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基于STPA方法的无人机空战态势分析与战术优化

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指挥与控制学报 2023年第6期9卷 651-659页

作者：刘影魏潇龙屈虹甘旭升西京学院陕西西安710123 空军工程大学空管领航学院陕西西安710051

为高效优化空战战术,提升无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)空战对抗胜率,提出空战态势分析与战术优化方法.基于STPA方法对UAV空战对抗过程进行系统建模,识别可能导致UAV任务失败的系统级危害.根据空战机动控制过程识别导致系统级危... 详细信息

为高效优化空战战术,提升无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)空战对抗胜率,提出空战态势分析与战术优化方法.基于STPA方法对UAV空战对抗过程进行系统建模,识别可能导致UAV任务失败的系统级危害.根据空战机动控制过程识别导致系统级危害的不安全行为和系统致因,并制定战术和技术优化措施.为能够快速验证优化措施的有效性,设计了UAV对抗空战验证平台,可通过最终的胜负比指标判断优化措施的成效.为验证空战态势分析与战术优化的有效性,选取最佳机动距离和相对角度为战术优化对象,通过胜负比包络曲线的绘制,可最终选取最佳的机动距离和相对角度组合,实现胜负比的最大化.

关键词：无人机对抗空战 STPA 态势分析验证平台

基于Q-Learning算法的无人机空战机动决策研究

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电光与控制 2023年第5期30卷 16-22页

作者：姚培源魏潇龙俞利新李胜厚空军工程大学空管领航学院西安710000

针对无人机空战对抗自主机动决策问题,设计了侧向机动决策算法。通过加入启发式因子的方式和双Q表交替学习的机制,弥补了传统Q-Learning算法学习速度慢、无效学习多的不足。通过路径规划仿真和数据的对比,验证了改进Q-Learning算法具有... 详细信息

针对无人机空战对抗自主机动决策问题,设计了侧向机动决策算法。通过加入启发式因子的方式和双Q表交替学习的机制,弥补了传统Q-Learning算法学习速度慢、无效学习多的不足。通过路径规划仿真和数据的对比,验证了改进Q-Learning算法具有更好的稳定性和求解能力。设计了动态的栅格规划环境,能够使无人机根据变化的空战态势自适应调整栅格尺寸大小,且对求解的速率不产生影响。基于Q-Learning算法,构建了无人机空战对抗侧向机动决策模型,并通过武器平台调换的方式验证了改进Q-Learning算法能显著提升无人机空战胜负比。

关键词：无人机空战机动决策动态栅格环境路径规划双Q-Learning学习表算法

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基于管制负荷的空中交通网络抗级联失效策略

火力与指挥控制 2022年第9期47卷 143-152页

作者：刘苹妮甘旭升魏潇龙孙静娟空军工程大学空管领航学院西安710051

空中交通网络运行的安全与高效对国防和经济建设都有重大的现实意义,当网络节点在遭受打击或复杂天气影响下发生失效现象,应当及时对节点负载进行分流,避免节点失效现象的扩散,并引发一系列的航空安全事故。传统节点负载分流主要基于邻... 详细信息

空中交通网络运行的安全与高效对国防和经济建设都有重大的现实意义,当网络节点在遭受打击或复杂天气影响下发生失效现象,应当及时对节点负载进行分流,避免节点失效现象的扩散,并引发一系列的航空安全事故。传统节点负载分流主要基于邻接节点的剩余负载,但不考虑人为因素的分流策略会使空域运行安全水平受影响。因此,需综合考虑邻接节点的容量和流量因素,对管制员工作负荷作出预测,控制节点负载分流过程中的人为因素事故发生。基于仓储模型的管制员工作负荷状态预测方法,可有效改进传统基于节点容量的负载分流策略,避免枢纽型机场节点失效下的级联失效现象发生。数值模拟验证了抗级联失效策略的有效性。

关键词：空中交通网络级联失效复杂网络仓室模型人为因素

基于路径-博弈混合策略的无人机空战机动决策

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现代防御技术 2023年第6期51卷 87-96页

作者：张瀚文甘旭升魏潇龙童荣甲空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 中国人民解放军94188部队陕西西安710077

针对无人机的自主空战机动决策问题,设计了基于路径-博弈混合策略的决策算法。首先根据无人机飞行控制过程中,水平机动和垂直机动可以解耦的原理,提出了相解耦的自主决策机制,使用路径规划实现水平机动决策,使用博弈理论实现垂直机动决... 详细信息

针对无人机的自主空战机动决策问题,设计了基于路径-博弈混合策略的决策算法。首先根据无人机飞行控制过程中,水平机动和垂直机动可以解耦的原理,提出了相解耦的自主决策机制,使用路径规划实现水平机动决策,使用博弈理论实现垂直机动决策。为提升决策环境的灵活性,设计了能够自适应调整规划范围和分辨率的动态栅格环境。基于QL算法设计路径规划模型,并使用双Q表学习机制改进算法,有效提升了路径规划质量。基于纳什均衡理论构建垂直机动算法模型,根据不同的态势环境设计了代价计算函数,实现了无人机的垂直机动决策。最后,针对一对一空战对抗情景开展仿真验证,验证了算法的有效性,相对于传统基于三维规划空间下的机动决策,可有效缩短规划耗时,提升规划品质。

关键词：无人机机动决策 Q-learning 纳什均衡空战

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基于STPA方法的航空事故网络关键节点分析

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安全与环境学报 2022年第4期22卷 1993-2002页

作者：黄杰利甘旭升魏潇龙吴依涵郭润泽中国人民解放军95364部队飞行管制室广东湛江524399 空军工程大学空管领航学院西安710051

使用STPA方法对48起航空安全事故展开分析,提取事故链,构成航空事故网络。基于复杂网络理论,对航空事故网络进行转化,构建有向加权网络,并对节点在网络信息传播中的重要度展开分析,识别网络运行中重要度较高的点。为充分筛选航空事故网... 详细信息

使用STPA方法对48起航空安全事故展开分析,提取事故链,构成航空事故网络。基于复杂网络理论,对航空事故网络进行转化,构建有向加权网络,并对节点在网络信息传播中的重要度展开分析,识别网络运行中重要度较高的点。为充分筛选航空事故网络中的节点,遏制事故信息在网络中的流转,基于节点强度信息改进了聚类算法,并计算了网络节点的聚类系数。提取事故网络中聚集性较高的点,对其施加安全约束措施,从而提高系统运行的整体安全水平。结果表明,“进行了错误的控制行为”是事故网络中聚类性最为突出的节点,具有较高的防控价值。改进的聚类算法能够更为充分地利用网络信息,突显事故网络中的关键性节点,从而实现节省安全投入、提升安全效益的目的。

关键词：安全工程 STPA方法事故链复杂网络聚类系数

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异型无人机空战对抗协同机动决策研究

指挥与控制学报 2023年第3期9卷 292-302页

作者：牛军锋甘旭升魏潇龙吴亚荣杨芮西京学院陕西西安710123 空军工程大学空管领航学院陕西西安710051

通过异型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的协同作战,可极大丰富空中作战样式,提高空战战损比.双机编队是最基本的协同作战单元,具有较大的研究价值.针对无人机协同空战可能面临的不同空中态势,分别设计歼击无人机和电子干扰无人... 详细信息

通过异型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的协同作战,可极大丰富空中作战样式,提高空战战损比.双机编队是最基本的协同作战单元,具有较大的研究价值.针对无人机协同空战可能面临的不同空中态势,分别设计歼击无人机和电子干扰无人机的机动决策模式,通过不同模式下的算法切换实现更好的协同作战.基于一致性理论设计了无人机的编队飞行与伴随干扰算法.根据动态的空战对抗特性,设计自适应的动态栅格环境,可更好地支撑路径规划与机动决策.分别使用改进的蚁群算法(ant colony algorithm,ACO)和Q-learning算法构建无人机的机动决策和冲突解脱算法,可实现无人机在空战机动的同时避免相撞事故的发生.最后以战损比为指标,通过协同空战仿真证明了协同机动决策算法的有效性.

关键词：无人机协同作战机动决策蚁群算法 Q-learning算法一致性算法

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无人机系统集成下的感知-避让系统研究

飞航导弹 2015年第6期 69-72,84页

作者：魏潇龙姚登凯空军工程大学空管领航学院

根据当前无人机系统集成的需求背景,以无人机系统的空域运行环境为切入点,深入剖析了感知-避让系统的框架结构与系统运行的动态流程。结合无人机感知-避让技术发展过程中对现有空域运行环境及管制体制兼容性的要求,从维持空域运行整体... 详细信息

根据当前无人机系统集成的需求背景,以无人机系统的空域运行环境为切入点,深入剖析了感知-避让系统的框架结构与系统运行的动态流程。结合无人机感知-避让技术发展过程中对现有空域运行环境及管制体制兼容性的要求,从维持空域运行整体安全性的角度出发,进一步论述了航空管制机构、无人机驾驶员和无人机之间的关系。

关键词：无人机系统感知避让空域航空管制

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有人—无人机协同空战机动决策研究

航空工程进展 2023年第6期14卷 63-72页

作者：刘波魏潇龙屈虹甘旭升刘飞西京学院管理技术系西安710123 空军工程大学空管领航学院西安710051

目前,有关无人机空战的研究主要考虑无人机的完全自主决策机动算法,关于有人机有限监督决策下的空战机动决策的研究鲜有报道,更缺乏对有人—无人机协同作战的研究。为实现无人机协同空战过程中的自主机动,设计一种基于路径规划技术的有... 详细信息

目前,有关无人机空战的研究主要考虑无人机的完全自主决策机动算法,关于有人机有限监督决策下的空战机动决策的研究鲜有报道,更缺乏对有人—无人机协同作战的研究。为实现无人机协同空战过程中的自主机动,设计一种基于路径规划技术的有人—无人机协同空战机动决策模型。首先,引入动态栅格环境,自适应调整栅格规模和分辨率,以弥补静态栅格环境规划空间越大规划效率越低的缺陷;然后,将A star算法规划路径作为参考路径,提出ACO-A star混合路径规划算法,以提升ACO算法的寻优效能;最后,基于均值聚类算法设计有人—无人机协同空战机动决策算法。进行空战对抗仿真模拟,结果表明:所提出的算法具有更好的决策正确性,可有效提升空战胜率。

关键词：无人机空战对抗协同决策蚁群算法 A star算法

基于ATHEANA-STPA混合方法的航空人为因素分析

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航空工程进展 2023年第1期14卷 81-89页

作者：牛军锋甘旭升魏潇龙王明华西京学院管理技术系西安710231 空军工程大学空管领航学院西安710051

传统人为因素失误分析技术(ATHEANA)由于缺乏系统化的分析方法,对不安全控制行为(UA)和迫使失误情景(EFC)的识别不充分,因此提出人为因素失误分析技术—系统理论过程分析(ATHEANA-STPA)混合方法对航空人为因素展开分析。基于人为因素失... 详细信息

传统人为因素失误分析技术(ATHEANA)由于缺乏系统化的分析方法,对不安全控制行为(UA)和迫使失误情景(EFC)的识别不充分,因此提出人为因素失误分析技术—系统理论过程分析(ATHEANA-STPA)混合方法对航空人为因素展开分析。基于人为因素失误预测技术(THERP)方法构建系统控制模型,识别UA和与其关联的致因因素;根据各类致因因素的关联性构建EFC,基于THERP提供的基础人为误差数据对UA的触发概率进行评估;基于瓦解EFC的思想制定风险管控措施,通过一起航空安全事故的分析应用验证ATHEANA-STPA混合方法的有效性。结果表明:本文提出的ATHEANA-STPA混合方法所形成的结论能够对风险管控起到更为具体的指导作用。

关键词：安全工程技术 ATHEANA STPA 人为因素飞行安全