基于作战环的武器装备体系发展建模与优化方法研究

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如何发展武器装备体系、提升军事实力决定着一个国家的切身利益能否得到安全保证,关乎一个国家的兴衰。不科学、不合理的武器装备发展方案,轻则会造成国家大量财力、物力和技术资源的浪费,重则直接导致国家错过军事变革重要机遇期,直接对国家未来安全造成威胁。这使我们不得不思考,如何合理利用有限的资源来发展我军未来的武器装备,适应未来一体化联合作战需求,使得我军武器装备形成体系,作战效能达到最大?如何进行武器装备发展规划才能降低装备风险,避免武器装备重复建设导致资源和技术的浪费?作为武器装备体系工程领域最重要的研究问题之一,武器装备体系发展规划研究的重大理论意义和应用价值日益凸显出来,成为极其重要而且富有挑战性的前沿课题。本文以作战环理论和网络设计理论为指导,围绕“怎样描述武器装备体系”、“什么样的体系发展规划方案好”以及“怎样优化体系发展规划方案”三个问题,系统深入地研究了武器装备体系发展规划的建模、分析与优化。论文主要研究工作及创新点如下:1、提出了基于作战环的网络化描述与建模方法。如何描述武器装备体系,尤其是如何描述武器装备之间的配合关系,一直是武器装备体系研究中难以解决的问题。本文根据OODA循环理论对作战过程的描述,揭示了作战过程中装备之间通过配合会与敌方目标构成作战环这一规律,给出了作战环的定义及数学模型,进而在作战环的基础上提出了武器装备体系的动态网络模型,该模型能够刻画装备配合关系,为分析体系结构对武器装备体系效能的影响提供了支撑。2、提出了面向不同对抗规模的武器装备体系发展模型。敌我双方的对抗关系是影响武器装备体系发展方案制定的重要因素。本文从敌我双方相互对抗的角度,根据对抗规模由小到大的顺序,依次建立了面向重点目标的体系发展规划模型、面向多目标的体系发展规划模型以及面向多场景的体系发展规划模型,给出了模型的决策变量、约束条件和优化目标函数。在面向重点目标的体系发展规划模型中,分别讨论了确定信息条件下的发展规划模型和不确定信息条件下的发展规划模型;在面向多目标的体系发展规划模型中,分别讨论了不考虑时间预算约束的体系发展规划模型和考虑时间预算约束的体系发展规划模型,分析了目标之间的冲突并提出了冲突消解方法;在面向多场景的体系规划模型中,分析了对抗时间之间、场景之间以及优化目标之间的冲突并提出了冲突的解决方法。从面向单目标到面向多场景,三个体系发展规划模型不仅对抗规模依次增大,存在的冲突种类和数量逐渐增多,同时也是将体系发展规划问题逐步细化和深化的过程,且后一个模型都是对前一个模型的拓展。3、武器装备体系发展方案优化。根据体系发展规划模型的优化目标和约束条件,提出了基于CMA-ES的体系发展方案优化方法解决面向重点目标和面向多目标的体系发展方案优化问题,提出了基于NSGA-III的体系发展方案优化方法解决面向多场景的体系发展方案优化问题。在体系发展方案优化的过程中,详细解释了约束处理机制以及如何避免优化陷入局部最优的方法,并通过示例分析了算法的稳定性、验证了优化算法的有效性。4、武器装备体系发展方案分析。通过对体系发展规划模型的分析,提出了有效的体系发展方案应该具备的性质,即选择发展的新装备必须包含在作战环中且新形成的作战环应该比之前形成的作战环更有效,同时装备发展不能过于超前和滞后。此外,分别构建了面向重点目标、面向多目标以及面向多场景的体系发展规划问题的示例,并对优化后的方案进行了分析,重点分析了总费用和拨款次数对体系发展方案的影响,提出了在体系发展规划的过程中应该优先发展同时参与多个作战环的新装备的观点并通过示例分析验证了这一观点。
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