分队战术CGF路径规划算法研究

分队战术CGF路径规划算法研究

论文摘要

随着计算机生成兵力(Computer Generated Forces,CGF)在军用仿真领域应用的不断推广,对CGF中智能主体的行为建模已成为作战仿真人员研究的重点和难点。在分队战场中,路径规划作为CGF中众多高层智能行为的执行前提,是表现智能体行为模型真实与否的基础。传统的分队战术路径规划对战场环境态势和战术要求的考虑不足,导致规划结果缺乏真实性,充分考虑分队战场中环境态势和战术规则对路径选择的影响,能够有效提高CGF路径规划的智能性和真实性。对CGF路径规划问题进行准确的描述与建模是分队战术CGF路径规划研究的前提。基于Agent的结构思想,论文首先提出分队战术CGF路径规划框架。进而依据此框架对分队战场进行环境建模,重点采用势场法和概率威胁地图方法构建分队战场的威胁态势模型。再通过对战术路径规划所关注的路径长度和安全性指标进行建模,将路径规划问题描述为优化搜索问题。根据Agent对环境信息获取程度的差异,需要研究局部环境和全局环境下的分队战术路径搜索算法。在基于人工势场法的分队战术局部路径规划中,针对传统人工势场法的局部极小问题,通过设置角度条件和引入记忆路线的检测,改进原有的沿墙壁走脱离方法,以使其适应具有凹形障碍物的复杂环境;针对将人工势场法应用于分队战术路径规划,将传统的障碍物势场同基于势场法的威胁势场相结合,提出综合考虑威胁态势的改进人工势场法,使其满足威胁态势和战术规则的要求。在基于粒子群算法的分队战术全局路径规划中,为了使搜索空间能尽可能覆盖可被利用的障碍物路点,设计了自适应非均匀矢径的极坐标建模方法。借鉴重力搜索的思想,将粒子的适应值信息定量引入到速度更新公式中,并采用引入约束支配关系的指标评价方法,以加快搜索的速度和精度。最后采用综合考虑地形通行性、隐蔽性和障碍物利用对威胁影响的路径代价指标引导搜索,使规划结果更符合威胁环境态势和战术规则的要求。仿真实验表明,改进的人工势场法能够有效解决各种环境下的局部极小问题,在分队局部战场环境中,路径规划结果能够满足躲避威胁、利用障碍物的战术要求。基于粒子群的分队战术路径规划方法,能够有效反映地形、态势等对路径规划的影响,规划出综合考虑环境和威胁态势的安全较短路径。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 相关工作研究现状
  • 1.2.1 CGF系统及行为建模
  • 1.2.2 战术路径规划研究现状
  • 1.3 本文工作
  • 1.4 论文组织结构
  • 第二章 分队战术CGF路径规划问题描述与建模
  • 2.1 分队战术CGF路径规划框架
  • 2.1.1 战术路径规划及其战术要求
  • 2.1.2 分队战术CGF路径规划框架
  • 2.2 环境建模
  • 2.2.1 环境要素
  • 2.2.2 环境地图表示
  • 2.2.3 地图信息预处理
  • 2.3 战术路径规划的路径指标建模
  • 2.3.1 路径长度
  • 2.3.2 威胁代价
  • 2.3.3 障碍物的掩体价值
  • 2.3.4 暴露时间与暴露次数
  • 2.4 分队战术CGF路径规划问题的数学描述
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 基于人工势场法的分队战术CGF局部路径规划
  • 3.1 人工势场法基本原理
  • 3.1.1 基本人工势场法
  • 3.1.2 存在问题及分析
  • 3.2 分队战术路径规划中改进的人工势场法
  • 3.2.1 局部极小问题改进
  • 3.2.2 综合威胁态势模型的新斥力势函数及受力分析
  • 3.3 基于人工势场法的分队战术CGF局部路径规划
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 基于粒子群算法的分队战术CGF全局路径规划
  • 4.1 粒子群算法
  • 4.1.1 算法基本原理
  • 4.1.2 PSO算法的分析及参数设置
  • 4.1.3 已有的粒子群算法改进策略
  • 4.2 改进的GPSO粒子群算法
  • 4.2.1 GSA算法
  • 4.2.2 改进的GPSO算法及分析
  • 4.3 基于GPSO算法的分队战术CGF全局路径规划
  • 4.3.1 自适应非均匀矢径的极坐标建模
  • 4.3.2 路径评估指标
  • 4.3.3 引入约束支配关系的路径评估与选择
  • 4.3.4 算法基本流程
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 仿真实验与分析
  • 5.1 仿真实验设计
  • 5.2 仿真结果及分析
  • 5.2.1 基于人工势场法的局部路径规划仿真
  • 5.2.2 基于粒子群算法的全局路径规划仿真
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果
  • 相关论文文献

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