航空裝備作戰建模與模擬（簡體書）

本書側重於從航空武器裝備戰術使用層面介紹作戰航空武器裝備、作戰行動的建模與仿真。全書共分為九章，基本內容由五部分組成。第一部分介紹航空武器裝備建模與仿真所使用的主要方法。第二部分重點介紹參與航空武器裝備作戰行動所必需的要件，包括戰場環境、航空武器裝備、指揮信息系統、計算機兵力生存等建模與仿真方法。第三部分著重介紹航空武器裝備作戰行動的建模方法。第四部介紹系統建模與仿真不可或缺的校核、驗證與確認理論及方法。第五部分重點介紹上述建模與仿真方法的實際應用，通過具體實例詳細介紹航空武器裝備作戰行動的具體實現過程。

方洋旺，1966年1月生，空軍工程大學工程學院教授，博士生導師，西安交通大學和西安電子科技大學兼職教授。1998年12月畢業于西安交通大學控制科學與工程專業并獲工學博士學位，2001年4月從西安電子科技大學雷達信號處理國家重點實驗室博士后出站，于2001年9月至2004年6月公派赴俄羅斯留學。2001年12月破格晉升為空軍工程大學教授。已主持國家“973”計劃子項目2項，國家“863”計劃項目4項，國家自然科學基金項目2項，出國留學歸國人員基金項目1項，以及包括總裝預研重點基金項目、軍內科研重點項目等其他項目10余項。已出版專著《非線性系統理論與應用》、《隨機系統最優控制》、《隨機系統分析及應用》、《機載導彈作戰效能評估》、《結構隨機跳變系統最優控制》、《航空裝備作戰建模與仿真》等6部，教材8本，發表學術論文170余篇，被SCI、EI收錄90余篇。獲軍隊科技進步二等獎、航空科學技術獎及其他獎項多項，獲國防發明專利8項。主要研究領域為隨機最優控制、導航制導與控制、非線性控制和智能信息處理等。
伍友利，1979年5月生，2009年6月在空軍工程大學獲武器系統與運用工程專業工學博士學位，現為空軍工程大學講師。近年來，作為課題組技術骨干先后參與了“973”、“863”基金項目各2項，國家自然科學基金項目2項，總裝備部重點基金項目1項及軍內科研重點項目等其他項目10余項。獲軍隊科技進步二等獎1項、航空科技進步三等獎1項，申報國防發明專利8項，出版專著3部，在國內外期刊發表論文40余篇，其中EI收錄28篇。主要研究領域為Markov跳變系統理論、智能控制、武器系統運用工程等。
魏賢智，1962年12月生，空軍工程大學教授，碩士生導師，長期從事機載精確制導武器系統總體設計與作戰使用效能的教學與科研工作，主持和參與完成了30多項軍內科研項目，先后獲軍隊科技進步一等獎2項，二等獎2項，三等獎4項，軍隊教學成果二等獎1項，空軍軍事理論研究二等獎1項，發表學術論文40余篇，其中核心期刊30篇，出版專著3部。
王洪強，1980年4月生，2009年博士畢業于空軍工程大學武器系統與運用工程專業，現為中國人民解放軍95997部隊講師。發表論文30余篇，其中三大索引檢索8篇。研究方向為武器制導與控制、航空電子技術、裝備維修保障等。

《航空裝備作戰建模與仿真》可作為武器系統與運用工程、仿真工程、系統工程、軍事裝備學、軍事運籌學以及其他相關專業的高年級本科生和研究生教材，也可供上述專業的武器裝備論證、研制人員，部隊武器裝備管理人員和指揮人員等閱讀參考。

第1章 緒論
1.1 航空武器裝備體系概述
1.1.1 基本構成
1.1.2 航空武器裝備參與作戰的樣式
1.2 航空武器裝備建模與仿真概述
1.2.1 概念及特點
1.2.2 建模與仿真分類
1.2.3 軍事仿真技術的應用
1.3 航空武器裝備建模與仿真研究現狀與發展趨勢
1.3.1 分布交互式仿真技術
1.3.2 綜合環境仿真技術
1.3.3 虛擬現實技術
1.3.4 智能仿真技術
1.3.5 先進武器系統研制中的半實物仿真技術
1.3.6 虛擬樣機技術
第2章 模型構建基本方法
2.1 連續時間系統建模
2.1.1 常用的數學模型
2.1.2 模型轉換方法
2.1.3 系統狀態初始值設置
2.2 離散時間系統建模
2.2.1 常用的數學模型
2.2.2 連續系統數學模型的離散化
2.3 基于Petri網建模
2.3.1 概述
2.3.2 數學描述
2.3.3 變遷條件和規則
2.3.4 Petri網的執行機制
2.3.5 應用實例
2.4 多分辨率建模
2.4.1 基本概念
2.4.2 建模方法
2.4.3 模型的聚合與解聚
2.5 元建模方法
2.5.1 概述
2.5.2 建模方法
2.6 基于智能技術的Agent建模
2.6.1 Agent與MAS體系結構及組成
2.6.2 建模方法及步驟
第3章 戰場環境建模
3.1 引言
3.2 地理環境建模
3.2.1 陸戰場建模
3.2.2 海戰場的描述及海戰場描述的定量方法
3.3 氣象環境建模
3.3.1 氣象環境概述
3.3.2 氣象環境建模方法及步驟
3.4 電磁環境建模
3.4.1 電磁環境建模方法
3.4.2 電磁環境的數據描述
3.4.3 戰場電磁環境建模分析
3.4.4 雷達電磁環境建模
3.5 戰場人工環境建模
3.5.1 基于粒子系統的戰場火焰模型
3.5.2 基于細胞自動S機的火焰模型
3.5.3 基于粒子系統的爆炸效果建模
第4章 武器裝備系統建模
4.1 飛機仿真建模
4.1.1 常用飛行坐標系
4.1.2 作用在飛機上的力和力矩
4.1.3 飛機運動模型
4.1.4 飛控系統模型
4.1.5 起落架動力學建模
4.2 導彈武器系統建模
4.2.1 常用坐標系及坐標系之間的關系
4.2.2 導彈的運動學建模
4.2.3 導引頭建模
4.2.4 常用制導律
第5章 指揮信息系統建模
5.1 指揮信息系統建模仿真特點
5.1.1 指揮信息系統建模仿真的意義
5.1.2 指揮信息系統模型的基本要求
5.1.3 指揮信息系統建模仿真特點
5.2 指揮信息系統一般模型
5.3 通信系統建模
5.3.1 通信系統的基本組成
5.3.2 通信網絡的建模與仿真
5.3.3 通信信道建模與仿真
5.4 情報系統建模
5.4.1 信息融合模型
5.4.2 信息融合方法
5.4.3 目標識別方法
5.4.4 威脅估計模型及方法
5.5 指揮決策建模
5.5.1 指揮決策知識的表示與獲取
5.5.2 基于專家系統的指揮決策模型
5.5.3 基于案例的指揮決策模型
5.5.4 基于Agent結構的指揮決策模型
第6章 計算機兵力生成（CGF）
6.1 概述
6.1.1 CGF的地位
6.1.2 CGF的應用及特點
6.1.3 CGF的研究內容
6.2 CGF的體系結構
6.2.1 基于DIS的CGF體系結構
6.2.2 基于HLA的CGF體系結構
6.2.3 基于多Agent的CGF體系結構
6.3 CGF的物理行為仿真
6.3.1 CGF建模分析
6.3.2 戰斗機模型
6.3.3 機載雷達模型
6.3.4 機載航炮模型
6.3.5 機載導彈模型
6.4 CGF的自治行為仿真
6.4.1 戰場感知模型
6.4.2 CGF的決策方法
6.4.3 CGF的決策控制模塊
6.4.4 CGF實體對象行為協同
6.5 CGF中的人工智能技術
6.5.1 知識表示技術
6.5.2 知識獲取
6.5.3 CGF中的智能體技術
6.6 CGF的實現
6.6.1 CGF開發特點
6.6.2 CGF系統的需求分析
6.6.3 CGF系統的程序開發
6.6.4 CGF系統的一些關鍵技術
第7章 作戰行動建模
7.1 引言
7.2 飛機引導過程建模
7.2.1 截擊行動引導過程
7.2.2 突防引導過程
7.3 目標搜索建模
7.3.1 目標發現過程描述
7.3.2 搜索發現目標建模
7.4 目標分配建模
7.4.1 地面防空系統目標分配
7.4.2 空中截擊目標分配
7.5 進攻作戰建模
7.5.1 空空導彈作戰
7.5.2 空地導彈作戰
7.6 防御作戰建模
7.6.1 地空導彈作戰
7.6.2 高炮防空作戰
7.7 電子對抗建模
7.7.1 通信對抗效果計算模型
7.7.2 雷達對抗效果計算模型
第8章 建模與仿真的校核、驗證與確認
8.1 VV&A的基本概念
8.2 可信度的基本概念以及它與VV&A的關系
8.3 VV&A的基本原則
8.4 VV&A技術與方法
8.4.1 模型校核方法
8.4.2 模型驗證方法
8.5 VV&A的過程
8.5.1 復雜VV&A過程
8.5.2 VV&A過程的優化
8.5.3 簡單VV&A過程
8.6 HLA作戰仿真的VV&A過程
8.6.1 HLA作戰仿真概述
8.6.2 HLA作戰仿真的VV&A過程
第9章 航空裝備作戰仿真及效能評估系統實現
9.1 作戰仿真及效能評估系統總體設計
9.1.1 HLA仿真技術簡介
9.1.2 作戰仿真及效能評估系統結構組成
9.1.3 仿真流程
9.2 作戰仿真及效能評估系統主要子系統設計
9.2.1 基于HLA仿真聯邦設計概述
9.2.2 戰斗機成員設計
9.2.3 機載導彈聯邦成員設計
9.2.4 效能評估聯邦成員設計
9.3 作戰仿真及效能評估系統實現
9.4 仿真結果分析
9.4.1 作戰態勢想定
9.4.2 仿真結果分析
參考文獻

3. 4.1 電磁環境建模方法
電磁環境建模方法主要有三類，即信號級建模、功能級建模和應用級建模。信號級建模有兩種方法：一種方法是對雷達、通信、導航定位、制導、光電、敵我識別、電子干擾等信號進行分門別類，建立精確的數學模型，對具體信號的頻率、相位進行仿真；另一種方法是建立并求解Maxwell方程，這種方法計算復雜，對計算機的速度和運算能力要求高。
功能級建模是對電磁環境的功能、特性建立一個粗略的帶有統計性質的數學模型。例如，將戰場電磁背景輻射作為一個個連續或離散的平穩隨機過程，用離散平穩時間序列進行粗略描述。功能仿真的缺點就是無法獲得電磁場信號的具體信息。
應用級建模是在信號級建模和功能級建模的基礎上，根據應用需要建立的可視化模型、電磁環境效應模型等。如電磁環境三維可視化模型，可根據輻射源分布、輻射源參數（如輻射源種類、發射功率、工作頻率、天線輻射特性、輻射傳播條件等），算出特定電磁信號在空間的分布，然后把這些因素以三維形式顯示在地圖上，就形成了戰場輻射源分布圖、輻射源作戰威力圖和戰場電磁態勢圖。再如，計算某電子設備在戰場電磁環境下的效能，則要計算該電子設備在特定條件下接收到的有用信號和由電磁環境產生的各種干擾（有意和無意）信號之比（信干比），進而利用電子系統效能分析的方法建立相應模型，計算出該裝備在完成特定任務時的效能。
3. 4.2 電磁環境的數據描述
電磁環境的數據描述主要包括通信電磁信號環境的數據描述、雷達電磁信號環境的數據描述和光電電磁信號環境的數據描述。
1.通信電磁信號環境的數據描述
通信電磁信號環境的描述包括對信號源、通信信號和通信網絡的描述。
（1）信號源描述。主要描述提供通信信號的信號源的技術戰術參數，描述內容包括通信電臺部署（通信電臺的名稱、屬方、電臺的類型及數量、電臺天線的類型、位置、配屬的單位、狀態等），電臺的技術參數，天線的技術參數等。
（2）通信信號描述。主要描述信號的種類、信號頻率、載波頻率、信號帶寬、調制樣式、信號傳播方式、信號的極化方式、一次通信時間長度、重要性、信號強度等。
（3）通信網絡描述。對于專向通信，描述內容包括網絡名稱、網絡類型、通信方式、屬方、主臺類型、主臺人口單位識別碼、屬臺類型、屬臺人口單位識別碼、通信容量、信道數、工作狀態等；對于網絡通信，描述內容包括網絡名稱、網絡類型、通信方式、屬方、網絡用途、網絡節點數、網絡拓撲、各個網絡節點的類型，各個網絡節點性質等；對于通信鏈路，描述內容包括網絡號、鏈路號、通信方式、主臺類型、主臺入口單位識別碼、屬臺類型、屬臺入口單位識別碼、通信容量、信道數、工作狀態等。
2.雷達電磁信號環境的數據描述
雷達電磁信號環境的描述包括對信號源、雷達信號和雷達網絡的描述。
（1）信號源描述。信號源的描述包括：雷達站部署描述（雷達名稱、屬方、雷達類型、雷達數量等）；雷達的描述（雷達的最大發射功率、雷達的平均發射功率、接收機等效噪聲帶寬、雷達的工作頻率范圍、雷達的最大作用范圍、最小作用范圍等）。
（2）雷達信號描述。描述內容包括信號的種類、信號的頻率、信號的帶寬、載波頻率、信號的調制波形等。
（3）雷達網絡描述。描述內容包括網絡名稱、網絡類型、屬方、網絡用途、網絡節點數、網絡拓撲、通信容量、信道數、鏈路狀態、各個網絡節點性質等。
3.光電電磁信號環境的數據描述
光電電磁信號環境的數據描述主要有光電武器所在單位的描述，如光電武器所在單位的名稱、屬方、光電設備名稱、光電設備的數量、配置的地域；光電信號源的描述，如信號源名稱、屬方、光電信號源的類型等；光電信號探測器的描述，如探測器名稱、屬方、探測器的類型等。
在未來高技術局部戰爭中，部隊作戰將面臨十分復雜的電磁環境。在整個作戰行動的各個階段所面臨的電磁環境、電子干擾強度和自身的防護能力，都將直接影響作戰指揮、武器運用和打擊效果。因此，在電磁空間這條無形的戰線上，對戰場電磁環境的描述一直是制約指揮員實施準確、高效指揮的關鍵環節。采用可視化技術，依據獲取的戰場電磁環境各類參數，構建相應的模型，對戰場電磁環境進行科學、直觀的描述，不但有助于指揮員對戰場電磁情勢準確判斷、科學決策、合理部署和調配戰場電子對抗力量，而且對于聯合作戰指揮員準確把握戰場態勢也至關重要。
3. 4.3 戰場電磁環境建模分析
由于現代戰爭中電磁環境的電磁輻射源很多，且瞬息萬變，隨機性很大，因此，如何對戰場電磁輻射源及其電磁信號進行建模，目前的研究還處于發展階段。特別是對大范圍的戰場環境，其電磁環境的建模是相當困難和復雜的。本節所要構建的模型分為電磁輻射源的實體模型和電磁信號的信號模型兩大類，并分別對其進行簡化考慮，構建相應模型。
1.電磁輻射源的建模分析
由于三維實體建模技術相當成熟，電磁源的實體模型構建并不困難，可使用相應的三維建模軟件完成。針對戰場電磁環境的特點，對于戰場環境中電磁輻射源的建模，可以按以下思路進行：
1）建立輻射源的實體模型庫
根據目前已知的輻射源的種類，運用三維建模軟件構建相應的三維實體模型，建立起一個電磁輻射源實體模型庫。這是粗略的帶有統計性質的模型庫，因為輻射源的種類實在太多，因此只能建立對戰場影響較大的、與電子戰相關的輻射源的模型。