作战行动计划网络化建模与优化方法研究

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“兵者,国之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。”战争关乎国家安危,必须运用科学的理论和方法做出正确的决策,作战行动计划质量的高低事关战争的成败,必须运用科学的方法对其进行研究。信息技术的发展使得武器装备系统之间的互联互通更加频繁,作战体系化和网络化的特征愈发明显,尤其是无人装备和集群作战样式的兴起,使得作战体系(Combat System of Systems,CSo S)网络化的趋势更加明显。无人装备的发展提高了装备之间的交互样式和频率以及交互产生的群体智能性,使得传统的作战行动计划生成方式无法满足现实的需要。作战行动计划的生成、优化以及实时调整的目的是最大化作战体系的作战能力。体系作战能力的载体是作战体系的构成,也是对作战体系整体能力的信息化属性表达。体系作战能力是具备不同能力的单元在电子信息系统支持下相互连接、相互作用所形成的能力,实际上就是体系化的作战能力。因为装备之间的互联互通,使得作战能力不是单件装备或是作战系统的简单相加,而是作战体系的功能和作用的直接体现。信息化条件下作战体系网络不再是单一、单层的网络,而是不同实体不同关系在环节、机制上的相互交织,整体协同的多层叠加网络。论文在分析新型作战体系特点和体系作战能力形成的基础上,综合考虑作战行动计划的生成、优化以及动态调整等环节,从各个环节的解决思路和关键技术问题出发,提出了面向作战行动计划生成的网络建模与优化方法。首先给出了行动计划生成及优化问题建模与优化框架,论述了新型作战体系作战行动计划生成时网络建模的必要性,给出了相关的技术路线。在此基础上,建立了作战行动计划的网络模型,以能力为度量指标,生成计划方案。再以多目标进化算法对庞大的计划方案进行寻优。根据战争的时间敏感特性,提出了快速简便的作战方案实时调整方法。论文的主要工作及创新成果如下:(1)提出了作战行动计划建模和生成、静态优化和动态优选的研究框架作战行动计划生成、优化与实时调整是传统但又面临新挑战的问题,论文在分析问题特点的基础上,提出了“作战行动计划网络建模+计划方案优化+动态实时调整”的作战行动计划生成与优化框架。从基于功能链的作战行动计划方案生成、基于自适应多目标优化算法的行动方案优化和基于因果推理的动态信息融合三个方面解决作战行动生成和执行问题。很多研究都是针对上述问题的一个方面的。然而,作战行动计划从生成到执行过程中的调整是密切相关的,分开研究会进行很多的假设,可能会丢失很多重要的信息,本文从能力生成的角度,提出了新型作战体系的作战行动计划问题求解框架,将几个问题放在一起进行研究。(2)提出了基于超网络的作战行动计划建模及生成方法随着武器装备的飞速发展,装备本身已经具备了一定的智能和自主性,单一装备具备了多种能力,装备之间的交互样式更加多样,集群和多种装备的协同等作战方式使得作战成为了敌对双方整个作战体系之间的网络化对抗。从体系能力三角形出发,以时间影响网络描述作战活动网络,将作战体系用扩展的多层、异质网络进行描述,以兵力网络的模体——功能链为基本执行单元,减少了各节点之间的频繁交互,不易受通信干扰的影响,也能更充分的发挥各节点的能力,作战行动计划网络的生成就成了超网络中的初始作战活动网络的形成,以及完成行动网络到功能网络的映射。(3)提出了基于自适应多目标进化算法的作战行动计划优化方法随着作战规模和作战样式的改变,对计划方案的选取不再是针对单个目标的,不再局限于使命完成的时间等,实时资源的可用量以及相关消耗等也成为战场重要的制胜因素。传统的优化方法面对多个目标时表现一般,同时庞大的方案空间对优化算法的性能提出了新的要求。采用第三代非支配遗传算法为基础算法,为避免陷入局部最优和早熟现象,借鉴神经网络函数介于线性和非线性之间的优势,将算法改为自适应的演化过程。通过和线性算子以及余弦算子进行比较,验证了算法的先进性和有效性。(4)提出了基于因果网络转换的作战行动计划动态调整方法战争是双方的博弈,因其关乎作战双方的核心利益,因此在作战过程中,势必会出现各种意想不到的情况。针对作战过程中的不确定性问题,使用参数简单、易于理解的TIN进行作战行动计划的效果评估,给出了TIN的具体的建模过程,并给出了TIN转换为DBN的算法,在不确定因素出现后,将TIN转化为DBN进行信息融合,推理出相关行动节点的参数后,转为TIN进行方案的评估。方法即结合了TIN的参数设置简单、节点关系明确的优势,又结合了DBN容易融合新信息的优点。
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