基于实例的舰艇编队协同作战冲突消解方法研究
无人艇编队 协同跟踪及避障方法
无人艇编队协同跟踪及避障方法无人艇技术的迅速发展，使得无人艇编队成为可能。
无人艇编队对于海洋科研、海洋资源勘探等领域具有重要意义，然而在实际应用中，无人艇编队需要具备协同跟踪及避障能力。
本文将详细介绍无人艇编队协同跟踪及避障方法，旨在为无人艇编队技术的研究和实际应用提供参考。
一、协同跟踪方法1. 系统架构设计在无人艇编队的协同跟踪中，首先需要设计合理的系统架构。
系统架构应该包括传感器、通信模块、控制算法等组成部分，保证各个无人艇之间可以进行信息交换和指挥调度。
2. 位置信息融合对于无人艇编队的协同跟踪，位置信息融合是至关重要的。
可以利用GPS、惯性导航系统、视觉传感器等多种传感器获取无人艇的位置信息，然后通过融合算法得到更为准确和可靠的位置信息，从而实现多艇协同跟踪。
3. 路径规划与控制在实际应用中，无人艇编队需要按照预定的路径进行协同跟踪。
路径规划与控制算法是无人艇编队协同跟踪的关键。
通过合理的路径规划和控制算法，可以保证无人艇之间保持合适的距离和姿态，从而实现协同跟踪的目标。
二、避障方法1. 传感器选择与布局在无人艇编队的避障过程中，传感器的选择与布局是至关重要的。
常用的避障传感器包括激光雷达、超声波传感器、红外传感器等。
通过合理选择和布局这些传感器，可以有效地感知周围环境，从而实现避障的目标。
2. 避障算法设计针对无人艇编队的避障问题，需要设计相应的避障算法。
常见的避障算法包括人工势场法、最小风险路径法等。
这些算法可以通过感知到的环境信息，计算出避障艇航行的最佳路径，避免障碍物的干扰和碰撞。
3. 避障决策与控制避障决策与控制是无人艇编队避障的关键。
通过合理的避障决策与控制策略，可以及时地对避障信息进行分析，使无人艇编队能够灵活、高效地避开障碍物，保证任务的顺利完成。
三、应用展望无人艇编队的协同跟踪及避障技术在海上资源勘探、海洋环境监测、海上搜救等领域具有广阔的应用前景。
未来，随着人工智能、大数据等技术的不断发展，无人艇编队的协同跟踪及避障技术将更加成熟，为海洋领域的科研和应用提供更为稳健和高效的支持。
基于实例的舰艇编队协同作战冲突消解方法研究
图 １ 基 于 实例 的冲 突 消 解 系统 结 构 图
Ｆ ｇ． Ｔｈ ｃ ｎ ｌｃ ｄ ｓ ｏ ａｌ ｓ ｓ ｅ ｉ １ ｅ ｏ ｆｉ ｔ ｉ ｐ ｓ ｙ ｔ ｍ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｅｄ ｎ ｓ － ｃ ｓ ｔｕ ｔ ｒ ｂ ｓ ｏ ｕ ｅ ａ ｅ
（） ２基于 人 工 智 能的 冲 突 解 决方 案 。 这 种 方 法 是 ２ 世 纪 ８ 年 代 以来 伴 随 着 人 工 智 ０ ０ 能 的 发 展 而 发 展起 来 的 。 过 智 能 推 理 技 通 术 ， 助计 算机实现冲 突的解决。 借 目前 ， 这 领 域 的 研 究 正在 开 展 ， 也取 得 了 一 定 的 成 就 。 是 由于 舰 艇 编 队 协 同 作战 中 包 含 但 多种 类 型 冲 突 ， 之 各 种 冲 突 交 织 在一 起 ， 加 使基于 人工智能的 知识推理非 常困难 ， 特 别 是 知 识 库 中 的知 识 如 何 表 达 、 种 规 则 各 如 何 提 取 都 是 人 工 智 能 领域 难以 解 决 的 问 题。 针 对 以 上 不 足 ， 文 提 出 了基 于 实 例 本 法解决 冲突的系统 。
些 知 识 无 法表 达 ， Ｕ 以 提 取 的 推 理 非 规 难 常 有 效 。 例 就 是 把 以往 作 战 或 训 练 中 的 实 各种 场 景 以及 该场 景 下 消 解 冲 突 的 方 案 以 图２ 基 于 实 例 的消 解 冲 突流 程 图
！
Ｑ：
Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ｎｄ ａ Ｔｅｃｈ ｎｏｌ ｏｇｙ ｎｎｅｒａ ｉ Ｈｅｒ ｌ Ｉ ｔ ｏｎ ａｄ
学 术 论 坛
基 于 实 例 的舰 艇 编 队协 同作 战 冲 突 消解 方法 研 究 ①
田宇光 李 加祥 （． １ 海军大 连舰艇 学 院作战 与训练 系 辽宁 大连 １ ６ １ ； ２ 海军大 连舰艇 学院科 研部 辽宁大 连 １ Ｏ ） １ ０ ８ ． １ １ ６ ８
编队协同作战中的数据关联技术研究
台进行 数据 融合 ， 通过 它们 之 间协调 和性 能互 补 的 优 势 ， 以有 效 克 服单 个 传 感 器 、 舰 的不 确 定 性 可 单
和 局 限性 ， 提高 探测 、 是 跟踪 能力 的一 种有效 途径 。
Ｓ ｓ ｍ，Ｅ ）并 在艾森豪威 尔号航母 和黄蜂号 两栖 ｙｔ Ｃ Ｓ ， ｅ 攻击舰上进行 了 Ｃ Ｃ系统 的战术 使用 实验 ， 于实 Ｅ 用 现各平 台传 感器 和 武器 动 态分 配 组合 ， 大 限度 地 最
Ｗ ａ ｇ Ｃｈ ｎ ｕ ｎ ｕ ｙ Ｊ ｅ ｇ ｉ ｉ Ｃｈ ｎ ｘ ｎ Ｌｉ Ｌｅ
（ ｐ ｒｍ ｅ ｔｏ ａ ｕ ｔ ａ ａ ｅ ｎ ，ＤａｉｎＮａ ａ ａ ｅ ”，Ｄａｉｎ １ ６ １ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ Ｇｒ ｄ ａｅＭ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｌ ｖｌ ａ Ａｃ ｄ ｍｙ ｌ １０ ８ ａ
统 和武器 系统 以及 直 升 机 等 有 机联 系 ， 成 网 络 ， 形 允许 编 队各舰 以极 短 的延 时共 享 各 种 探 测 器 获取 的所 有数据 ， 而使 整 个 战 斗 群 能 高 度 协 同作 战 ， 从
取 代 以往各 自为 战 的 海 上 防 空作 战模 式 。该 系统 的核 心 设 备 是 协 同 作 战 处 理 器 （ ｏ ｐ ｒｔ ｅＥ － Ｃ ｏ ｅａｉ ｎ ｖ ｇ ｇ ｍｅ ｔ ｒｃ ｓｏ ， Ｅ ） 数 据 分 配 系 统 （ ｔ ａ ｅ ｎ ｏ ｅｓｒ Ｃ Ｐ 和 Ｐ Ｄａａ Ｄｉ ｒ ｕ ｉｎＳ ｓｅ Ｄ Ｓ 。Ｃ Ｐ用于处 理 由所在 ｓ ｉ ｔ ｙ ｔｍ， Ｄ ） Ｅ ｔｂ ｏ
１ 引 言
在现代 海战 中 ， 高技术 的应 用使 各种 武 器 的机 动 速度 大为提高 ， 特别是 高速 精确 制导 武器 的使用 ， 使水 面舰 艇 的预 警 时 间越来 越 短 ， 编 队 防空 系统 对
两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测及消解
第４２卷第６期２０２０年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４２㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０２０文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２０）０６⁃０１２２⁃０５两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测及消解王慕鸿１，张㊀浩２，徐圣良１（１．中国人民解放军９１９７６部队，广东广州㊀５１０４３０；２．海军大连舰艇学院，辽宁大连㊀１１６０１８）摘㊀要：软硬武器协同抗击是两栖攻击舰对空自防御作战的主要手段，但必须避免两者之间出现火力冲突㊂在分析两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器协同抗击态势的基础上，建立了软硬武器火力冲突判定模型，采用基于仿真的方法检测软硬武器之间是否存在火力冲突，并分别给出了箔条冲淡干扰和质心干扰时的冲突消除方法㊂最后，通过仿真实例验证了模型的准确性和方法的可用性㊂关键词：两栖攻击舰；软硬武器；火力冲突中图分类号：Ｅ９２０；ＴＰ３９１㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２０．０６．０２２ＦｉｒｅｐｏｗｅｒＣｏｎｆｌｉｃｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＳｏｆｔａｎｄＨａｒｄＷｅａｐｏｎｓｉｎＡｍｐｈｉｂｉｏｕｓＡｓｓａｕｌｔＳｈｉｐｔｏＡｉｒＳｅｌｆ⁃ＤｅｆｅｎｓｅＷＡＮＧＭｕ⁃ｈｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＨａｏ２，ＸＵＳｈｅｎｇ⁃ｌｉａｎｇ１（１．ｔｈｅＵｎｉｔ９１９７６ｏｆＰＬＡ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０４３０；２．ＤａｌｉａｎＮａｖａｌＡｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｃｏｍｂａｔｏｆｓｏｆｔａｎｄｈａｒｄｗｅａｐｏｎｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｍｅａｎｓｏｆａｍｐｈｉｂｉｏｕｓａｓｓａｕｌｔｓｈｉｐｔｏａｉｒｓｅｌｆ⁃ｄｅｆｅｎｓｅ，ｂｕｔｍｕｓｔａｖｏｉｄｆｉｒｅｐｏｗｅｒｃｏｎｆｌｉｃｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｃｏｍｂａｔ，ｔｈｅｆｉｒｅｐｏｗｅｒｃｏｎｆｌｉｃｔｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂ⁃ｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｆｉｒｅｐｏｗｅｒｃｏｎｆｌｉｃｔｂｅｔｗｅｅｎｓｏｆｔｗｅａｐｏｎｓａｎｄｈａｒｄｗｅａｐｏｎｓ，ｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｃｏｎｆｌｉｃｔｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｍｅｔｈｏｄａｒｅｃｏｒｒｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｍｐｈｉｂｉｏｕｓａｓｓａｕｌｔｓｈｉｐ；ｓｏｆｔａｎｄｈａｒｄｗｅａｐｏｎｓ；ｆｉｒｅｐｏｗｅｒｃｏｎｆｌｉｃｔ收稿日期：２０２０⁃０５⁃１８修回日期：２０２０⁃０６⁃１７作者简介：王慕鸿（１９７９ ），男，江西鄱阳人，博士，工程师，研究方向为两栖作战指挥㊁战斗效能评估㊂张㊀浩（１９８１ ），男，博士，讲师㊂㊀㊀软硬武器协同抗击已成为舰艇反导作战的主要手段［１］㊂为应对空中威胁，特别是反舰导弹的威胁，两栖攻击舰通常装备有近程舰空导弹㊁近程舰炮等对空自防御硬武器㊂这些武器都需要舰载雷达的支持，可能与实施电子干扰时发射的箔条弹之间存在电磁兼容问题，从而导致无法及时拦截来袭目标㊂因此，必须准确检测自防御软硬武器之间是否存在火力冲突，并采取有效措施消除冲突，以免影响两栖攻击舰对空自防御软硬武器协同抗击效果㊂目前，对舰艇软硬武器协同反导兼容性问题以定性分析较多［２⁃５］，定量分析主要是针对特定两种软硬武器使用的兼容性［６⁃８］，对软硬武器的火力冲突只是根据一般的武器性能和战术原则消除㊂本文建立了两栖攻击舰对空自防御软硬武器火力冲突判定模型，通过基于仿真的方法检测软硬武器之间是否存在火力冲突并给出更具操作性的冲突消解策略㊂１㊀两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器协同抗击态势分析１ １㊀软硬武器协同抗击过程分析两栖攻击舰对空自防御作战中，通常使用舰空导弹㊁近程舰炮和箔条弹等软硬武器对来袭反舰导弹进行协同抗击㊂在发现反舰导弹后，立刻或根据敌空袭征候适时提前发射箔条弹实施冲淡干扰，当雷达侦察告警系统发出导弹末制导雷达告警时立即实施箔条质心干扰，并在舰载雷达跟踪目标后组织硬武器进行拦截㊂箔条弹爆炸后形成的箔条云，能对反舰导弹末制导雷达的捕选和跟踪实施干扰，但是，当反舰导弹从两个以上方向来袭时，也可能影响舰载雷达对某个方向来袭目标的探测跟踪，从而导致硬武器对该方向目标无法实施有效拦截㊂如图１所示，反舰导弹从两个方向来袭时，两栖攻击舰向周围发射箔条弹实施冲淡干扰，由于箔条云Ｊ２的 遮挡 ，舰载雷达将不能对目标Ｔ２进行有效探测，也就无法组织硬武器对其实施拦截㊂类似情况也可能发生在实施箔条质心干扰时，如图２所示㊂因此，两栖攻击舰抗击多方向来袭反舰导弹时，必须对软硬武器进行火力冲突检测及合适消解，以避免目标被箔条云遮挡而导致软硬武器火力冲突，影响软硬武器协同抗击整体效能的发挥㊂第６期指挥控制与仿真１２３㊀图１㊀箔条冲淡干扰态势图图２㊀箔条质心干扰态势图１ ２㊀来袭反舰导弹位置模型建立以两栖攻击舰几何位置中心为原点㊁正北方向为Ｙ轴㊁正东方向为Ｘ轴㊁垂直方向为Ｚ轴的舰艇坐标系，假设来袭反舰导弹作等速直线运动，运用递推法可得到任意时刻反舰导弹的位置为［６］ｘＴ（ｋ）＝ｘＴ（ｋ－１）＋ＶＴ㊃Δｔ㊃ｃｏｓ（ψＴ）㊃ｓｉｎ（ＨＴ）ｙＴ（ｋ）＝ｙＴ（ｋ－１）＋ＶＴ㊃Δｔ㊃ｃｏｓ（ψＴ）㊃ｃｏｓ（ＨＴ）ｙＴ（ｋ）＝ｙＴ（ｋ－１）＋ＶＴ㊃Δｔ㊃ｓｉｎ（ψＴ）ìîíïïïï（１）式中，ＶＴ㊁ＨＴ㊁ψＴ分别为目标航速㊁航向角和俯仰角㊂１ ３㊀舰载雷达位置模型为保证舰载武器系统稳定跟踪目标，舰艇在硬武器射击时一般不作转向机动［９］，所以，可认为两栖攻击舰射击时在水平面作匀速运动㊂自防御硬武器指示目标的警戒雷达和近程舰炮武器系统火控雷达的天线基座通常安装在两栖攻击舰艏艉中线上方，故此，其舰载雷达在舰艇坐标系中位置可表示为ｘＲ（ｔ）＝ｘＳ（ｔ）＋ｄＲ㊃ｓｉｎ（ＨＳ）ｙＲ（ｔ）＝ｙＳ（ｔ）＋ｄＲ㊃ｃｏｓ（ＨＳ）ｚＲ（ｔ）＝ｚＳ（ｔ）＋ＨＲìîíïïïï（２）式中，ｄＲ为雷达距两栖攻击舰中心的安装距离；ＨＲ为雷达距两栖攻击舰中心的安装高度；ＨＳ为两栖攻击舰航向；（ｘＳ（ｔ），ｙＳ（ｔ），ｚＳ（ｔ））为两栖攻击舰中心位置ｔ时刻的坐标，且有ｘＳ（ｔ）＝ＶＳ㊃ｔ㊃ｓｉｎ（ＨＳ）ｙＳ（ｔ）＝ＶＳ㊃ｔ㊃ｃｏｓ（ＨＳ）ｚＳＲ（ｔ）＝０ìîíïïïï（３）式中，ＶＳ为两栖攻击舰航速㊂１ ４㊀箔条云运动轨迹模型两栖攻击舰发射的箔条弹在空中飞行一段时间，到达预定位置起爆形成近似于球体的箔条云，并随时间推移不断扩散㊂箔条云在风的作用下以风速作水平漂移，在空气阻力和重力作用下近似匀速下降，其中心在舰艇坐标系中的位置可表示为ｘＪ（ｔ）＝ｘＪ（０）＋Ｖｗ㊃ｔ㊃ｓｉｎ（Ｈｗ）ｙＪ（ｔ）＝ｙＪ（０）＋Ｖｗ㊃ｔ㊃ｃｏｓ（Ｈｗ）ｚＪ（ｔ）＝ｚＪ（０）－［ｚＪ（０）㊃ｔ］／ＴＪＳìîíïïïï（４）式中，Ｈｗ为风向；Ｖｗ为真风速；ＴＪＳ为箔条云留空时间；（ｘＪ（０），ｙＪ（０），ｙＪ（０））为箔条云中心点起始位置㊂假设箔条弹以方位ＢＪ㊁仰角ＥＪ从两栖攻击舰发射，以速度ＶＪ飞行了距离ＤＪ后起爆，起爆点即为箔条云的起始位置，则箔条弹空中飞行时间和箔条云起始位置分别为：ＴＪ＝ＤＪ／ＶＪ（５）ｘＪ（０）＝ｘＳ＋ｄｆ㊃ｓｉｎ（ＨＳ）＋ＤＪ０㊃ｃｏｓ（ＥＪ０）ｃｏｓ（ＢＪ０）ｙＪ（０）＝ｙＳ＋ｄｆ㊃ｃｏｓ（ＨＳ）＋ＤＪ０㊃ｃｏｓ（ＥＪ０）ｓｉｎ（ＢＪ０）ｚＪ（０）＝ｚＳ＋Ｈｆ＋ＤＪ０㊃ｓｉｎ（ＥＪ０）ìîíïïïï（６）式中，（ｘＳ，ｙＳ，ｚＳ）为箔条弹发射时刻两栖攻击舰的位置；ｄｆ为箔条弹发射架距两栖攻击舰中心的安装距离；Ｈｆ为箔条弹发射架距两栖攻击舰中心的安装高度㊂２㊀两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测２ １㊀软硬武器火力冲突判定模型１）反舰导弹方位上被箔条云遮挡的判定如图３所示，将箔条云㊁反舰导弹和舰载雷达投影到水平面上，ＲＯ是雷达天线基座位置，ＣＨＯ和ＴＨ分别是箔条云中心点和反舰导弹在水平面的投影，øＡＲＯＢ为雷达照射到箔条云的角度范围，ＲＣ为箔条云半径㊂图３㊀反舰导弹方位被箔条云遮挡示意图由图３所示位置关系，可求得箔条云中心点投影ＣＨＯ相对雷达基座ＲＯ的水平面距离和方位为：ＤＣＲＨ（ｔ）＝［ｘＪ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）］２＋［ｙＪ（ｔ）－ｙＲ（ｔ）］２（７）１２４㊀王慕鸿，等：两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测及消解第４２卷ＢＣＲ（ｔ）＝ａｒｃｓｉｎｘＪ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＣＲＨ（ｔ）㊀㊀㊀ｘＪ（ｔ）ȡｘＲ（ｔ）ａｎｄｙＪ（ｔ）ȡｙＲ（ｔ）２π＋ａｒｃｓｉｎｘＪ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＣＲＨ（ｔ）㊀ｘＪ（ｔ）＜ｘＲ（ｔ）ａｎｄｙＪ（ｔ）ȡｙＲ（ｔ）π－ａｒｃｓｉｎｘＪ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＣＲＨ（ｔ）㊀ｙＪ（ｔ）＜ｙＲ（ｔ）ìîíïïïïïïïï（８）反舰导弹水平面投影ＴＨＯ相对雷达基座ＲＯ的距离和方位为：ＤＴＲＨ（ｔ）＝［ｘＴ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）］２＋［ｙＴ（ｔ）－ｙＲ（ｔ）］２（９）ＢＴＲ（ｔ）＝ａｒｃｓｉｎｘＴ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＴＲＨ（ｔ）㊀㊀㊀ｘＴ（ｔ）ȡｘＲ（ｔ）ａｎｄｙＴ（ｔ）ȡｙＲ（ｔ）２π＋ａｒｃｓｉｎｘＴ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＴＲＨ（ｔ）㊀ｘＴ（ｔ）＜ｘＲ（ｔ）ａｎｄｙＴ（ｔ）ȡｙＲ（ｔ）π－ａｒｃｓｉｎｘＴ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）ＤＴＲＨ（ｔ）㊀ｙＴ（ｔ）＜ｙＲ（ｔ）ìîíïïïïïïïï（１０）雷达在水平面照射到箔条云的半角为α＝ａｒｃｓｉｎＲＣＤＣＲＨ（ｔ）（１１）因此，满足以下条件时，反舰导弹在方位上被箔条云遮挡，舰载雷达将无法对其探测：ＢＣＲ（ｔ）－α＜ＢＴＲ（ｔ）＜ＢＣＲ（ｔ）＋α（１２）２）反舰导弹俯仰上被箔条云遮挡的判定将箔条云㊁反舰导弹和雷达投影到铅垂面上，如图４所示，ＣＶＯ和ＴＶ是箔条云中心点和反舰导弹在铅垂面的投影，øＥＲＯＦ为雷达在铅垂面照射到箔条云的角度范围㊂图４㊀反舰导弹俯仰上被箔条云遮挡示意图由图４所示位置关系，可求得箔条云中心点投影ＣＶＯ相对雷达基座ＲＯ在铅垂面的距离和仰角为：ＤＣＲＶ（ｔ）＝［ｘＪ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）］２＋［ｙＪ（ｔ）－ｙＲ（ｔ）］２＋［ｚＪ（ｔ）－ｚＲ（ｔ）］２（１３）ＥＣＲ（ｔ）＝ａｒｃｓｉｎｚＪ（ｔ）－ｚＲ（ｔ）ＤＣＲＶ（ｔ）（１４）反舰导弹铅垂面投影ＴＶＯ相对雷达基座ＲＯ的距离和仰角为：ＤＴＲＶ（ｔ）＝［ｘＴ（ｔ）－ｘＲ（ｔ）］２＋［ｙＴ（ｔ）－ｙＲ（ｔ）］２＋［ｚＴ（ｔ）－ｚＲ（ｔ）］２（１５）ＥＴＲ（ｔ）＝ａｒｃｓｉｎｚＴ（ｔ）－ｚＲ（ｔ）ＤＴＲＶ（ｔ）（１６）雷达照射在铅垂面到箔条云的半角为β＝ａｒｃｓｉｎＲＯＤＯＲＶ（ｔ）（１７）因此，满足以下条件，反舰导弹在俯仰上被箔条云遮挡，舰载雷达将无法对其探测：ＥＣＲ（ｔ）－β＜ＥＴＲ（ｔ）＜ＥＣＲ（ｔ）＋β（１８）２ ２㊀基于仿真的两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测流程㊀㊀由于箔条弹的干扰频率覆盖了两栖攻击舰舰载警戒雷达和近程舰炮武器系统火控雷达的工作频段，因此，反舰导弹在方位上或俯仰上进入雷达对箔条云照射区即可判定软硬武器之间将存在火力冲突㊂两栖攻击舰对空自防御作战中，可采用仿真的方法进行火力冲突检测，在完成火力分配后，以箔条弹发射时刻为仿第６期指挥控制与仿真１２５㊀真开设时刻，对软硬武器协同抗击过程进行仿真，通过冲突判定模型检测软硬武器在整个协同抗击过程中是否存在火力冲突㊂基于仿真的两栖攻击舰对空自防御这种软硬武器火力冲突检测流程如图５所示㊂图５㊀软硬武器火力冲突检测流程３㊀两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突消解３ １㊀箔条弹冲淡干扰与硬武器火力冲突消解两栖攻击舰对空自防御作战中，当箔条弹冲淡干扰与硬武器之间存在火力冲突时，可以通过调整冲淡干扰模式或箔条弹布阵位置消解冲突，步骤如下㊂１）将图１所示的前后两处箔条云相对两栖攻击舰的夹角θＣｃｄ减小ΔθＣｃｄ；２）判断新的箔条云布阵下，是否存在发射死区，若存在发射死区，则转到第１）步；若不存在发射死区，继续进行下一步；３）进行软硬武器火力冲突检测仿真，判断新的布阵下，箔条弹与各种自防御硬武器之间是否继续存在冲突，若不再存在冲突，说明冲突已被消除；若还存在冲突，重复步骤１）２）３），直到θＣｃｄ小于θＣｃｄｍｉｎ（θＣｃｄｍｉｎ为箔条冲淡干扰中前后两处箔条云相对舰艇的最小允许夹角）；４）当θＣｃｄ小于θＣｃｄｍｉｎ时，箔条冲淡干扰与硬武器之间冲突还没有消除，则采用 冲２ 模式布放箔条弹；５）当采用 冲２ 模式布放箔条弹也不能消除软硬武器火力冲突时，若箔条弹与舰空导弹冲突，则禁止实施箔条冲淡干扰；若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突，且该方向只有一批来袭目标，则禁止实施箔条冲淡干扰；若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突，但该方向有多批来袭目标，则禁止近程舰炮武器系统射击㊂３ ２㊀箔条弹质心干扰与硬武器火力冲突消解两栖攻击舰对空自防御作战中，当箔条弹质心干扰与硬武器之间存在火力冲突时，可通过改变箔条弹的发射舷角或调整箔条弹布阵位置消解冲突，步骤如下：１）将图２所示箔条云与反舰导弹来袭方向的夹角θＣｚｘ减小或增加ΔθＣｚｘ；２）判断新的箔条弹布阵下，是否存在发射死区，若存在发射死区，则转到第１）步；若不存在发射死区，继续进行下一步；３）进行软硬武器火力冲突检测仿真，判断新的布阵下，箔条弹与各种对空自防御硬武器之间是否继续存在冲突，若不再存在冲突，说明冲突已被消除；若还存在冲突，重复步骤１）２）３），直到θＣｚｘ小于θＣｚｘｍｉｎ（θＣｚｘｍｉｎ为箔条质心干扰中箔条云与反舰导弹来袭方向的最小允许夹角）或发射舷向改变；４）当θＣｚｘ减小到小于θＣｚｘｍｉｎ或增大到改变了发射舷向时，冲突依然没有消除，若箔条弹与舰空导弹冲突，则禁止实施箔条质心干扰；若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突，且该方向只有一批来袭目标，则禁止实施箔条质心干扰；若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突，但该方向有多批来袭目标，则禁止近程舰炮武器系统射击㊂４㊀仿真计算及结果分析假设两栖攻击舰参数为航向９０ʎ㊁航速１５ｋｎ，舰载警戒雷达位置（１０ｍ，０，３０ｍ），近程舰炮武器系统跟踪雷达位置（０，０，２０ｍ），箔条弹右舷发射装置位置（０，１５ｍ，１０ｍ）㊁发射扇面＋１０ʎ ＋１７０ʎ，左舷发射装置位置（０，－１５ｍ，１０ｍ）㊁发射扇面－１７０ʎ －１０ʎ，冲淡干扰发射距离１０００ｍ㊁留空时间３００ｓ，质心干扰发射距离１００ｍ㊁留空时间５０ｓ㊂交战海区风向１２０ʎ；风速３ｍ／ｓ㊂来袭目标为三批亚声速掠海飞行反舰导弹，目标状态及火力分配如表１所示㊂仿真计算的结果显示，两栖攻击舰实施冲淡干扰时，箔条弹与舰空导弹㊁近程舰炮武器系统之间存在火力冲突，将箔条弹发射角度增加６ʎ，可消除冲突；质心干扰时箔条弹与舰空导弹㊁近程舰炮武器系统之间也存在火力冲突，且调整箔条弹的发射角度无法消除冲突，根据战术原则此时需禁止实施质心干扰㊂１２６㊀王慕鸿，等：两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测及消解第４２卷表１㊀来袭目标参数及火力分配方案目标批号距离／ｋｍ方位／（ʎ）航向／（ʎ）火力分配方案１００１１２１２０３００舰空导弹火力单元一㊁箔条冲淡干扰㊁箔条质心干扰１００２１２ ９１８００舰空导弹火力单元二㊁近程舰炮武器系统火力单元一１００３１３ ８２４０６０舰空导弹火力单元二㊁近程舰炮武器系统火力单元二㊀５㊀结束语本文研究了两栖攻击舰对空防御中的软硬武器火力兼容问题，提出了箔条弹冲淡干扰和质心干扰与舰载雷达探测之间的冲突判定和冲突消除的模型和流程，给出了更具可操作性的冲突消除方法，有利于提高两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器协同抗击效能㊂参考文献：［１］㊀周智超．水面舰艇作战指挥［Ｍ］．广州：海军兵种指挥学院，２０１１．［２］㊀姜宁，黄元威，王峰．海军舰艇反导时的电磁兼容［Ｊ］．信息对抗学术，２００５，２０（３）：４８⁃４９．［３］㊀秦剑冬，邢昌风，吴玲．舰载软硬武器协同反导兼容性问题研究［Ｊ］．舰船科学技术，２０１２，３４（７）：１１４⁃１１７．［４］㊀马野，贾春．舰载防空武器系统协同使用的电磁兼容性分析［Ｊ］．现代防御技术，２００８，３６（６）：４５⁃４７．［５］㊀邹积斌，姜宁．软硬武器协同反导中的电磁兼容问题研究［Ｊ］．舰船电子工程，２０１４，３４（１０）：１４５⁃１４８．［６］㊀王慕鸿，周智超，冷画屏．红外弹与近程舰空导弹火力冲突检测及消解［Ｊ］．电光与控制，２０１６，２３（２）：３１⁃３５．［７］㊀周玺，陆勤夫，尹海，赵丰．箔条质心干扰与舰空导弹综合反导兼容性研究［Ｊ］．现代防御技术，２０１１，３９（３）：１０⁃１３．［８］㊀陈奇，马威，姜宁．箔条干扰与副炮系统战斗使用电磁兼容模型［Ｊ］．火力与指挥控制，２００７，３２（１０）：１１２⁃１１５．［９］㊀张永生，陈建华．海军战术概论［Ｍ］．广州：海军兵种指挥学院，２００４．（责任编辑：胡志强）。
基于协商的舰艇编队协同防空决策冲突消解
Conflict Resolution of Formation Cooperative Anti-air Decision Based on Negotiation
WANG Chao WANG Jiawen （Education and Research Center of Dalian Naval Academy，Dalian 116018）
Abstract Conflict is an inevitable phenomenon in the process of cooperative air defense decision-making of warship formation. Aiming at the problem of how to resolve the conflict among the sub-schemes of each warship member in the process of formulating cooperative air defense decision-making scheme of formation，a method of conflict resolution based on multi-agent negotiation is proposed. At first，this paper proposes several conceptions including schema-element，formalizes the description of conflicted problem and conflict examining. At last，the conflict resolution model of cooperative anti-air decision for surface warship formation is proposed，the realized base of the warship formation cooperative anti-air decision is established . The simulation example proves that the model could help commander of warships formation resolve conflict when actualizing formation cooperative anti-air command effectively.
基于冲突分类的事例推理冲突消解模型研究及应用
基于冲突分类的事例推理冲突消解模型研究及应用摘要协同设计的过程中不可避免的要产生冲突,然而当前的消解策略都比较单一。
本文研究的基于冲突分类的事例推理冲突消解模型可以利用多种消解策略来对冲突进行消解,并通过实例进行了验证。
关键词协同冲突;事例推理;冲突消解1 当前冲突消解技术当前协同设计中冲突用到最多的消解策略主要包括以下几种:约束松弛、知识推理、回溯和协商仲裁[1],但每种方式都有独特性。
基于知识的推理策略依赖于知识数据库,主要解决一些工程设计项目中的错误,以避免将错误的放入数据库中,影响后面设计者的继续设计,但对数据冲突问题处理薄弱。
约束松弛的方法主要采用放松对约束条件的限制来进行的。
但是有些放松条件的情况下可能完成的目标不符合要求。
回溯的处理方式是指在冲突产生后,设计程序倒退到某一设计点中,选择当时放弃的设计方式。
这种策略是在没有专业领域的消解知识经验的情况下来进行的。
因此,在冲突时所选用的回溯点会有很多,但是不能确定新的方式就不会有错误,而且不能确定哪一种是最优化的策略。
协商仲裁的方式指的是上述多种方式不能解决时,相关的设计人员还不相互让步的情况,如果解决消解问题必须进行仲裁。
2 基于冲突分类的事例推理冲突消解模型通过上面对冲突的分析和探讨,单一的方法不能够解决协同设计中出现的多种类型的冲突,所以一种集成的能够处理不同种类冲突分类的消解方法便成为需要。
本节提出了基于冲突分类的事例推理冲突消解模型,该模型主要有冲突检测模块、冲突归类模块、冲突消解模块和冲突管理数据库组成,如下图所示:1)冲突检测模块冲突检测模块的主要功能是对冲突进行捕获和登记。
冲突的捕获是依据冲突的约束规则库,当捕获冲突后,就可以把冲突信息登记在冲突登记表中。
冲突登记表在实时检测到系统中的冲突后,进行登记。
2)冲突归类模块印染图案协同设计的过程中会产生种类繁多的冲突。
冲突归档的模块主要起到对冲突进行分类的作用,分类的结果对冲突的消解是作为一个依据,冲突的顺序调节是根据冲突的关系规则推理出冲突的关系,也是冲突消解的参考。
基于协同设计的冲突检测与消解研究
型 ，使得一个领域的知识和信息难以被正确传 达给另一 一
个领 域 的专 家 。
的各种 冲突现象提供 切实 町行的冲突解决方法 ，及时有
效 地 消解 冲突 。 许多学 者 已对 此 做 ｒ 量 研 究 ， 献 大 文 ［］ ２ 中提 ｝基 于约束 网络 的 冲突 检 测 ｈ法 ， 法不 便 于 从 ｝ ｌ 此
人员 、多学科小组等多种 具有一定的信息结构及相关属 性的信息实体或功能实体 。
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制造 业信息化
基 协同 的 突 测与 解 究 于 设计 冲 检 消 研
王 科 。 王 明强
（ 苏 科 技 大 学 机 械 与 动 力 工 程 学 院 ， 苏 镇 江 ２ ２ ０ 江 江 ｌ０３
摘
要： 异地合作环境下产品协同设计需要多学科多领域专家的参与， 文中主要介绍多个协同小组共享多种资源时避
同步或异步参与设计： 作 ， ｒ 从而提高设计的质量与效率。
多 领域 协 同 设计 的 日的 是 为 ｒ 现 各领 域 、 层 次 实 各
对信息和资源的共享 ， 协调处理各种耦合 、 冲突和竞争 ，
做 到跨 领域 的协 同设计 ， 以满 足复 杂产 品 设计 的需 要 。 协 同设 计 是 多功 能 小组 参 与到 一 个 项 日的 设 计 过 程 中 ， 一 各 小组 之 间 存在 着大 量相 制 约 、Ｈ 影 响 的关 系 ， 时它 卡 同 ３ 冲 突 的分 析 协 同设 计 中的 冲突 是 指 存 多 个相 互 关联 的实 体 之 间
基于MAS舰艇编队协同防空作战决策模型研究
中图 分 类 号
Ｍｏ ｄｅ ｌ ｏ ｆ Ｄｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ－ ｍａ ｋｉ ｎｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ＡＳ ｉ ｎ Ｆｌ ｅ ｅ ｔ Ｃｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ａｎ ｔ ｉ ． ａ ｉ ｒ Ｗａ ｒ ｆ ａ ｒ ｅ
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
总第 ２ ３ ６期 ２ ０ １ ４ 年第 ２ 期
基 于 ＭＡ Ｓ舰 艇 编 队协 同 防 空作 战 决 策模 型 研 究
张
（ １ ． 海军指挥学院 摘 要
磊 朱பைடு நூலகம்
琳 顾
ＺＨＡ ＮＧ Ｌｅ ｉ ＺＨＵ Ｌｉ ｎ ＧＵ Ｑｉ
（ １ ．Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ １ ６ ） （ ２ ．Ｎａ ｖ ａ ｌ Ｓ ｕ ｂ ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ Ａｃ ａ ｄ ａ ｍｙ ， Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ０ ７ １ ）
ｌ ｙ ，ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｔ Ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｏ ｆ ｄ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ － ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｉ ｒ ｄ ｅ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ａ
ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ．
基于UML的舰艇作战指挥决策过程分析
兵工自动化 2017-08Ordnance Industry Automation 36(8) ·10·doi: 10.7690/bgzdh.2017.08.003基于UML的舰艇作战指挥决策过程分析陆国通1，李加祥2，王严辉2(1. 海军大连舰艇学院研究生管理大队，辽宁大连 116018；2. 海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所，辽宁大连 116018)摘要：为了便于指挥员在海上作战时快速地做出最优的指挥决策方案，提出基于UML的舰艇作战指挥决策方法。
运用UML用例图分析了决策过程的执行者和决策活动的通信、使用、扩展等相互关系；运用UML类图分析了决策过程中实体类之间的关联、泛化、组成等关系，描述了实体类的静态逻辑结构；运用UML顺序图分析了决策过程中的不同实体对象随着作战时间变化的交互关系。
分析结果表明：该方法能够在最短的时间内做出最优的作战指挥决策方案，为舰艇作战指挥决策效率提供了一种新方法。
关键词：UML；指挥决策；舰艇：战术；集合中图分类号：TP303 文献标志码：AAnalysis of Warship Operations Command and Decision Process Based on UMLLu Guotong1, Li Jiaxiang2, Wang Yanhui2(1. Administrant Brigade of Postgraduate, Dalian Warship Academy of PLA Navy, Dalian 116018, China;2. Operation Software & Simulation Research Institute, Dalian Warship Academy of PLA Navy, Dalian 116018, China)Abstract: In the view of how to make it easy for the commander to make the best decision on the naval battle, this paper proposes a warship operations command and decision process based on UML. It used the use case diagram of UML to analyze the decision-making process of the executive and decision-making activities of communication, use, expansion and other relations. It used the class diagram of UML to analyze the relationship of association, generalization, composition on the entities while making decision, and it described the static logical structure of the entity. At last, it used the sequence diagram of UML to analyze the interactive relationship between different entities in the decision-making process with the change of combat time. Analysis results show that this method can make the optimal operation command decision in the shortest time, and provides a new method for the efficiency of warship operations command and decision.Keywords: UML; command and decision; warship; tactics; collection0 引言舰艇作战指挥决策是舰艇战术的重点。
联合作战中的体系对抗目标选择方法
联合作战中的体系对抗目标选择方法
尚雅薇;施卫峰;吴浩;孙鹏耀;黄炎焱
【期刊名称】《指挥信息系统与技术》
【年(卷),期】2024(15)1
【摘要】针对联合作战背景下的体系对抗目标选择问题,在考虑目标在敌方作战体系的重要性以及打击目标的难易程度等因素基础上,提出了一种基于作战循环搜索的超网络模型。
基于超网络模型,给出了目标体系支撑重要程度、打击节点杀伤能力、目标节点突防能力和目标综合体系对抗价值的计算模型,并确定了目标打击优先度的计算方法。
案例分析结果表明,基于作战循环搜索的体系对抗目标选择方法可行且有效。
【总页数】5页(P59-63)
【作者】尚雅薇;施卫峰;吴浩;孙鹏耀;黄炎焱
【作者单位】南京理工大学自动化学院;中国电子科技集团公司第二十八研究所【正文语种】中文
【中图分类】TP319
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舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究
第４３卷第６期２０２１年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４３㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０２１文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２１）０６⁃００７８⁃０６舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究王永洁，陆铭华，吴金平，薛昌友（海军潜艇学院，山东青岛㊀２６６１９９）摘㊀要：模拟训练是舰艇作战系统的一项重要功能㊂提出舰艇作战系统模拟训练一体化设计，把作战系统模拟训练软件部署到舰艇作战系统的全舰计算环境中㊂分析了舰艇作战系统模拟训练的功能需求，设计了作战系统模拟训练软件的体系结构㊁部署方式㊁接口通信和流程方式，设计了作战系统模拟训练软件的仿真模型体系结构，并给出了应用实例，验证了设计方案的可行性㊂设计方案能够适用于各种类型舰艇作战系统模拟训练功能的研制，具有较强的可操作性㊂关键词：舰艇；作战系统；模拟训练；一体化；软件设计；模型设计中图分类号：Ｅ２５１；Ｅ９４㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２１．０６．０１４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｒａｉｎｉｎｇＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＷａｒｓｈｉｐＣｏｍｂａｔＳｙｓｔｅｍＷＡＮＧＹｏｎｇ⁃ｊｉｅ，ＬＵＭｉｎｇ⁃ｈｕａ，ＷＵＪｉｎ⁃ｐｉｎｇ，ＸＵＥＣｈａｎｇ⁃ｙｏｕ（ＮａｖｙＳｕｂｍａｒｉｎｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１９９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｐｌｏｙｅｄｉｎｔｈｅＴＳＣＥｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｆｕｎｃ⁃ｔｉｏｎｄｅｍａｎｄｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｆｌｏｗｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｉｔｈａｓｇｒｅａｔｍａｎｅｕｖｅｒ⁃ａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｒｓｈｉｐ；ｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｅｌｄｅｓｉｇｎ收稿日期：２０２１⁃０５⁃２３修回日期：２０２１⁃０７⁃２３作者简介：王永洁（１９７９ ），男，安徽淮南人，博士，副研究员，研究方向为舰艇作战软件与仿真㊂陆铭华（１９６３ ），男，博士，教授㊂㊀㊀舰艇作战系统除了具有作战功能以外，还应具备在非作战环境下的模拟训练功能，以配合舰艇人员进行作战指挥和装备操作的训练㊂参考文献［１］提出由导演台㊁蓝方台和接口设备嵌入舰艇作战系统中进行模拟训练；参考文献［２］提出采用嵌入式仿真设备进行舰艇作战系统的模拟训练和作战实验；参考文献［３］提出建立试训一体化协同仿真应用系统，把分散的试训资源组合，开展舰艇作战系统的联合作战试验和模拟训练㊂随着舰艇作战系统的不断发展，舰艇作战系统采用开放分布式体系结构（ＯＡ）㊁模块化设计和一体化设计［４］，具有强大的全舰计算环境（ＴＳＣＥ）［５］，采用多功能通用显控台，并且通过 综合海上网络和企业服务 融入海军海上网络环境中［６］㊂本文提出基于实装的舰艇作战系统模拟训练一体化设计，采用面向服务体系结构（ＳＯＡ）开发舰艇作战系统模拟训练软件，并将作战系统模拟训练软件部署到舰艇作战系统全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中，纳入舰艇作战系统的一体化网络中，直接与作战系统中各分系统进行信息交互，并通过海上网络环境与外部训练系统开展多平台联合模拟训练㊂模拟训练一体化设计有利于舰艇作战系统的结构优化和硬件效率提升，并且能够借助全舰计算环境完成更多的模拟训练功能㊂１㊀舰艇作战系统模拟训练功能需求舰艇作战系统模拟训练软件应当具备嵌入式模拟训练仿真器的所有功能，包括训练背景设置㊁舰艇作战系统驱动㊁舰艇机动仿真㊁舰载传感器效果仿真㊁舰载武器弹道仿真㊁计算机生成兵力㊁训练控制与管理等［１］㊂除此之外，借助舰艇作战系统基础设施，作战系统模拟训练软件要具备以下功能㊂１ １㊀训练评估功能通过采集训练数据，包括训练过程中红蓝双方的命令动作（决策数据）㊁海区环境数据㊁传感器探测数据㊁武器发控数据等信息，能够对鱼雷㊁导弹㊁水声对抗器材等武器作战效果进行评估，对舰艇人员训练水平进行评估㊂对舰艇人员训练水平评估包括操作人员的. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真７９㊀装备操作水平和指挥人员的作战指挥水平㊂训练评估方式有两种：①单次训练实时评估，比如一次导弹攻击训练，训练结束就给出本次训练的评估结果㊂②多次训练统计评估，通过数据挖掘，对多次训练记录数据进行分析评估㊂比如，在相同训练背景条件下，采用不同作战方法会有不同的作战效果，通过统计分析可以评估指挥人员的作战指挥水平㊂１ ２㊀多平台联合训练功能舰艇与其他平台进行联合训练，不需要本地通过ＣＧＦ（计算机生成兵力）生成红方配合兵力或蓝方对抗兵力，训练范围更加广泛，训练效果更加逼真㊂本地作战系统模拟训练软件可以作为多平台联合训练网络的节点接口与外部训练系统互联，由外部训练系统通过企业服务总线（ＥＳＢ）把训练信息实时传送到本地作战系统模拟训练软件，本地作战系统模拟训练软件把本舰训练信息通过企业服务总线（ＥＳＢ）实时传送到外部训练系统㊂１ ３㊀作战方案推演功能作战系统模拟训练软件不仅要具备舰艇作战系统模拟训练功能，还要能够对作战方案进行推演，以便让舰艇人员及时修改完善作战方案，并展开针对性训练㊂作战方案推演包括推演数据准备㊁推演过程控制㊁推演结果分析评估等㊂作战方案推演有两种方式：①全自动推演，完全用作战系统模拟训练软件进行作战推演，本地装备不参与推演，优点是推演速度快，节约时间，为了完成此功能，作战系统模拟训练软件要具备舰艇决策㊁传感器探测和武器发控等所有作战功能的模拟；②半实物推演，利用本舰实际装备和人员，配合作战系统模拟训练软件完成全过程作战推演，优点是推演逼真度高，同时可以训练本舰人员㊂２㊀舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案２ １㊀舰艇作战系统模拟训练软件结构设计面向服务体系结构（ＳＯＡ）是基于多层软件结构㊁中间件技术和软件组件技术的结构：多层体系结构降低了系统复杂度，提高了系统灵活性㊁扩展性；中间件技术屏蔽了异构系统之间的差异，实现系统间的互联；软件组件技术提高了软件生产率［７］㊂作战系统模拟训练软件采用面向服务体系结构设计，目的是方便软件开发㊁部署㊁运行和维护管理，合理划分软件层次和功能模块，可以降低软件复杂度，有利于软件局部升级改造［８］，模块化设计有利于软件功能的灵活配置㊂作战系统模拟训练软件体系结构如图１所示，逐层向上提供支撑，自下而上分为系统层㊁基础服务层㊁功能模块层和应用层㊂图１㊀舰艇作战系统模拟训练软件体系结构㊀㊀系统层主要包括计算机操作系统和数据库系统，数据库提供模拟训练所需的各种原始数据㊁中间数据以及训练结果数据存储查询等㊂基础服务层主要提供底层公共服务，图形界面开发控件㊁海图控件和三维视景组件用于提供软件的界面开发；公共服务组件是一组作战模拟通用的基础服务组件，为上层软件提供公共基础服务，包括命名服务㊁消息服务㊁数据服务和管理服务等［７］；ＤＤＳ中间件用于作战系统模拟训练软件与作战系统各成员进行信息交互；ＥＳＢ中间件用于作战系统模拟训练软件与外部训练系统进行信息交互；数据库访问中间件［９］用于各软件功能模块与数据库系统的数据访问与交互㊂功能模块层是完成作战模拟的核心层，总体控制模块用于整个软件流程控制，作战态势递推模块按照一定时间步长推进作战态势㊂作战系统接口通信模块用于完成与作战系统内指控系统㊁导航系统等分系统. All Rights Reserved.８０㊀王永洁，等：舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究第４３卷的信息交互㊂外部训练系统接口通信模块用于完成与外部训练系统的信息交互㊂兵力行为功能模块是通过ＣＧＦ产生红方配合兵力和蓝方对抗兵力，并模拟其作战行为㊂武器行为功能模块是用于模拟本平台㊁蓝方兵力和配合兵力产生的鱼雷㊁导弹等所有武器的行为㊂作战环境功能模块用于模拟水声㊁大气㊁电磁等作战环境㊂评估计算功能模块完成舰艇作战系统模拟训练的评估㊂应用层是用于实现模拟训练开展㊁控制㊁分析等功能，主要包括出题想定编辑㊁图形表页显示㊁人机信息交互㊁配合兵力控制㊁推演控制和训练评估重演㊂２ ２㊀舰艇作战系统模拟训练软件部署现代舰艇作战系统采用开放的分布式体系结构和模块化设计，配备多功能通用显控台，硬件具有通用性，软件功能可重组［６］㊂作战系统模拟训练软件作为舰艇作战系统的一部分可以部署在全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中的服务器里（见图２），产生仿真训练环境，通过作战系统一体化网络直接与作战系统中其他子系统进行信息交互㊂图２㊀舰艇作战系统模拟训练软件部署２ ３㊀舰艇作战系统模拟训练软件接口设计现代舰艇作战系统采用数据分发服务（ＤＤＳ）和企业服务总线（ＥＳＢ）两种信息交互方式㊂前者适用于实时应用，后者适用于异构大系统［１０］㊂ＤＤＳ是专门为实时系统设计的数据分发标准［１１］，作战系统模拟训练软件采用ＤＤＳ交互方式与指控系统㊁导航系统㊁探测系统㊁武器系统和通信系统进行信息交互㊂在进行多平台联合训练时，作战系统模拟训练软件通过广域分布式网络基础环境和ＥＳＢ交互方式［３］与外部训练系统进行信息交互，如图３所示㊂２ ４㊀舰艇作战系统模拟训练软件流程设计舰艇作战系统模拟训练软件流程采用实时多任务方式设计，多个任务由不同线程去执行，软件包括作战过程模拟主线程㊁配合兵力子线程和通信子线程，如图４所示㊂２ ４ １㊀作战过程模拟主线程作战过程模拟主线程完成软件的总体控制和作战过程模拟㊂训练开始后，首先根据训练模式读入想定参数，如果是作战方案推演模式，读入作战方案推演方图３㊀舰艇作战系统模拟训练软件信息交互方式图４㊀舰艇作战系统模拟训练软件流程图案的ｘｍｌ文件；如果是模拟训练模式，从模拟训练题库中读入初始训练内容，并可对其进行修改编辑㊂然后，从参数数据库中读入兵力㊁武器和环境等参数，生成训练环境㊂如果作战方案推演模式不是全自动推演，需要与舰艇作战系统其他子系统信息交互，要创建通信线程㊂如果需要本地ＣＧＦ生成配合兵力，包括红方配合兵力或蓝方对抗兵力，则要创建配合兵力线程㊂在第６期指挥控制与仿真８１㊀每一个时间步长内，主线程把信息发送至配合兵力线程和通信线程，然后进行作战过程单步模拟，再接收配合兵力线程和通信线程的信息㊂主线程把模拟训练过程以图形表页的方式显示，并把相关数据写入训练过程数据库㊂当训练（推演）结束后，根据需要调用训练过程数据库中的数据，进行训练（推演）评估重演㊂２ ４ ２㊀配合兵力子线程配合兵力子线程完成红方配合兵力和蓝方对抗兵力的行为模拟㊂根据训练模式，如果需要本地ＣＧＦ生成配合兵力，则创建配合兵力子线程㊂在每一个时间步长内，接收主线程的态势参数信息，进行红方配合兵力和蓝方对抗兵力的单步行为模拟，包括情报处理㊁攻防决策和战术机动，再把红方配合兵力和蓝方对抗兵力的信息发送至主线程㊂当接收到主线程训练结束消息后，子线程结束㊂２ ４ ３㊀通信子线程通信子线程完成作战系统模拟训练软件与舰艇作战系统各子系统㊁外部训练系统的接口通信㊂根据训练模式，如果需要与舰艇作战系统各子系统或外部训练系统信息交互，要创建通信子线程㊂通信子线程采用数据分发服务（ＤＤＳ）完成作战系统模拟训练软件与舰艇作战系统各子系统的接口通信，采用企业服务总线（ＥＳＢ）完成作战系统模拟训练软件与外部训练系统的接口通信㊂当接收到主线程训练（推演）结束消息后，子线程结束㊂如果进行全自动推演，由作战系统模拟训练软件自主模拟作战系统所有功能，则不需要该线程㊂３㊀舰艇作战系统模拟训练模型体系设计从舰艇作战角度来考虑，以模型的功能和类型划分，舰艇作战模型体系主要分为基础类模型㊁平台装备类模型㊁武器类模型㊁平台类模型和评估类模型［１２］㊂这几类模型之间存在相互关系如图５所示㊂图５㊀舰艇作战系统模拟训练模型体系结构㊀㊀模型体系的建立过程是先分层，后进行模块划分㊂模型体系的模块化设计有利于软件组件化实现，可以提高作战系统模拟训练软件的重用性㊁共享性和可扩展性［１３］，作战系统模拟训练软件可适用于不同类型的舰艇作战系统㊂模型分层的基本依据是根据模型之间的调用关系，各层模型功能如下：１）基础类模型提供了上层模型所需的基本模型，为武器模型和平台装备模型提供支持，构成仿真兵力实体运行的底层支撑模型㊂例如，水声探测模型是传感器探测㊁传感器操作以及鱼雷／水声对抗武器仿真过程的公共模型㊂２）平台装备类模型和武器模型建立了舰艇㊁潜艇㊁飞机等兵力平台的各种装备模型以及搭载的各型武器模型，建模的依据是装备及武器的性能，例如，传感器８２㊀王永洁，等：舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究第４３卷的性能指标，鱼雷㊁导弹运动规律等㊂３）平台类模型建立了舰艇㊁潜艇㊁飞机等兵力平台的行为模型，主要描述平台实体根据外界环境和自身状况做出的决策和采取的行为㊂例如，对抗条件下的蓝方兵力指挥决策模型㊂４）评估类模型是用于评判一次对抗胜负㊁评估作战方案推演效果㊁评估武器作战效能和评估人员的训练水平㊂５）基础数据层为上层模型提供各种数据资源的支持，实现了模型和数据的分离和动态配置㊂模型体系的模块化㊁分层化设计使得软件应用层可以针对特定训练任务灵活组织调用模型和数据，从而生成舰艇作战模拟所需的各种基本要素，例如各种兵力㊁武器㊁作战环境等㊂作战系统模拟训练软件在不同使用模式下，调用的模型也不同，主要分为以下３种方式㊂１）单平台训练模式在此种模式下，调用红方配合兵力和蓝方对抗兵力的平台模型㊁平台装备模型来模拟红方配合兵力和蓝方对抗兵力作战过程，本舰的所有行为是真实的人员训练操作㊂需要调用武器模型来模拟红蓝双方的武器交战过程，调用评估模型来评判作战结果，评估作战效果㊁武器作战效能和人员训练水平㊂２）单平台推演模式在此种模式下，当进行全自动推演时，需要调用训练水平评估模型之外的所有模型，来对整个作战过程进行仿真推演和效果评估，允许人工干预替代红蓝双方的兵力行为模型；当进行半实物推演时，本舰采用真实的平台装备，不需要调用平台模型和平台装备模型来模拟本舰行为，训练水平评估模型也无须调用㊂３）多平台训练模式在此种模式下，红方配合兵力和蓝方对抗兵力采用真实兵力或者由外部训练系统虚拟产生，红方配合兵力和蓝方对抗兵力所发射的武器由其自身作战系统模拟训练软件模拟或者由外部训练系统模拟，作战评判㊁效果评估和训练水平评估等由外部训练系统完成㊂本舰的所有行为是真实的人员训练操作，只需要调用武器模型来模拟本平台发射的武器㊂４㊀应用实例某潜艇作战系统的仿真系统组成如图６所示，在该仿真系统网络中加入一个作战系统模拟训练的计算机节点，用于部署潜艇作战系统模拟训练软件㊂按照本文设计方案开发的潜艇作战系统模拟训练软件主界面如图７所示㊂图６㊀潜艇作战系统仿真系统示意图图７㊀潜艇作战系统模拟训练软件主界面本文以 潜艇鱼雷攻击水面舰艇 训练为例，模拟训练过程如下：１）该仿真系统中和鱼雷攻击训练相关的导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机开机，并进入联机训练模式；２）启动作战系统模拟训练软件，并与导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机互联，联通后作战系统模拟训练软件主界面下方的联通标示显示为绿色；３）作战系统模拟训练软件进行 初始设置 ，完成 潜艇鱼雷攻击水面舰艇 的初始态势设置，并将相关参数分发给作战系统相关计算机；４）该仿真系统中导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机操作人员相互配合，完成一次 潜艇鱼雷攻击水面舰. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真８３㊀艇 的模拟训练，各计算机将训练参数分发给作战系统模拟训练软件，训练过程如图８所示㊂图８㊀潜艇鱼雷攻击水面舰艇训练过程５）训练结束后，作战系统模拟训练软件将模拟训练过程数据保存，并可以对本次训练进行评估和重演㊂应用实例表明，舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案切实可行㊂５㊀结束语１）舰艇作战系统模拟训练功能设计采用作战系统模拟训练软件形式，部署到舰艇作战系统全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中的服务器里，作战系统模拟训练软件采用ＤＤＳ交互方式与作战系统各分系统进行信息交互，采用ＥＳＢ交互方式与外部训练系统进行信息交互㊂２）作战系统模拟训练软件体系结构采用层次化㊁模块化设计，自下而上分为系统层㊁基础服务层㊁功能模块层和应用层，有利于软件的开发㊁部署㊁运行和维护管理㊂㊀㊀３）作战系统模拟训练软件模型体系同样采用层次化㊁模块化设计，分为基础类模型㊁平台装备类模型㊁武器类模型㊁平台类模型和评估类模型，软件应用层可以针对特定训练任务灵活组织调用模型和数据㊂４）本文提出的舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案，能够适用于各种舰艇作战系统模拟训练功能的研制，具有很强的可操作性㊂参考文献：［１］㊀陆铭华，赵琳．舰载综合训练仿真器原型方案设计及控制技术［Ｊ］．系统仿真学报，２００４，１６（１１）：２４３８⁃２４４０．［２］㊀刘永辉，林平．嵌入式仿真在舰艇作战系统的应用［Ｊ］．军事运筹与系统工程，２０１１，２４（６３）：１７⁃１９．［３］㊀刘高峰，陈佳俊．舰艇作战系统试训一体化协同仿真环境构建［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１７，３９（５）：７２⁃７５．［４］㊀张仁茹，左艳军，高天孚，等．国外潜艇作战系统发展综述［Ｊ］．舰船科学技术，２０１１，３３（６）：１２⁃１３．［５］㊀王达，左艳军，郭俊．美国海军新一代水面舰艇作战系统体系架构［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１８，４０（１）：１３５⁃１３６．［６］㊀罗浩，陶伟，严科伟．国外典型舰艇作战系统及其关键技术分析［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１８，４０（６）：１３７．［７］㊀史扬，董汉权，陆铭华．面向服务的可组合可重用仿真技术研究［Ｊ］．系统仿真学报，２０１４，２６（７）：１２６⁃１２７．［８］㊀黄坤，石朝明，董晓明，等．面向服务的舰艇作战系统集成框架研究与原理验证［Ｊ］．中国舰船研究，２０１３，８（５）：２⁃３．［９］㊀石宾．通用数据访问接口中间件的设计与应用［Ｊ］．电子科技，２０１６，２９（７）：６４⁃６６．［１０］潘镜芙，董晓明．水面舰艇作战系统的回顾和展望［Ｊ］．中国舰船研究，２０１６，１１（１）：１０⁃１１．［１１］任棕诜，任雄伟．ＤＤＳ在模拟训练系统中的应用研究［Ｊ］．计算机与数字工程，２０１６，４４（２）：２３７⁃２３８．［１２］王永洁，陆铭华，史扬．基于组件技术的分布式潜艇作战仿真系统［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１４，３９（９）：１７６⁃１７７．［１３］孙光明，王大志．海上作战方案推演系统仿真模型体系研究［Ｊ］．舰船电子工程，２０１６，３６（８）：１３⁃１５．（责任编辑：胡志强）. All Rights Reserved.。
机动作战中资源冲突消解模型构建及求解策略
文章编号：1002-0640（2021）02-0079-06Vol.46，No.2Feb ，2021火力与指挥控制Fire Control &Command Control 第46卷第2期2021年2月收稿日期：2020-02-12修回日期：2020-04-06作者简介：张笋（1990-），女，湖北宜昌人，硕士研究生。
研究方向：火力运用。
摘要：针对机动作战任务过程中，导弹部队利用有限资源处置多特情出现冲突的问题，从概念逻辑出发，在约束条件下，构建了合理的资源冲突消解数学模型，结合实际，提出了不同的求解策略，并利用实例分析求解，最终找到最优的模型解策略，可为导弹部队实战应用提供参考借鉴。
关键词：作战过程，特情处置，资源冲突，数学模型，消解策略中图分类号：TJ013文献标识码：A DOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2021.02.014引用格式：张笋，朱昱，杨明映，等.机动作战中资源冲突消解模型构建及求解策略［J ］.火力与指挥控制，2021，46（2）：79-84.机动作战中资源冲突消解模型构建及求解策略张笋，朱昱，杨明映，王正元（火箭军工程大学，西安710000）Model Construction and Solution Strategy ofResource Conflict Resolution in Mobile OperationZHANG Sun ，ZHU Yu ，YANG Ming-ying ，WANG Zheng-yuan （Rocket Military Engineering University ，Xi ’an 710000，China ）Abstract ：In the process of mobile combat mission ，the missile troops use limited resources to deal with the conflict of multiple special situations.Starting from the concept logic ，under the constraint conditions ，a reasonable mathematical model of resource conflict resolution is constructed ，and different solution strategies are put forward based on the actual situations.Finally ，the optimal model solution strategy is found ，by the actual example analysis and solution which can provide reference for the actual combat applications of the missile troops.Key words ：combat process ，special situation handling ，resource conflict ，mathematical model ，resolu-tion strategyCitation format ：ZHANG S ，ZHU Y ，YANG M Y ，et al.Model construction and solution strategy of resource conflict resolution in mobile operation ［J ］.Fire Control &Command Control ，2021，46（2）：79-84.0引言在导弹部队机动作战过程中，常会遇到工作调整或意外事件导致无法顺利执行原定计划。
海军舰艇编队防空导弹协同作战技术研究
海军舰艇编队防空导弹协同作战技术研究*陈善松，唐明南，韩林频，吕西午【摘要】摘要:主要以信息化条件下如何提升海军舰艇编队防空导弹作战能力为背景，重点描述协同指挥和协同制导作战的概念内涵、国内外研究现状、作战模式、主要实现的功能，给出不同指挥层次下各指挥节点的体系结构和功能定位，进而从信息场和功能界面等方面说明协同指挥和协同制导2个功能层次的区别。
【期刊名称】现代防御技术【年(卷),期】2013(041)003【总页数】5【关键词】关键词:海军舰艇编队;防空导弹;协同作战编者按:“2012年网络化作战与指挥控制技术研讨会”成功举行。
会议得到了国内从事空天防御的军方、军工单位、科研院所、高校等的积极响应和大力支持，共征集到80余篇论文，经过专家评审选出优秀论文15篇进行了会议交流。
《现代防御技术》特开辟专栏分2期陆续刊登此次会议的优秀论文，供读者参考。
0 引言随着信息技术发展和军事思想变革，21世纪的军事战争将从平台中心战转移到网络中心战，网络中心战概念最早由美国海军提出［1］，后被美国国防部接受，成为指导全美军信息化建设的理论。
武器装备的网络化作战是在武器由机械化向信息化跨代发展的背景下产生的，与之相对应的是平台中心战。
网络化作战是以网络为中心的作战方式，是通过将战场各作战单元连入网络而实施的各种军事作战行动。
是将分散的探测系统、武器系统、指挥系统以及作战人员，以计算机通信网络为中心、以实体状态及作战信息为纽带、以联合和协同的方式组织起来，所进行的分布式、协调统一的联合作战［2］。
具体到海军对空防御领域来说，舰载防空反导武器系统作为舰船平台的重要武器装备，担负着打击敌方各类空袭目标，实现舰艇防卫的使命任务。
近年来，随着网络化和信息化技术的发展，如何提升舰艇编队作战时的协同作战能力成为了热点问题［3-7］。
本文对该问题进行了初步研究，描述了舰艇编队协同指挥和协同制导作战的概念内涵、主要模式和关键技术。
【专题】海上有人无人协同作战的理论探讨
【专题】海上有⼈⽆⼈协同作战的理论探讨⼀⽆⼈舰艇与战⽃舰艇的装备体系定位协同理论探讨历经百年发展，有⼈驱护舰、潜艇已成为具备海上⾼技术局部战争独⽴作战能⼒的综合性主战装备。
驱护舰齐备海上⽴体作战能⼒，是航母编队、两栖编队、驱护编队、补给编队中不可或缺的主战装备和多⾯⼿，可上接空天、下接⽔下，是海上战略战术机动兵⼒构建体系化作战能⼒的基⽯。
潜艇是海上隐蔽突击⼒量，是⼆次核威慑基⽯、战略隐蔽抵近打击奇兵和海上敌后作战刺客。
⽬前，⽆⼈化的⽔⾯和⽔下舰艇，正在⾯向布雷、扫雷、补给等任务剖⾯相对封闭、博弈烈度较低的辅助性作战任务，发展相对独⽴的单⼀任务⾏动能⼒。
海上⾼烈度战场⾃然和⼈⼯环境⾼度⾮线性时变复杂，对抗博弈随机瞬变，在可以预见的时期内，参与海上⾼烈度作战任务的⽆⼈舰艇，将不会具备完全⾃主作战能⼒，将始终以增强和延伸驱护舰和潜艇作战功能性能为⽬的、以集群化的⽆⼈僚舰/艇的形式出现在海上战场，才能更好的贡献实战价值。
假设⽆⼈僚舰/艇发展⽴体综合作战能⼒，易导致装备系统复杂度阶乘式上升⽽丧失可⽤度、造价⾼企难以建造集群等问题。
为此，⽆⼈僚舰/艇将主要以适应4D任务、作战功能定制简化、性能极致突出、超⾼效费⽐为主要特征。
⼆海上⽆⼈装备与有⼈舰艇作战运⽤协同理论探讨海上⽆⼈机与⽆⼈舰艇合称海上⽆⼈装备。
基于平台航⾏原理，⼤型⽔⾯⽆⼈艇、⽆⼈潜航器⼀般在作战中主要采⽤码头⾃航⽅式出动回收。
⽔⾯有⼈舰艇具备搭载和出动回收中⼩型⽔⾯⽆⼈艇和⽆⼈潜航器能⼒；⾮直通甲板⽔⾯有⼈舰艇具备搭载和出动回收⼗吨级以下垂直起降⽆⼈机能⼒，直通甲板⽔⾯有⼈舰具备搭载和出动回收三⼗吨级以下固定翼⽆⼈机和垂直起降⽆⼈机能⼒。
潜艇具备搭载和出动回收中⼩型⽆⼈潜航器、超⼩型固定翼⽆⼈机能⼒。
在装备作战运⽤层⾯，执⾏海上⾼烈度作战任务的海上⽆⼈装备与有⼈舰艇的协同，可初步分为战略机动协同、战术机动协同、指控保障协同、感知通导保障协同、作战综合保障协同5个⽅⾯：1）战略机动协同⽆⼈机、中⼩型⽔⾯⽆⼈艇和⽆⼈潜航器的航程、续航时间不⾜，利⽤有⼈舰艇续航⼒优势对其进⾏搭载，可实现⽆⼈装备的超极限航程战略机动。
基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证
㊀第４３卷第４期㊀２０２０年１２月中㊀国㊀航㊀海ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮＯＦＣＨＩＮＡＶｏｌ.４３Ｎｏ.４㊀Ｄｅｃ.２０２０㊀收稿日期:２０２０￣０８￣２８基金项目:国家自然科学基金(５１４７９１５７)作者简介:刘炯炯(１９９６ )ꎬ男ꎬ河南周口人ꎬ博士生ꎬ研究方向为船舶避碰与智能航海ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｊｉｏｎｇｊｉｏｎｇｌｉｕ＠ｗｈｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ通信作者:刘克中(１９７５ )ꎬ男ꎬ湖北石首人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为船舶交通安全保障ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｋｚｌｉｕ＠ｗｈｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ文章编号:１０００－４６５３(２０２０)０４－０００８－０７基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证刘炯炯ａꎬｂꎬ㊀刘克中ａꎬｃꎬ㊀杨㊀星ａꎬｃꎬ㊀熊㊀勇ａꎬｃꎬ㊀袁志涛ａꎬｃꎬ㊀吴晓烈ａ(武汉理工大学ａ.航运学院ꎻｂ.智能交通系统研究中心ꎻｃ.内河航运技术湖北省重点实验室ꎬ武汉４３００６３)摘㊀要:为能在多船会遇局面下快速制定满足«国际海上避碰规则»(ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＰｒｅｖｅｎｔｉｎｇＣｏｌｌｉｓｉｏｎｓａｔＳｅａꎬＣＯＬＲＥＧｓ)和设置安全距离的避碰方案ꎬ设计一种在多船之间各自按ＣＯＬＲＥＧｓ进行避碰决策的协调避让算法ꎬ解决现有的多船会遇研究中ꎬ仅靠１艘船避让难以达到合理有效的避让效果以及多船近距离转向避让可能无法完全有效避碰的问题ꎻ通过蒙特卡洛思想随机生成船舶初始会遇场景ꎬ并设置个别船舶未调用避碰决策算法进行决策ꎬ验证该决策算法在开阔水域以及在约定条件下的普适性和鲁棒性ꎮ研究结果表明:随着船舶数量增加ꎬ会遇越来越复杂ꎬ在４艘船会遇的复杂场景下ꎬ超９９.５１％能在大于安全会遇距离(ＳａｆｅＤｉｓｔａｎｃｅｏｆＡｐｐｒｏａｃｈꎬＳＤＡ)的情况下通过ꎻ运用该模型船舶避让行动符合良好船艺要求ꎬ运动轨迹平滑ꎬ船舶间距离变化均匀ꎻ该决策模型具有良好的避让效果ꎬ可为船舶避碰提供参考ꎮ关键词:多船会遇ꎻ«国际海上避碰规则»ꎻ避让冲突ꎻ避碰决策ꎻ仿真验证中图分类号:Ｕ６７５.９６㊀㊀㊀文献标志码:ＡＣｏｌｒｅｇｓ￣ＢａｓｅｄＭｕｌｔｉ￣ＳｈｉｐＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅＤｅｃｉｓｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＬＩＵＪｉｏｎｇｊｉｏｎｇａꎬｂꎬ㊀ＬＩＵＫｅｚｈｏｎｇａꎬｃꎬ㊀ＹＡＮＧＸｉｎｇａꎬｃꎬ㊀ＸＩＯＮＧＹｏｎｇａꎬｃꎬＹＵＡＮＺｈｉｔａｏａꎬｃꎬ㊀ＷＵＸｉａｏｌｉｅａ(ａ.ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖｉｇａｔｉｏｎꎻｂ.ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒꎻｃ.ＨｕｂｅｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｌａｎｄＳｈｉｐｐｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００６３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅｄｅｃｉｓｉｏｎｓｗｈｉｃｈｆｏｌｌｏｗｔｈｅＣＯＬＲＥＧｓ(ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＰｒｅｖｅｎ￣ｔｉｎｇＣｏｌｌｉｓｉｏｎｓａｔＳｅａ)ａｎｄｓｅｔｓａｆｅｄｉｓｔａｎｃｅｓｏｆａｐｐｒｏａｃｈｉｎｍｕｌｔｉ￣ｓｈｉｐｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓｃｅｎａｒｉｏｓｑｕｉｃｋｌｙꎬｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｌｌｉ￣ｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｉｎｖｏｌｖｅｄｓｈｉｐｓｔｏｔａｋｅｒｉｇｈｔａｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｗｈｅｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｓａｆｅｐａｓｓｉｎｇｃａｎｎｏｔｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｗｈｅｎｔｈｅｓｈｉｐｓｊｕｓｔｄｏｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅｏｎｔｈｅｉｒｏｗｎ.Ｔｈｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｉｎｇｓｃｅ￣ｎａｒｉｏｆｏｒｅｘａｍｉｎｉｎｇｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｒａｎｄｏｍｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｏｐｅｎｓｅａａｒｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ.Ｉｎａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｃｅｎａｒｉｏｗｈｅｒｅ４ｓｈｉｐｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒꎬｔｈｅｓｈｉｐｓｅｎｊｏｙ９９.５１％ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｐａｓｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄａｒｅａｗｉｔｈｔｈｅＳＤＡ(ＳａｆｅＤｉｓｔａｎｃｅｏｆＡｐｐｒｏａｃｈ)ｏｒｍｏｒｅ.Ｉｔｉｓａｌｓｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄａｎｄｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｈｅｓｈｉｐａｖｏｉｄａｎｃｅａｃｔｉｏｎｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｇｏｏｄｓｅａｍａｎｓｈｉｐꎬｔｈｅｓｈｉｐ ｓｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｃｋｉｓｓｍｏｏｔｈａｎｄｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｓｈｉｐｓｖａｒｉｅｓｅｖｅｎｌｙ.Ｔｈｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｃａｎｂｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄ￣ａｎｃｅｄｅｃｉｓｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｕｌｔｉ￣ｓｈｉｐｅｎｃｏｕｎｔｅｒꎻＣＯＬＲＥＧｓꎻａｖｏｉｄａｎｃｅｃｏｎｆｌｉｃｔꎻｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅｄｅｃｉｓｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ㊀㊀随着人工智能㊁大数据和船联网技术的快速发展ꎬ船舶智能航行在航海上的应用已成为海上智能交通的重要研究领域ꎮ[１]自动驾驶技术是船舶智能航行的核心内容ꎬ而船舶避碰决策研究又是自动驾驶技术的重要组成部分ꎮ[２]在船舶避碰决策研究中ꎬ多船会遇局面下的避碰决策为难点问题之一ꎮ[３]针对多船避碰决策研究ꎬ大部分研究仅考虑 本船 进行避让操作ꎬ假设 来船 保向保速或已知运动轨迹ꎬ利用遗传算法[４]㊁速度障碍[５]和粒子群优化算法[６]等制订船舶避碰方案ꎻ部分研究为每艘船舶规划航行路径ꎬ船舶只有依照生成的路径航行才能安全通过[７]ꎬ与实际海上船舶避碰决策存在较大差异ꎮ船舶分布式避碰决策过程更符合海上实际避让ꎬ船舶根据实时会遇场景做出避让操作ꎬ并取得一定的研究成果ꎮＬＩ等[８]提出一种分布式协调策略ꎬ基于船舶轨迹预测评估碰撞风险ꎬ通过优化策略找到最有效的避碰策略ꎬ避让中需进行多次协调通信ꎬ但未考虑«国际海上避碰规则»(ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＰｒｅｖｅｎｔｉｎｇＣｏｌｌｉｓｉｏｎｓａｔＳｅａꎬＣＯＬＲＥＧｓ)ꎻＫＩＭ等[９￣１０]采用分布随机搜索算法(ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＳｔｏｃｈａｓｔｉｃＳｅａｒｃｈＡｌｇｏｒｉｔｈｍꎬＤＳＳＡ)减少通信次数ꎬ缩短计算时间ꎬ研究中未融入ＣＯＬＲＥＧｓꎻＺＨＡＮＧ等[１１]和张金奋[１２]依据ＣＯＬ￣ＲＥＧｓ建立让路船和直航船的避让行动模型并将其应用于多船避让中ꎬ但采取的避让行动主要依据两船避让ꎬ未考虑船舶避让对附近其他来船的影响ꎮ由于ＣＯＬＲＥＧｓ仅适用于两船会遇场景ꎬ无法直接应用到多船避碰中ꎮ现有的多船避碰研究主要是将ＣＯＬＲＥＧｓ融入到避让效果评价函数中[１３]和基于避让重点船[３ꎬ１４￣１５]确定避让行动ꎮ将ＣＯＬＲＥＧｓ融入到评价函数中ꎬ可能存在不完全遵守ＣＯＬＲＥＧｓ的情况ꎻ基于重点船舶避让ꎬ由于本船周围存在多艘来船ꎬ可能会因采取避让行动而形成新的碰撞危险或更紧迫的碰撞危险局面ꎮ针对多船会遇情景ꎬ船舶需同时避让多艘来船ꎬ避让各船的行动由于不一致ꎬ会产生避让冲突ꎮ为保证船舶安全航行ꎬ减少避让冲突对避让决策的影响ꎬ首先根据最近会遇距离(ＤｉｓｔａｎｃｅｔｏＣｌｏｓｅｓｔＰｏｉｎｔｏｆＡｐｐｒｏａｃｈꎬｄＣＰＡ)和最近会遇时间(ＴｉｍｅｔｏＣｌｏｓｅｓｔＰｏｉｎｔｏｆＡｐｐｒｏａｃｈꎬｔＣＰＡ)将来船分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶ꎻ其次ꎬ在判断避让方向时ꎬ根据安全航行船舶和存在碰撞危险船舶位置及相对运动参数ꎬ避免避让行动对安全船舶产生影响ꎬ形成新的碰撞危险ꎻ在确定避让幅度时ꎬ选择与所有来船在尽可能远的距离处通过ꎬ避免形成更紧迫的碰撞危险ꎻ同时ꎬ在避让决策过程中充分考虑多船避让下的协调性和合理性ꎬ从而构建基于避让冲突消解策略的多船避碰决策模型ꎻ最后ꎬ通过蒙特卡洛思想随机生成大量船舶初始会遇场景ꎬ并基于分布式框架对避碰决策模型的有效性进行验证ꎮ１㊀船舶避让冲突１.１㊀船舶避让冲突定义船舶会遇具有一定的随机性和不确定性ꎬ特别是多船会遇场景ꎬ船舶周围存在多艘来船ꎬ船舶航向㊁航速㊁方位和距离等参数稍有不同ꎬ根据ＣＯＬ￣ＲＥＧｓ制订的避让方案存在较大差异ꎮ在多船会遇场景下ꎬ 让路船 针对存在碰撞危险的来船采取避让行动之后ꎬ对附近其他航行船舶造成更紧迫的碰撞危险或形成新的碰撞危险ꎬ即由于会遇船舶位置和航行参数的随机性ꎬ 让路船 针对不同的会遇船舶采取的避让行动不一致ꎬ从而产生船舶避让冲突ꎮ假设在一定距离范围内有ｎ(ｎ>２)艘船舶会遇ꎬ对于会遇船舶ｉ(ｉɪＮ)ꎬ为避让与其存在碰撞危险的船舶ｊ(ｊɪＮꎬ且ｊʂｉ)ꎬ采取避让行动δｉｊ δｃｉｊꎬ但在采取避让行动之后与另一艘船舶ｋ(ｋɪＮꎬ且ｋʂｉꎻｋʂｊ)造成新的碰撞危险或更紧迫的碰撞危险ꎮδｉｊ为船舶ｉ避让船舶ｊ的避让方向ꎬ左转为－ꎬ右转为＋ꎻδｃｉｊ为船舶ｉ避让船舶ｊ的避让幅度ꎮ１.２㊀船舶避让冲突场景介绍近距离多船避让场景见图１ꎬ其中:初始时刻船舶１与船舶２和船舶４存在碰撞危险ꎬ与船舶３可在安全距离内通过ꎮ船舶４首先向右转向避让船舶１ꎬ船舶１为避让船舶２向右转向ꎬ并与船舶３在近距离内产生新的碰撞危险ꎮ在近距离内船舶１与船舶３采取最有效的避让行动进行避让ꎻ由于两船在近距离内同时避让ꎬ造成局面更为复杂多变ꎮ虽采取避让行动ꎬ但局面有进一步恶化的趋势ꎬ从而导致船舶间距离减小ꎮ船舶初始会遇参数和避碰方案见表１ꎮ图１㊀近距离多船避让场景９㊀㊀刘炯炯ꎬ等:基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证表１㊀船舶初始会遇参数和避碰方案船舶初始参数避碰方案位置航向/(ʎ)航速/ｋｎ避让时机/ｓ避让幅度/(ʎ)复航时机/ｓ１(－４.１ꎬ７.７)１５０１１.２１３３５－３１.７２２４０２(－１.３ꎬ－６.３)０１２.１ ３(－５.８ꎬ－１.６)３９１０.５１４２０－３０.０２６６０４(７.１ꎬ３.６)２６２１２.４１１０５㊀３６.０２８６０２㊀基于避让冲突消解策略的协调避碰决策㊀㊀由于多船避让冲突带来的影响主要为:与附近安全航行的船舶形成新的碰撞危险ꎻ与存在碰撞危险船舶的危险程度进一步加深ꎮ为减少多船避让中存在的避让冲突对避让的影响ꎬ分别考虑安全航行船舶和碰撞危险船舶ꎮ对于安全航行船舶ꎬ在判断避让方向时ꎬ避免转向与其形成新的碰撞危险ꎻ对于存在碰撞危险船舶ꎬ在选择避让幅度时ꎬ避免危险进一步增强ꎮ基于此ꎬ形成多船会遇避让冲突消解策略ꎬ构建多船避碰决策模型ꎮ２.１㊀碰撞危险判断和会遇阶段划分２.１.１㊀碰撞危险判断由于安全航行船舶和存在碰撞危险船舶需在方案制订的不同阶段进行考虑ꎬ首先应对船舶是否存在碰撞危险进行判断ꎮ在ｔ时刻ꎬ对于船舶ｉ(ｉɪＮ)ꎬ在６ｎｍｉｌｅ范围内存在任意船舶ｊ(ｊɪＮꎬ且ｊʂｉ)ꎬ同时满足式(１)和式(２)ꎬ则认为船舶ｉ与船舶ｊ存在碰撞危险ꎮｄＣＰＡｉｊ(ｔ)<ＳＤＡ(１)ｔＣＰＡｉｊ(ｔ)>０(２)式(１)和式(２)中:ｄＣＰＡｉｊ(ｔ)和ｔＣＰＡｉｊ(ｔ)分别为ｔ时刻船舶ｉ与船舶ｊ的最近会遇距离和最近会遇时间ꎻＳＤＡ的大小应与船舶航行水域的环境条件㊁交通繁忙程度和航行船舶尺度等因素有关ꎮ目前ꎬ关于ＳＤＡ的研究主要在数学模型确定和船舶领域ꎮ李丽娜等[１６]依据船长㊁专家和驾驶员对ＣＯＬＲＥＧｓ的理解以及操船经验ꎬ结合平面解析几何知识和运动学ꎬ基于雷达和船舶自动识别系统(Ａｕ￣ｔｏｍａｔｉｃＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍꎬＡＩＳ)数据构建安全会遇距离数学模型ꎮＦＵ等[１７]将船舶领域定义为绝大多数船舶避免进入另一船周围的领域ꎬ国内外学者对船舶领域的研究不断深入ꎬ研究中开阔水域多为正圆形或离心率较小的椭圆形ꎮ本文研究的水域主要考虑为开阔水域ꎬ相对于繁忙水域ꎬ船舶航行密度相对较小ꎮ综合ＳＤＡ数学模型和开阔水域船舶领域中的正圆形确定研究中应用的ＳＤＡꎮ研究中两船会遇ＳＤＡ设为２.０ｎｍｉｌｅꎻ三船会遇ＳＤＡ设为１.５ｎｍｉｌｅꎻ四船会遇ＳＤＡ设为１.２ｎｍｉｌｅꎮ根据式(１)和式(２)ꎬ在ｔ时刻ꎬ可将船舶ｉ(ｉɪＮ)６ｎｍｉｌｅ范围内的任意船舶ｊ(ｊɪＮꎬ且ｊʂｉ)分为安全航行船舶(ｓａｆｅ＿ｓｈｉｐ)和存在碰撞危险船舶(ｒｉｓｋ＿ｓｈｉｐ)２类ꎮ(１)ｓａｆｅ＿ｓｈｉｐ:对于任意船舶ｍ(ｍɪＮ)ꎬ有ｄｉｍ(ｔ)<６ｎｍｉｌｅꎬｄＣＰＡｉｍ(ｔ)ȡＳＤＡ或ｔＣＰＡｉｍ(ｔ)ɤ０ꎮ(２)ｒｉｓｋ＿ｓｈｉｐ:对于任意船舶ｋ(ｋɪＮ)ꎬ有ｄｉｋ(ｔ)<６ｎｍｉｌｅꎬｄＣＰＡｉｋ(ｔ)<ＳＤＡ且ｔＣＰＡｉｋ(ｔ)>０ꎮ２.１.２㊀会遇阶段划分船舶在不同会遇阶段避让行动有所不同ꎬ对船舶会遇阶段进行划分很有必要ꎮ因此ꎬ根据船舶间距离对会遇阶段进行划分ꎮ船舶会遇阶段可分为自由行动阶段㊁碰撞危险阶段㊁紧迫局面阶段和紧迫危险阶段等４个阶段ꎬ但会遇阶段的划分取决于多方面因素ꎮ[１３]自由行动阶段船舶距离较远ꎬ尚不考虑ＣＯＬＲＥＧｓ的应用ꎻ碰撞危险阶段一般在３~６ｎｍｉｌｅꎻ对于紧迫局面阶段和紧迫危险阶段没有明确的定量化描述ꎬ根据航海界普遍认可的定义[１８]以及船舶应保持不小于ＳＤＡ安全通过ꎬ综合考虑本文针对开阔水域研究多船避让问题ꎬ船舶尺度㊁航行速度和操作性等ꎬ分别将３.５ｎｍｉｌｅ㊁２.５ｎｍｉｌｅ和ＳＤＡ作为定量划分界限ꎮ在ｔ时刻ꎬ对于任意船舶ｉ和ｊ(ｉ㊁ｊɪＮ)ꎬ根据距离ｄｉｊ(ｔ)对会遇阶段Ｓｔａｉｊ(ｔ)进行划分ꎮ(１)３.５ｎｍｉｌｅ<ｄｉｊ(ｔ)<６ｎｍｉｌｅꎬＳｔａｉｊ(ｔ)为一般碰撞危险阶段ꎬ记Ｓｔａｉｊ(ｔ)＝１ꎻ(２)２.５ｎｍｉｌｅ<ｄｉｊ(ｔ)ɤ３.５ｎｍｉｌｅꎬＳｔａｉｊ(ｔ)为紧迫局面阶段ꎬ记Ｓｔａｉｊ(ｔ)＝２ꎻ(３)ＳＤＡ<ｄｉｊ(ｔ)ɤ２.５ｎｍｉｌｅꎬＳｔａｉｊ(ｔ)为紧迫危险阶段ꎬ记Ｓｔａｉｊ(ｔ)＝３ꎮ２.２㊀基于避让冲突消解策略的避碰方案船舶避让方案由避让时机㊁避让方向㊁避让幅度和恢复原航向时机组成ꎮ由于避让行动要求 极早地 以及本研究为实时避碰决策ꎬ避让时机的选取不作考虑ꎻ同时ꎬ恢复原航向是在保证安全的前提下ꎬ减少船舶航程损失和燃油消耗ꎮ因此ꎬ为消解船舶避让冲突ꎬ应针对避让方向和避让幅度进行设计ꎮ２.２.１㊀避让方向确定在多船局面下ꎬ周围可能存在安全航行船舶和０１㊀中㊀国㊀航㊀海２０２０年第４期多艘碰撞危险船舶ꎮ目前ꎬ大多数研究中仅考虑碰撞危险船ꎬ采取 避让重点船 算法进行避让[１５]ꎬ可能造成新的碰撞危险ꎮ根据ＣＯＬＲＥＧｓ第８条ꎬ避让采取的行动要求不得妨碍另一艘船舶通行或安全通行的船舶ꎮ为避免因采取避让行动而使船舶相对运动线向靠近安全船舶方向变化ꎬ需对船舶避让方向确定算法进行设计ꎮ以ｉ船为例ꎬ－１为左转ꎬ０为保向保速ꎬ１为右转ꎬｍｓ为远离安全航行船舶ｓ避让方向(如存在多艘ꎬ选取距离最近安全航行船舶)ꎬ求取方法见文献[１９]ꎮδｉ(ｔ)为ｔ时刻ｉ船避让方向ꎬδｉｒ(ｔ)为ｔ时刻ｉ船仅考虑ｒ船避让方向ꎮ(１)ｉ船附近无碰撞危险船舶ꎬ此时没有碰撞危险ꎬ无需避让ꎬδｉ(ｔ)＝０ꎻ(２)ｉ船附近均为碰撞危险船舶ꎬ此时船舶ｉ根据距离最近的危险船ｒ进行避让ꎬδｉ(ｔ)＝δｉｒ(ｔ)ꎻ(３)ｉ船附近存在安全航行船舶和碰撞危险船舶ꎬ当存在多艘碰撞危险船舶时ꎬ根据距离确定最近碰撞危险船舶ｒ和最近安全航行船舶ｓꎮ由ＣＯＬＲＥＧｓ可知:除了对遇局面明确要求向右转向ꎬ其他条款并未明确要求船舶避让方向ꎮ基于不应妨碍另一艘船通行或安全通行的船舶ꎬ根据船舶ｒ和船舶ｓ与本船ｉ船的不同会遇阶段ꎬ本船ｉ在ｔ时刻避让方向δｉ(ｔ)确定算法如下:Ｆｕｎｃｔｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅａｖｏｉｄａｎｃｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ()Ｉｎｐｕｔ:ｄｉｒ(ｔ)ꎬＳｔａｉｒ(ｔ)ꎬδｉｒ(ｔ)ꎬＳｉｔｉｒ(ｔ)ꎬＲＣｉｒ(ｔ)ꎬＲＶＣｉｒ(ｔ)ꎬＴＣｉｒ(ｔ)㊀％输入ｔ时刻ｒ船相对ｉ船参数Ｉｎｐｕｔ:ｄｉｓ(ｔ)ꎬＳｔａｉｓ(ｔ)ꎬｍｓ㊀％输入ｔ时刻ｓ船相对ｉ船参数Ｉｎｐｕｔ:ＳＤＡ㊀％输入ＳＤＡδｉ(ｔ)ѳＮＵＬＬ㊀％ｔ时刻ｉ船避让方向１.ｉｆＳｉｔｉｒ(ｔ)ｉｓｈｅａｄ￣ｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈｅｎ２.㊀ｉｆｄｉｒ(ｔ)>ｄｉｓ(ｔ)ｔｈｅｎ３.㊀ｉｆδｉｒ(ｔ)ʂｍｓｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳ０ꎻ４.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳδｉｒ(ｔ)ꎻ５.㊀ｅｎｄ６.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳδｉｒ(ｔ)ꎻ７.㊀ｅｎｄ㊀％对遇局面下δｉｒ(ｔ)＝１８.ｅｌｓｅｉｆＳｔａｉｒ(ｔ)＝１＆＆Ｓｔａｉｓ(ｔ)＝１ｔｈｅｎ９.㊀ｉｆδｉｒ(ｔ)＝ｍｓｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳｍｓꎻ１０.㊀ｅｌｓｅｉｆｄｉｒ(ｔ)>ｄｉｓ(ｔ)ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳ０ꎻ１１.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳｍｓꎻ１２.㊀ｅｎｄ１３.ｅｌｓｅｉｆＳｔａｉｒ(ｔ)>１＆＆Ｓｔａｉｓ(ｔ)＝１ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳδｉｒ(ｔ)ꎻ１４.ｅｌｓｅｉｆＳｔａｉｒ(ｔ)＝１＆＆Ｓｔａｉｓ(ｔ)>１ｔｈｅｎ１５.㊀ｉｆδｉｒ(ｔ)＝ｍｓｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳｍｓꎻ１６.㊀ｅｌｓｅｉｆｄｉｒ(ｔ)>４.５ｎｍｉｌｅｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳｍｓꎻ１７.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳ０ꎻ１８.㊀ｅｎｄ１９.ｅｌｓｅｉｆＳｔａｉｒ(ｔ)>１＆＆Ｓｔａｉｓ(ｔ)>１ｔｈｅｎ２０.㊀ｉｆｄｉｒ(ｔ)>ｄｉｓ(ｔ)ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳｍｓ２１.㊀ｅｌｓｅｉｆＳｉｔｉｒ(ｔ)ｉｓｏｖｅｒｔａｋｅｎ２２.㊀ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳδｉｒ(ｔ)ꎻ２３.㊀ｅｌｓｅｉｆ０<ＲＣｉｒ(ｔ)<１１２.５ʎｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳ－１２４.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳ１ꎻ２５.㊀ｅｎｄ２６.ｅｌｓｅｉｆｄｉｒ(ｔ)<ＳＤＡｔｈｅｎ２７.㊀ｉｆ０<ＲＣｉｒ(ｔ)<９０ʎ＆＆２７０<ＲＣｉｒ(ｔ)<３６０ʎｔｈｅｎ２８.㊀ｉｆｓｉｎ(ＲＶＣｉｒ(ｔ)－ＴＣｉｒ(ｔ)＋１８０ʎ)ȡ０ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳ１ꎻ２９.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳ－１ꎻ３０.㊀ｅｎｄ３１.㊀ｅｌｓｅｉｆｓｉｎ(ＲＶＣｉｒ(ｔ)－ＴＣｉｒ(ｔ)＋１８０ʎ)<０ｔｈｅｎδｉ(ｔ)ѳ１ꎻ３２.㊀ｅｌｓｅδｉ(ｔ)ѳ－１ꎻ３３.㊀ｅｎｄ３４.ｅｎｄ３５.ｒｅｔｕｒｎδｉ(ｔ)ꎻ㊀㊀该算法中ｈｅａｄｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎ和ｏｖｅｒｔａｋｅｎ分别为对遇局面和被追越局面ꎻＲＣｉｒ(ｔ)㊁ＴＣｉｒ(ｔ)和ＲＶＣｉｒ(ｔ)分别为ｔ时刻船舶ｒ相对船舶ｉ的相对方位㊁真方位和运动方向ꎮ２.２.２㊀避让幅度的确定确定ｔ时刻避让方向δｉ(ｔ)之后ꎬ进而需确定避让幅度δｃｉ(ｔ)ꎮ设置候选避让幅度集为㊀㊀㊀ΔＣ＝{０ʎꎬ１０ʎꎬ２０ʎꎬ３０ʎꎬ４０ʎꎬ５０ʎꎬ６０ʎ}(３)由于决策模型以步长Δｔ＝５ｓ进行滚动更新ꎬ但因决策步长５ｓ不能完成整个避让幅度转向ꎬ这里根据候选避让幅度大小设置５ｓ内的航向变化集δｃ＝{０ʎꎬ１ʎꎬ２ʎꎬ３ʎꎬ３ʎꎬ３ʎꎬ３ʎ}(４)当本船周围存在多艘碰撞危险船舶ꎬ且无法通过一次转向完成对所有船舶的安全避让时ꎬ无论本船针对哪艘船舶制订避让方案ꎬ在执行过程中都有可能与另一船舶的碰撞危险增大ꎮ为避免因采取避让行动而对部分船舶造成更为紧迫的危险局面ꎬ通过优化船舶避让幅度对避让冲突进行消解ꎮ避让幅度选择策略如下(以船舶ｉ为例):㊀㊀(１)尽可能让清所有来船ꎬ即对于任意船舶ｊ(ｊɪＮ)有㊀㊀δｃｉ(ｔ)＝{ｃ｜ｃɪΔＣꎬｄＣＰＡｉｊꎬｃ(ｔ)ȡＳＤＡ}(５)式(５)中:ｄＣＰＡｉｊꎬｃ(ｔ)为ｉ船避让角度Ｃ后与ｊ船的ｄＣＰＡ值ꎮ(２)若无法让清所有来船ꎬ尽可能让清６ｎｍｉｌｅ以内的来船ꎬ即对于任意船舶ｊ(ｊɪＮꎬｄｉｊ(ｔ)<６ｎｍｉｌｅ)ꎬ有δｃｉ(ｔ)＝{ｃ｜ｃɪΔＣꎬｄＣＰＡｉｊꎬｃ(ｔ)ȡＳＤＡ}(６)㊀㊀(３)若仍无法让清６ｎｍｉｌｅ内的来船ꎬ则选择避让ΔＣ后尽量能保证通过最大距离ꎬ避免更紧迫１１㊀㊀刘炯炯ꎬ等:基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证的碰撞危险ꎬ即δｃｉ(ｔ)＝{ｃ｜ｃɪΔＣꎬｍａｘ(ｍｉｎ(ｄＣＰＡｉｊꎬｃ))}(７)㊀㊀根据避让行动应大幅度的要求ꎬ让路船避让幅度应不小于３０ʎꎬ即δｃｉ(ｔ)ȡ３０ʎ(８)２.２.３㊀恢复原航向条件在采取避让行动之后的一段时间ꎬ在保证船舶能在ＳＤＡ通过的基础上ꎬ为减小航迹偏移量㊁航程㊁避让时间和燃油消耗ꎬ船舶应恢复原航向ꎮ恢复原航向时刻条件(以船舶ｉ为例)为(１)船舶ｉ恢复航向之后与任意船舶ｊ(ｊɪＮ)不存在碰撞危险ꎬ即ｄＣＰＡｉｊꎬｂ(ｔ)ȡＳＤＡ或{ｔＣＰＡｉｊꎬｂ(ｔ)ɤ０且ｄｉｊ(ｔ)>ＳＤＡ}(９)式(９)中:ｄＣＰＡｉｊꎬｂ(ｔ)和ｔＣＰＡｉｊꎬｂ(ｔ)分别为ｉ船恢复原航向之后与ｊ船的ｄＣＰＡ和ｔＣＰＡ值ꎮ(２)对于任意船舶ｊ(ｊɪＮꎬｊʂｉ)ꎬ距离船舶ｉ均大于８ｎｍｉｌｅꎮ３㊀避碰决策试验验证为验证避让决策模型的普适性ꎬ依据蒙特卡洛思想随机生成３艘船舶和４艘船舶初始会遇场景各３组ꎬ每组１００００次ꎬ验证避让冲突消解策略的有效性ꎮ试验中船舶采取分布式决策避让ꎬ即每艘船舶均根据所处场景ꎬ依据避碰决策模型独立制订避让行动ꎬ对模型的普适性进行验证ꎮ设置４艘船舶会遇场景ꎬ对避让中船舶避让幅度㊁避让时间和避让轨迹进行展示ꎬ并在４艘船会遇时设置船舶未根据决策进行避让和船舶根据避让重点船舶进行避让ꎬ对模型的鲁棒性进行验证ꎮ３.１㊀会遇场景生成与参数设置随机生成特定数量(３~４艘)船舶会遇场景ꎬ包含船舶位置(ｘꎬｙ)㊁航向ｃ和速度ｖꎮ各参数取值范围和分布见表２ꎮ表２㊀初始参数取值范围和分布参数最小值最大值备注横坐标ｘ/ｎｍｉｌｅ－１２.０１２.０均匀分布纵坐标ｙ/ｎｍｉｌｅ－１２.０１２.０均匀分布航向ｃ/(ʎ)０３６０.０均匀分布速度ｖ/ｋｎ８.４１５.６正态分布(μʒ１２ꎻσʒ１.２)㊀㊀随机生成的会遇场景中存在部分场景并不存在碰撞危险的情况ꎬ为更好地验证避让冲突消解策略的有效性ꎬ对生成的会遇场景进行筛选ꎮ筛选原则如下:１)为避免船舶会遇刚开始进入紧迫局面ꎬ甚至紧迫危险局面ꎬ两两船舶间的初始距离应不小于６ｎｍｉｌｅꎮ２)所有船舶应相互靠近ꎬ即任意２艘船舶ｔＣＰＡ>０ꎮ３)船舶间存在碰撞危险ꎬ即至少存在２艘船舶ｄＣＰＡ<０.８ＳＤＡꎬ同时任意２艘船舶的ｄＣＰＡ不大于设置ＳＤＡ的２倍ꎮ３.２㊀试验结果与分析３.２.１㊀随机试验结果统计分别对３艘船舶和４艘船舶会遇进行３组试验ꎬ每组随机生成符合筛选原则的会遇场景有１００００次ꎬ结果统计见表３ꎮ表３㊀随机试验结果统计编号船舶数量>ＳＤＡ/％>０.９５ＳＤＡ/％Ｄｉｓｍｉｎ(最近距离)ｎｍｉｌｅ１２３４５６３４９９.８５９９.８４９９.８０９９.４８９９.５２９９.５３９９.８３９９.５１９９.９６９９.９６９９.９３９９.６６９９.６７９９.７１９９.９５９９.６８１.３００.９２㊀㊀由表３可知:在三船会遇局面下ꎬ最近距离大于ＳＤＡ平均占比９９.８３％ꎬ大于０.９５ＳＤＡ平均占比９９.９５％ꎬ任意两船最近点距离为１.３０ｎｍｉｌｅꎻ在四船会遇局面下ꎬ９９.５１％能在ＳＤＡ及以上距离通过ꎬ９９.６８％能在０.９５ＳＤＡ及以上距离通过ꎬ任意两船最近点距离为０.９２ｎｍｉｌｅꎮ随着船舶数量的增加ꎬ船舶会遇局面越来越复杂ꎬ最近点距离大于ＳＤＡ的占比略有减小ꎬ但仍为９９.５１％ꎬ证明避碰决策模型具有较好的普适性ꎮ３.２.２㊀船舶避让试验展示对船舶避让试验结果进行展示ꎬ其中避让方案中避让时机和复航时机为试验时间ꎬ单位为ｓꎬ避让幅度单位为(ʎ)ꎮ３.２.２.１㊀存在避让冲突场景的四船会遇初始船舶位置㊁航向和航速与避碰方案如表１所示ꎬ在采取船舶避让冲突消解策略之后ꎬ船舶运动轨迹和两船距离随时间变化曲线分别见图２和图３ꎮ２１㊀中㊀国㊀航㊀海２０２０年第４期㊀图２㊀船舶避让过程图３㊀任意两船距离随时间变化曲线㊀㊀由图２和图３可知:在采取船舶避让冲突消解策略之后ꎬ通过每艘船舶调用避让算法ꎬ船舶间能在安全距离内通过ꎻ与图１对比ꎬ说明船舶冲突消解策略和避碰决策能较好地解决多船避让冲突问题ꎮ３.２.２.２㊀对遇㊁交叉和追越局面共存的四船会遇针对交叉局面㊁对遇局面和追越局面共存情况设置多船会遇场景ꎬ初始船舶参数和避碰方案见表４ꎬ船舶运动轨迹和任意两船距离随时间的变化曲线分别见图４和图５ꎮ表４㊀初始船舶参数与避碰方案船舶初始参数避让方案位置航向/(ʎ)航速/ｋｎ避让时机/ｓ避让幅度/(ʎ)复航时机/ｓ１(０ꎬ０)㊀０１０.０１８０３２１０１０２(９.３ꎬ９.３)２４０１０.０３(０ꎬ－４.０)０１５.６１５－３１３００４(０ꎬ７.０)１８０１０.０７４０４４１８４０㊀㊀图４㊀船舶避让过程㊀㊀图５㊀任意两船距离随时间变化曲线３.２.２.３㊀协调行动下的四船会遇随机生成四船会遇场景ꎬ初始船舶参数和避碰方案见表５ꎬ船舶运动轨迹和任意两船距离随时间变化曲线分别见图６和图７ꎮ３.２.２.４㊀不协调行动下四船会遇针对第３.２.２.１节存在避让冲突场景的四船会遇ꎬ将船舶１设置为根据避让重点船舶算法进行避让ꎬ船舶初始参数与避碰方案见表６ꎬ船舶运动轨迹表５㊀初始船舶参数与避碰方案船舶初始参数避让方案位置航向/(ʎ)航速/ｋｎ避让时机/ｓ避让幅度/(ʎ)复航时机/ｓ１(－３.５ꎬ－７.８)０４７９.２１１５０３０２０１０２(６.４ꎬ１.６)１２５１１.６１０５５３０３８３０３(５.４ꎬ５.１)２０８１３.０４(７.９ꎬ－５.８)２８７１１.１１２２５４６２４３５㊀㊀图６㊀船舶避让过程㊀㊀㊀图７㊀任意两船距离随时间变化曲线和任意两船距离随时间的变化曲线分别见图８和图９ꎮ由图２和图８可知:船舶１避让方向相反ꎬ但均能保证在安全距离内通过ꎬ证明避让决策算法能在他船采取不协调行动时ꎬ具备一定的应变能力ꎮ表６㊀初始船舶参数与避碰方案船舶初始参数避让方案位置航向/(ʎ)航速/ｋｎ避让时机/ｓ避让幅度/(ʎ)复航时机/ｓ１(－４.１ꎬ７.７)１５０１１.２１３３０㊀５０.７２５９５２(－１.３ꎬ－６.３)０１２.１３(－５.８ꎬ－１.６)３９１０.５１３５５－４０.３５０５９４(７.１ꎬ３.６)２６２１２.４１１９５３１.３２９６５㊀㊀图８㊀船舶避让过程㊀㊀图９㊀任意两船距离随时间变化曲线３.２.２.５㊀船舶避让效果分析由图２㊁图４㊁图６和图８可知:正常情况下船舶均能在偏航一定距离之后恢复原航向ꎬ运动轨迹较３１㊀㊀刘炯炯ꎬ等:基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证为平滑ꎮ由图３㊁图５㊁图７和图９可知:船舶间距离不小于安全会遇距离ꎬ距离变化均匀ꎬ符合良好船艺要求ꎮ由存在避让冲突场景的四船会遇场景试验可知ꎬ船舶避碰决策模型能在存在避让冲突的情况下保证船舶安全ꎻ由对遇㊁交叉和追越局面共存的四船会遇场景试验结果可知ꎬ决策模型能处理多局面共存情况下的船舶会遇场景ꎻ同时ꎬ由协调行动和不协调行动下的四船会遇场景可知ꎬ模型能在周围船舶采取协调和不协调行动下安全避让ꎮ４㊀结束语多船会遇局面具有一定的随机性和不确定性ꎬ因此在避让不同船舶时需采取不同的避让行动ꎮ由于避让行动不一致ꎬ会产生避让冲突ꎮ本文在避免影响安全航行船舶的基础上ꎬ避免船舶避让产生新的碰撞危险或更紧迫的碰撞危险ꎬ构建避让冲突消减策略下的避碰决策模型ꎮ分别针对３艘船舶和４艘船舶进行随机避碰测试ꎬ验证决策模型的普适性ꎮ由多船会遇避让过程和任意两船距离的变化情况可知:船舶运动轨迹平滑ꎬ船舶间距离变化均匀ꎬ能适应周围船舶动态变化和存在部分不协调行动的会遇情景ꎬ具有较好的避让效果ꎮ研究中存在一定的假设和局限性ꎬ如尚未针对不同船舶尺度和不同船舶的操纵性进行分析ꎬ没有考虑来船数据更新时的延时和错误ꎬ且研究水域仅为开阔水域等ꎮ为实现船舶智能航行ꎬ还需进行更深层次的研究ꎬ如在海上实际航行时ꎬ受风㊁浪㊁流的作用ꎬ船舶航向和航速均在一定范围内波动ꎬ并非定值ꎬ如何在参数波动下制订安全避让方案仍需进一步研究ꎮ目前ꎬ由于仅针对部分船舶采取避让重点船算法下的不协调行动进行试验ꎬ在下一步研究中ꎬ需对模型进行更充分的验证ꎮ参考文献[１]㊀王程博ꎬ张新宇ꎬ张加伟ꎬ等.未知环境中无人驾驶船舶智能避碰决策方法[Ｊ].中国舰船研究ꎬ２０１８ꎬ１３(６):７２￣７７.[２]㊀周丹ꎬ张宝晨ꎬ文捷ꎬ等.船舶智能决策关键技术实现方案研究[Ｊ].中国水运ꎬ２０１９(１０):４７￣４８. 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[８]㊀ＬＩＳＪꎬＬＩＵＪＬꎬＮｅｇｅｎｂｏｒｎＲＲ.ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｆｏｒＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＳｈｉｐｓＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＳｈｉｐＭａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ[Ｊ].ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１８１:２１２￣２２６.[９]㊀ＫＩＭＤꎬＨＩＲＡＹＡＭＡＫꎬＯＫＩＭＯＴＯＴ.ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＳｔｏｃｈａｓｔｉｃＳｅａｒｃｈＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＭｕｌｔｉ￣ＳｈｉｐＥｎｃｏｕｎｔｅｒＳｉｔｕａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｖｉｇａｔｉｏｎꎬ２０１７ꎬ７０(４):６９９￣７１８.[１０]㊀ＫＩＭＤꎬＨＩＲＡＹＡＭＡＫꎬＯＫＩＭＯＴＯＴ.ＳｈｉｐＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅｂｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＴａｂｕＳｅａｒｃｈ[Ｊ].ＴｒａｎｓＮａｖꎬｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｎＭａｒｉｎｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙｏｆＳｅａＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎꎬ２０１５ꎬ９(１):２３￣２９.[１１]㊀ＺＨＡＮＧＪＦꎬＺＨＡＮＧＤꎬＹＡＮＸＰꎬｅｔａｌ.ＡＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＡｎｔｉ￣ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｃｉｓｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔｆｏｒＭｕｌａｔｉｏｎｉｎＭｕｌｔｉ￣ＳｈｉｐＥｎｃｏｕｎｔｅｒＳｉｔｕａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒＣＯＬＲＥＧｓ[Ｊ].ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ１０５:３３６￣３４８.[１２]㊀张金奋.船舶碰撞风险评价与避碰决策方法研究[Ｄ].武汉:武汉理工大学ꎬ２０１３.[１３]㊀ＪＯＨＡＮＳＥＮＴＡꎬＰＥＲＥＺＴꎬＣＲＩＳＴＯＦＡＲＯＡ.ＳｈｉｐＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄＣＯＬＲＥＧＳＣｏｍｐｌｉａｎｃｅＵｓｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ￣ＢａｓｅｄＣｏｎｔｒｏｌＢｅｈａｖｉｏｒＳｅｌｅｃｔｉｏｎＷｉｔｈＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＨａｚａｒｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０１６ꎬ１７(１２):３４０７￣３４２２.[１４]㊀周伟.宽水域船舶智能避碰决策算法验证及优化[Ｄ].厦门:集美大学ꎬ２０１１.[１５]㊀薛彦卓ꎬ魏伊ꎬ孙淼.基于避碰重点船算法的多船避碰模拟[Ｊ].大连海事大学学报(自然科学版)ꎬ２０１４ꎬ４０(１):１３￣１６.[１６]㊀李丽娜.船舶自动避碰研究中安全会遇距离等要素的确定[Ｊ].大连海事大学学报(自然科学版)ꎬ２００２ꎬ２８(３):２３￣２６.[１７]㊀ＦＵＪＩＩＹꎬＴＡＮＡＫＡＫ.ＴｒａｆｆｉｃＣａｐａｃｉｔｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｖｉｇａｔｉｏｎꎬ１９７１ꎬ２４(４):５４３￣５５２.[１８]㊀翁建军ꎬ刘明俊.船舶值班与避碰[Ｍ].武汉:武汉理工大学出版社ꎬ２０１６:８１￣９２.[１９]㊀ＨＥＹＸꎬＪＩＮＹꎬＨＵＡＮＧＬＷꎬｅｔａｌ.ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＯＬＲＥＧＲｕｌｅｓａｎｄＳｅａｍａｎｓｈｉｐｆｏｒＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅａｔＯｐｅｎＳｅａ[Ｊ].ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１４０:２８１￣２９１.４１㊀中㊀国㊀航㊀海２０２０年第４期。
基于协同设计的冲突检测与消解研究
维普资讯
第 ２ 卷第 ３期 １ ２０ ０７年 ６月
江 苏 科 技 大 学 学 报（ 自然科学版）
ｉ ｎ ｉ Ｊｕ ａ ｏ ａｇｕＵ ｉｅｓ ｙｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｎ ｔｒｌＳｃｅｎｃｅ Ｅｄｔｏ ） ｏｒｌ ｆ ｉ ｓ ｎｖ ｒｉ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏ ｇ （ ａｕａ ｉ ｎ Ｊｎ ｔ Ｓｅ ｏ
提出基于约束网络的冲突检测方法 ， 此法不便于从全局层次视图的角度分析变量与约束的性质， 文献［ ］ ３
质量 与效 率 。多领域协同设计 的 目的 是 为 了实 现各 领域 、 层次 对信 息 和资 源 的共 享 ， 各 协调 处 理 各种 耦
合、 冲突和竞争 ， 做到跨领域的协 同设 计 ， 满 足复杂 产 品设计 的需 要 。协 同设 计是 多功 能小 组参 与 到一 以 个 项 目的设计过程 中 ， 小组之 间存 在 着 大量 相 互制约 ， 各 相互影 响 的关 系 ， 同时各小 组对 产 品开发 的考虑 角度 ， 资源需 求 ， 领域知识不尽 相 同 ， 些 因 素必 然导 致 冲突的产生 。针对 设计 过程 中出现 的各种 冲 突现 这 象 提供切实可行的 冲突解决方法 ， 时 有 效 地 消解 冲突 。许 多学者 已对此 做 了大 量研究 ¨ Ｊ文献 ［ ］ 及 ， ２ 中
舰船武器系统协同作战样式及关键技术研究
213中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.06 （上）未来的攻防对抗不再是平台与平台之间的对抗，而是体系与体系之间的对抗。
在一体化作战环境下，未来舰船武器的评价，取决于其网络化能力，在紧急作战中，使分散的战争资源协同使用的能力，从分散部署的火力单元序列中选择最佳火力单元可以拦截目标的概率，并节约武器资源。
本文对舰船武器系统协同作战及关键技术进行研究。
人工智能、智能传感器等技术的飞速进步,为协同作战系统的自主化发展提供了一定的基础条件。
以美国为代表的西方军事强国也在此方面不断探索,进行了一系列的技术验证,力争尽快提高协同作战系统的自主化程度,进一步减少人的介入程度,提高所能完成任务的难度,提高适应战场环境的能力,提髙集群主动决策能力,提高集群的协调配合能力。
1 舰船武器系统协同作战概念协同作战系统，是通过网络实现分布式火力单元序列各作战平台的指挥控制系统、目标探测系统和武器系统信息的共享。
每个平台的数据与一个特定的数据链形成一个统一的战场情况,确保操作过程中所需的信息可以实时、准确、快捷的火列表内元序列传输和交换的一部分,所以每个平台可以及时处理日期标准信息和跟踪目标准确、实时共享网络条件下的检测信息,形成了综合跟踪识别能力、准确的目标指示能力和协同操作能力。
第一，要改变观念，认识到火控必须与通信紧密结合，将火控系统镶嵌于系统之中；第二，由传统向现代转变，发展新式武器与精确打击武器的综合火控，发展异构武器、跨区域群武器的网络火控，发展有人一无人武器自主协同武器火控系统；第三，由单一作战向网络与协同作战转变。
未来火控系统的评价，取决于其网络化能力，在紧急作战中使分散的战争资源协同使用的能力，从分散部署的火力单元序列中选择最佳火力单元可以拦截目标的概率，并节约武器资源。
2 舰船武器系统协同作战关键技术舰船武器系统多平台协同作战体系复杂，涉及体系优化、网络通信、信息融合等众多技术，而且相互交叉与渗透，又形成交叉技术。
船艇运动中的竞争战略和团队协作技巧
船艇运动中的竞争战略和团队协作技巧船艇运动是一项团队合作的竞技运动，要求队员之间密切协作，以达到最佳速度和稳定性。
在船艇运动中，竞争战略和团队协作技巧至关重要，下面将从这两个方面展开讨论。
一、竞争战略1. 准备工作：在比赛前，队员需要进行充分的准备工作，包括船艇检查、划锤研磨、身体素质训练等。
只有做好充分的准备，才能在比赛中保持竞争力。
2. 统一战略：在比赛中，团队必须制定统一的战略和策略。
例如，在出发之前，团队可以商定舵手的指令，划桨员的节奏和力度等。
统一的战略可以提高团队的协同性，避免混乱和错误。
3. 快速出发：比赛中的出发非常重要，一般来说，出发后前冲力度大的队伍会占据优势。
因此，团队应制定出发策略，确保出发时的力度和协调性。
在出发时，要力求快速、平稳地进入比赛状态，尽可能地节约能量。
4. 节奏控制：在比赛中，团队要根据实际情况调整划桨的力度和节奏。
一般来说，前段比赛要力求快速，中段比赛要保持稳定，后段比赛要逐渐加大力度。
通过合理的节奏控制，团队可以更好地控制比赛的进展，保持稳定的速度。
5. 对手分析：在比赛中，了解对手的特点和战略也非常重要。
通过对对手的分析，团队可以寻找出击破对手的方式和机会。
例如，如果对手出发时力度过大，团队可以选择稍微稳定一些的节奏，并在后段赛道上超越对手。
6. 排位赛决策：在排位赛中，团队需要根据实际情况决定是否全力争夺优势排位。
如果团队实力较强，并且能够预计到后续比赛中仍然能够保持优势，那么可以选择在排位赛中全力以赴。
如果团队实力较弱，并且预计到后续比赛中很难超越对手，那么可以选择在排位赛中保持相对保守的策略，保证自己能够晋级到后续比赛。
二、团队协作技巧1. 沟通和指挥能力：在船艇运动中，沟通和指挥能力是非常重要的。
舵手需要清晰、准确地发出指令，而划桨员需要积极地响应并执行。
2. 团队意识：每个团队成员都应树立团队意识，以集体利益为重，而不仅仅是个人利益。
只有在团队意识的引导下，团队成员才能克服个人的困难和不足，更好地发挥出个人才能和力量。
基于约束的协同设计冲突检测模型
基于约束的协同设计冲突检测模型杨亢亢;巫世晶;刘羽劼;周璐【摘要】针对协同设计冲突无法准确全面检测的问题,提出了一种基于约束的冲突检测模型.在分析了协同设计中约束分层和约束满足问题的基础上,该检测模型将约束划分为已知约束关系集合和未知约束关系集合两部分,分别对其进行冲突检测.采用区间传播算法验证已知约束关系集合;提出用免疫算法优化反向传播(BP)神经网络来模拟未知约束关系集合进行冲突检测,并与遗传算法优化BP神经网络进行对比,收敛速度提高了62.96％,证明了算法具有较快的收敛速度和较强的全局收敛能力.为实现计算机支持的冲突检测,研究了基于可扩展标记语言(XML)文档的约束关系集合表达方法,设计了基于约束满足的冲突检测系统的架构体系,并以C#和Matlab 为平台开发了行星齿轮箱协同设计冲突检测系统.最后,通过实例验证了冲突检测模型的可行性和有效性.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2015(035)008【总页数】6页(P2215-2220)【关键词】协同设计;冲突检测;约束;BP神经网络;免疫算法【作者】杨亢亢;巫世晶;刘羽劼;周璐【作者单位】武汉大学动力与机械学院,武汉430072;武汉大学动力与机械学院,武汉430072;武汉大学动力与机械学院,武汉430072;武汉大学动力与机械学院,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TP391.70 引言在协同设计中，各学科设计人员的设计变量之间相互联系、相互依赖又相互制约，同时各设计人员的学科背景、设计目标和知识水平高低等方面的不同，再加上资源环境的局限性，导致冲突不可避免地发生。
国内外学者在冲突检测方面进行了大量的研究，刘慧敏［1］、Slimani 等［2］提出了通过知识共享和交换的冲突检测和消除方法，但此方法更适合于概念设计阶段，并不适用于设计过程的其他阶段。
Chen 等［3］提出了基于复杂网络理论的约束模型，并给出了基于该约束模型的冲突定义。
舰艇编队协同作战的自组织决策模式及决策支持系统
舰艇编 队是现代 海战 的一种重 要的兵 力组成形 式 。信 息化条 件下 ， 艇编 队所 面 临的复杂 战场环境 ， 舰 其本质 上是一种 湍 流（ｕｂｌ ｔ或 者说是 混沌 （ｈｏ） ｔ ｕｅ ） ｒ ｎ ｃａｓ 的环境 。在这 种 非平稳 的复杂对 抗 环境 下 ， 艇编 舰
队的兵力协同与调度 、 任务分派与调整， 需要具有与之相适应的决策模式和决策支持系统 ， 以提高舰艇编 队协同行动的敏捷性 ， 实现与复杂不确定且充满激烈对抗的战场环境的同步。舰艇编队系统不但其内部
１１ 信息时代 的海 战场决策环 境 ． 作 战指挥 决策 问题 的复杂 性取决 于作 战过程所 处 的环境 。 当前 ， 艇编 队所面 临 的决 策环 境大 致可 舰 分为 四种 … ： 未来战场 态势十 分明确 的确定性 决策 问题 ； 未来 战 场态 势不 确定 ， 策者 能掌 握有 限种 ① ② 决
具有层 次状结构 ， 同时具 备随战 场态势变 化进行 资源整 合和重组 的功 能 ， 与生 物进 化特征及 其 自组 织现象 极 为相似 ， 本文基 于 自组 织理论 和方法 ， 出了舰 艇编 队协 同作 战 的 自组织 决策模 式及决策 支持 系统 。 提
１ 舰艇编 队协 同作战 自组织决策的复杂性及其解 决方法
环境时 ， 建立在传统运筹学与经典系统论基础上的决策方法 、 作战资源规划与调度方法 ， 在理论 与应用上 都不再适用。因为， 这些方法假定环境变化都是平稳的， 只要知道系统的初始条件 ， 只要初始条件误差足 够小 ， 就可 以推算得 出交 战态势 的演 化结果 。舰艇 编 队协同作 战决策处 于混沌 环境 之 中， 含数 以千 万计 包
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基于实例的舰艇编队协同作战冲突消解方法研究
作者：田宇光李加祥
来源：《科技创新导报》 2012年第5期
田宇光1 李加祥2
(1.海军大连舰艇学院作战与训练系辽宁大连 116018; 2.海军大连舰艇学院科研部辽宁大连 116018)
摘要:针对舰艇编队协同作战中存在的大量冲突问题,提出了实例法冲突消解系统框架,并给出了消解流程。
通过遍历实例库中的实例,找出与目标冲突相同或相识的实例,并对其进行必要的调整,从而得到消解目标冲突的处理方案。
该方法速度快、适用面广,为消解舰艇编队协同作战中的冲突问题,提供了有价值的参考。
关键词:实例冲突消解协同作战
中图分类号:E837 文献标识码:A 文章编号:1674-
098X(2012)02(b)-0255-02
1 引言
舰艇编队协同作战包括水面舰艇、潜艇、航空兵等多兵种,涉及到防空、反潜、对海攻击、对陆攻击等多种任务,使用导弹、舰炮、鱼雷、电子战等多种武器装备,在作战过程中可能出现时域、空域、频域等方面的冲突。
有的冲突导致作战兵力、兵器之间的相互影响;有的冲突甚至可能造成毁伤己方、友方的严重后果。
信息化海战背景下,舰艇编队协同作战中的冲突具有复杂性、关联性、并发性、紧迫性等特点。
各种冲突交织在一起,仅仅依靠指挥员临机指挥来处理如此大量、复杂而又紧迫的冲突问题往往难以协调,顾此失彼。
本文提出一种基于实例的冲突消解方法来对舰艇编队协同作战中的冲突进行消解,为指挥员提供科学、合理、有效的决策支持。
2 冲突消解方法回顾
目前,解决冲突的方法大体上分为两类:
(1)基于数学模型的冲突解决方案[1]。
这种方法是建立在对策论的基础上,从建立冲突的数学模型人手,通过分析模型,然后针对模型的特点利用多目标决策、模糊理论等数学方法来解决冲突。
此种方法有两点不足:一是建立数学模型难。
由于舰艇编队协同作战涉及作战单元多、组织指挥复杂,涉及冲突类型多、关联性强,难以建立舰艇编队协同作战冲突问题数学模型模型;二是求解效率低下。
由于缺乏有效的算法,特别是问题规模比较大时运算时间成几何级上涨,需要花费大量时间,问题求解效率低下。
基于数学模型的冲突解决方法在经济领域取得了很好效果,但在军事领域,特别是对于舰艇编队协同作战中存在各种错综复杂的冲突,使用这种方法很难奏效。
(2)基于人工智能的冲突解决方案[2]。
这种方法是20世纪80年代以来伴随着人工智能的发展而发展起来的。
通过智能推理技术,借助计算机实现冲突的解决。
目前,这一领域的研究正在开展,也取得了一定的成就。
但是由于舰艇编队协同作战中包含多种类型冲突,加之各种冲突交织在一起,使基于人工智能的知识推理非常困难,特别是知识库中的知识如何表达、各种规则如何提取都是人工智能领域难以解决的问题。
针对以上不足,本文提出了基于实例法解决冲突的系统。
3 基于实例的冲突消解方法
基于实例的方法[3][4]是对人类认知过程的模仿。
基于实例的冲突消解方法支持经验本身
和场景本身的描述和记忆,而且具有很强的扩充性和自适应性,这一点对一些知识无法表达、规
则难以提取的推理非常有效。
实例就是把以往作战或训练中的各种场景以及该场景下消解冲突
的方案以脚本的形式加以保存。
每一个场景作为一个实例,实例的集合组成实例库。
当要解决一个新问题时,通过遍历实例库,搜索出与新问题最相似的一个或几个实例,通过对实例的评估、并根据需要对实例进行必要的修改来解决新问题,为舰艇编队指挥人员消解冲突提供建议和参考。
3.1 实例法解决冲突的特点
实例是对过往的实践经验的归纳与总结,通过对过去相似问题(实例)解决方法的研究,尽快
地找出当前冲突问题的解决方案。
实例法具有以下特点:
(1)普遍适用性。
在复杂系统模型难以确定的情况下,运用实例法解决冲突,可以不必拘泥于系统的模型、冲突的种类,通过搜索实例库中的相似实例,借鉴以往处理类似情形的方案,可以快速地消解交叉、复杂、半结构化(非结构化)等各种类型冲突。
(2)可完善、扩展的特性。
实例法解决问题的能力取决于实例库中领域知识的完备程度。
通过不断扩充实例库中实例的种类、数量,逐步扩展实例法所能处理问题的范围。
(3)速度快。
根据索引遍历实例库,搜索到相似的实例,可以直接使用实例对冲突进行消解或对实例稍加改动来消解目标冲突,消解时间短,速度快。
3.2 实例法解决冲突的系统组成
基于实例的冲突消解系统包括四大功能模块:搜索模块、评估模块、调整模块和实例库及管理系统。
其系统结构如图1所示。
(1)搜索模块。
实例搜索模块的功能是从实例库中查找与当前冲突相匹配的冲突实例。
在前阶段对冲突进行分析、检测的基础上,提取出相关的冲突信息,并以此作为索引遍历实例库,搜索相似的实例。
当发现存在相似实例时,提取相关实例名、实例特征描述以及相应的消解方案;如
没有搜索到相似实例,则需要将该冲突信息提交给其它冲突解决系统或编队指挥员进行决策,并
将该冲突信息以及相应的消解方案通过实例库管理系统添加到实例库中。
(2)评估模块。
由于搜索到与当前冲突相似的实例往往不止一个,而是多个。
因而需要采用
一定的方法对诸多实例进行评估,以决定选用哪一个实例更加适合。
通常采用多指标模糊评价等方法对实例加以评估,即通过分析、评价多个方案的优劣,筛选出最接近目标冲突的实例。
(3)调整模块。
如果提取出的实例完全适合消解当前冲突,则可以直接参考该实例消解冲突
的方案来消解当前冲突;如果实例的消解方案不能完全消解当前冲突,调整模块则根据作战条令、条例、作战原则、规则或在相应级别的指挥员人工干预下对实例加以修改,以消解当前冲突。
(4)实例库及管理系统。
实例库管理系统负责实例的存储与维护管理。
可以通过实例库管理系统完成添加实例、修改实例、删除实例等管理和维护功能。
3.3 基于实例的冲突消解流程
基于实例的冲突消解过程大致可以分为以下几步:
步骤1:识别目标冲突的特征,并指定索引;
步骤2:根据索引从实例库中检索相似的实例;
步骤3:修改相似实例以满足目标冲突;
步骤4:检验这个解,若满足则提交冲突消解方案并存入到实例库中。
如果实例库中没有搜索到相似的实例或搜索出的实例经过修改后仍无法达到消解当前冲突的要求是,则需要借助其它冲突消解系统或是指挥员介入来消解冲突,并将当前冲突与最后消解冲突的方案作为新实例添加到实例库中。
冲突消解流程如图2。
4 结语
舰艇编队协同作战中存在大量的冲突,这些冲突往往具有复杂性、关联性、并发性。
消解冲突的方法主要是协商、松弛约束、仲裁等方法,它们都是针对某一类冲突,目前尚缺乏有统一的冲突消解方法。
基于实例的冲突消解方法,是将目标冲突与冲突库里的冲突进行“场景”比对,提取出相同或相识的冲突解决方案并加以修改来处理目标冲突。
该方法克服了每次消解冲突之前进行的大量运算,特别是处理半结构化、非结构化等复杂的冲突。
参考文献
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