的实施例所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前述的水面战斗群对抗战模拟方法。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本发明的实施例中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包括、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，包括：
使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；
检测到所述模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，获取所述模拟舰队的实体物理及实体行为，所述实体物理用于表征三维环境及装备，所述实体行为用于表征环境行为及装备行为；
根据所述实体物理及所述实体行为确定所述模拟舰队的信息交互，所述信息交互用于表征所述装备的打击交互；
根据所述实体物理、所述实体行为及所述信息交互，确定所述模拟舰队的指挥决策，所述指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；
对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战的效能进行评估；
所述使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻，包括：使模拟舰队采用Z字型轨迹进行航行，所述Z字型轨迹包括直线航行及圆角转向；
所述直线航行的轨迹方程为
if t∈[0,t1],
所述圆角转向的轨迹方程为
if t∈[t1,t1+t2),
其中t为航行时间，t1为直线航行时间，t2为圆角转向航行时间，α为初始航向偏转角航向偏转角，β为航向偏转角，v为全程航速，x和x0分别为x轴上的坐标和初始x轴坐标，y和y0分别为y轴上的坐标和初始y轴坐标，R为所述圆角转向的半径；所述模拟舰队包括多艘模拟舰船，采用智能体方式对每艘所述模拟舰船进行模拟。
2.根据权利要求1所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，所述实体行为还包括对所述模拟舰队中每艘舰船的目标分配行为进行处理，包括：
根据所述装备的最大打击距离及所述装备与打击目标的距离，构建可打击矩阵，所述可打击矩阵的公式为
其中reachable为所述可打击矩阵，attackRange(Ei)为所述最大打击距离，Ei为所述装备，Tj为所述打击目标，distance(Ei,Tj)为所述装备与所述打击目标的距离，1表示对所述打击目标实施打击，0表示不对所述打击目标实施打击；
根据所述装备的弹药类型及与所述打击目标的距离，确定对所述打击目标的打击效能矩阵，所述打击效能矩阵的公式为
其中，为Value所述打击效能矩阵，w1为目标距离因素的权重系数，w2为目标价值因素的权重系数，maxDistInit为初始状态下所述装备与打击目标之间的最大距离，targetValue为所述打击目标的固有价值，shootRate为所述装备对所述打击目标的命中概率，damage为所述装备的单发弹药对所述打击目标的毁伤值，health为所述打击目标的耐久值；
根据所述打击矩阵及所述打击效能矩阵，采用贪婪策略执行所述打击目标的分配，得到打击顺序矩阵，所述打击顺序矩阵中的每个矩阵元素用于表征实施打击组合的优先级；
所述模拟舰队的所述实体物理及所述实体行为根据模拟进行自定义设置。
3.根据权利要求1所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，所述信息积累过程包括单个所述装备的信息积累和所述模拟舰队的所有所述装备的信息积累；
单个所述装备的信息积累包括信息获取量Ik及信息获取效率ik，其中所述信息获取量公式为
Ik＝∫tikdt，Ik∈[0,1]，
其中所述信息获取效率的公式为
其中radarToMek为侦测到所述打击对象的雷达数，closestDistk为所述装备与打击目标的所述装备的最近距离，λ为效率系数，t为航行时间，k为单个所述装备；
所有所述装备的信息积累Iall的公式为
其中n为所述模拟舰队所有所述装备的数量。
4.根据权利要求3所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，所述强弱态势感知判断包括：
根据所有所述装备的信息积累，确定所述模拟舰队与所述打击对象的机动能力mobComp(t)、侦察能力scoComp(t)、攻防能力odfComp(t)；
根据所述机动能力、所述侦察能力、所述攻防能力确定所述模拟舰队与所述打击对象的强弱态势感知判断capComp(t)。
5.根据权利要求4所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，所述战法规则包括：
根据所述模拟舰队与所述打击对象强弱情况，构建所述机动能力、所述侦察能力及所述攻防能力的三元组capComp(t)＝<mobComp(t),scoComp(t),odfComp(t)>；
根据所述强弱态势感知判断capComp(t)的值，根据规则库向所有所述装备发送阵型及战法制定指令，所述规则库用于存储所述模拟舰队与所述打击对象在不同强弱态势感知判断时的战法制定。
6.根据权利要求4所述的水面战斗群对抗战模拟方法，其特征在于，所述对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战效能进行评估，包括：
根据所述装备的航行速度的最小值确定所述模拟舰队的所述机动能力，公式为
maneuverfleet＝min{maneuver1,...,maneuvern}；
其中，maneuverfleet表示所述模拟舰队的机动能力，maneuveri表示第i件所述装备的所述机动能力；
根据所述装备的最大侦察面积及最大侦察质量确定所述模拟舰队的所述侦察能力，所述侦察能力通过最大侦察面积和最大侦察质量的加权和确定
其中，reconnaissancefleet表示所述模拟舰队的所述侦察能力，w3、w4分别表示所述最大侦察面积和所述最大侦察质量在所述模拟舰队的所述侦察能力计算中的权重系数，searchRangeij为己方第i件装备和己方第j件装备共同形成的侦察范围，searchAccui为第i件所述装备的侦察精度，所述侦察范围的计算公式为
searchRangeij＝distance(ei,ej)+rangei+rangej；
其中，distance(ei,ej)表示第i件所述装备和第j件所述装备之间的直线距离，rangei和rangej分别表示第i件所述装备和第j件所述装备的侦察半径，单个所述装备的侦察范围为标准圆，两个或两个以上所述装备的侦察范围为所有所述装备的侦察范围叠加；
根据所述装备的命中率、毁伤、射程以及最大备弹量确定攻击能力，根据所述装备的耐久度及防空导弹最大备弹量确定防御能力，根据所有所述装备的攻击能力和防御能力的总和，确定所述模拟舰队的所述攻防能力，所述攻防能力的计算公式为
offAndDeffleet＝sum{offAndDef1,...,offAndDefn}。
7.一种水面战斗群对抗战模拟装置，其特征在于，包括：
巡逻模块，用于使模拟舰队在目标海域按照预设轨迹进行巡逻；
实体行为模块，用于检测到所述模拟舰队与打击对象的距离满足交战距离时，获取所述模拟舰队的实体物理及实体行为，所述实体物理用于表征三维环境及装备，所述实体行为用于表征环境行为及装备行为；
信息交互模块，用于根据所述实体物理及所述实体行为确定所述模拟舰队的信息交互，所述信息交互用于表征所述装备的打击交互；
指挥决策模块，用于根据所述实体物理、所述实体行为及所述信息交互，确定所述模拟舰队的指挥决策，所述指挥决策包括信息积累过程、强弱态势感知判断及战法规则中的至少一种；
效能评估模块，用于对所述模拟舰队在对战时产生的模拟数据进行采集，以及根据所述模拟数据对战斗群作战的效能进行评估；
所述巡逻模块还用于：使模拟舰队采用Z字型轨迹进行航行，所述Z字型轨迹包括直线航行及圆角转向；
所述直线航行的轨迹方程为
if t∈[0,t1],
所述圆角转向的轨迹方程为
if t∈[t1,t1+t2),
其中t为航行时间，t1为直线航行时间，t2为圆角转向航行时间，α为初始航向偏转角航向偏转角，β为航向偏转角，v为全程航速，x和x0分别为x轴上的坐标和初始x轴坐标，y和y0分别为y轴上的坐标和初始y轴坐标，R为所述圆角转向的半径；所述模拟舰队包括多艘模拟舰船，采用智能体方式对每艘所述模拟舰船进行模拟。
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器执行所述程序实现如权利要求1-6中任一项所述的水面战斗群对抗战模拟方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1-6中任一项所述的水面战斗群对抗战模拟方法。
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