面向海军战术仿真虚拟战场环境中的实体行为细化研究

论文摘要

作为体系对抗仿真系统的重要组成部分,基于HLA的分布式虚拟战场环境为表现武器装备对抗的战术细节和作战过程、方便装备体系论证人员快速验证装备的物理行为模型和指挥决策模型的逻辑正确性提供了可能。然而由于海军战术仿真中作战层次较高、武器装备数量多、作战过程复杂,仿真系统为使战术推演顺利进行,负责调度控制的仿真引擎无法为虚拟战场环境邦元提供细粒度的实体行为表现数据,需要通过虚拟战场环境的行为细化模型为战术仿真中需要表现的离散或连续的行为提供足够细致的驱动数据,使三维表现的过程变得连续、平滑、真实。本文以海军战术仿真的虚拟战场环境为背景,以解决仿真数据和表现数据粒度不一致的需求为牵引,研究基于行为细化模型的海军虚拟战场环境体系结构和模型框架,本文的具体研究内容和相关技术创新有以下几个方面:(1)分析离散行为模型建模的特点,提出了基于改进FSM的离散行为细化模型框架,满足了战术仿真对离散行为细化表现的需求;(2)分析连续行为模型建模的特点,按有无仿真引擎的约束对其进行了划分,并采用改进的DR算法和插值方法对连续轨迹行为细化模型进行了设计;(3)针对海军战术仿真系统对虚拟战场环境的表现需求,给出了基于行为细化的海军虚拟战场环境体系结构及各组成部分的模型框架,并对系统的调度控制进行了设计;(4)在上述理论、方法和技术研究的基础上,设计并实现了一个反潜对抗虚拟战场环境SimSmartBase1.0。论文的研究成果已初步应用在海军战术仿真中,并能对类似战术仿真系统的行为模型开发及集成起到指导作用,从而提高开发类似系统的效率和正确性,具有一定的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景与问题
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 论文研究问题的提出
• 1.2 相关领域研究现状
• 1.2.1 面向虚拟战场表现的行为建模方法
• 1.2.1.1 分析与建模方法
• 1.2.1.2 行为模型的实现方法
• 1.2.2 连续行为的航迹推测与细化算法
• 1.2.2.1 DR 算法
• 1.2.2.2 插值方法
• 1.2.3 虚拟战场环境应用模型框架
• 1.3 研究目标与研究意义
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 论文组织与结构安排
• 第二章 基于改进有限状态机的离散行为建模
• 2.1 有限状态机描述方法与离散行为模型描述
• 2.1.1 有限状态机描述方法
• 2.1.2 离散行为模型描述需求
• 2.1.3 现有FSM 存在的问题以及改进的FSM
• 2.2 基于改进有限状态机的离散行为模型框架
• 2.2.1 离散行为模型与改进FSM 的比较
• 2.2.2 离散行为模型框架
• 2.3 基于改进有限状态机实现离散行为细化
• 2.3.1 改进FSM 离散行为模型的调度控制
• 2.3.2 基于改进FSM 的离散行为模型实现行为的细化
• 2.4 小结
• 第三章 面向航迹推测与细化的连续行为建模
• 3.1 面向航迹推测与细化的连续行为模型描述与分类
• 3.2 有约束条件的航迹推测与细化连续行为建模
• 3.2.1 有约束条件的航迹推测与细化连续行为模型描述
• 3.2.2 DR 算法原理与使用方法
• 3.2.2.1 DR 算法基本原理
• 3.2.2.2 常用的DR 算法
• 3.2.3 基于改进DR 算法的有约束条件航迹推测连续行为模型
• 3.2.3.1 现有DR 算法应用于连续行为模型的问题与不足
• 3.2.3.2 改进的DR 算法实现航迹推测连续行为模型
• 3.3 无约束条件的航迹推测细化连续行为建模
• 3.3.1 无约束条件的航迹推测与细化连续行为模型描述
• 3.3.2 弹道细化模型建模方法
• 3.3.2.1 基本弹道模型
• 3.3.2.2 武器弹道细化模型
• 3.3.2.3 弹道轨迹细化模型相关算法
• 3.3.3 直升机航迹细化模型建模方法
• 3.3.3.1 直升机航迹模型
• 3.3.3.2 航迹细化模型相关算法
• 3.4 面向航迹推测与细化的连续行为细化模型应用框架
• 3.5 小结
• 第四章 基于行为细化的海军虚拟战场环境体系框架设计
• 4.1 海军虚拟战场环境系统目标与功能需求分析
• 4.2 基于行为细化的体系结构
• 4.2.1 仿真数据管理
• 4.2.2 仿真调度
• 4.2.3 行为细化模型
• 4.2.4 三维场景管理
• 4.3 虚拟战场环境的仿真运行机制
• 4.4 小结
• 第五章 海军战术仿真虚拟战场环境的实验设计和应用实例
• 5.1 反潜战术对抗虚拟战场环境系统分析
• 5.2 反潜虚拟战场环境系统实现
• 5.2.1 离散行为细化模型UML 设计与实现
• 5.2.2 航迹推测与细化连续行为模型UML 设计与实现
• 5.3 系统运行实例
• 5.3.1 连续轨迹细化模型功能验证
• 5.3.2 反潜对抗虚拟战场环境运行演示
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 英文缩写表