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基于随机空间网络的无人机集群协同对抗模型

北京航空航天大学学报 2023年第1期49卷 10-16页

作者：王尔申郭靖宏晨任虹帆陈艾东商新娜沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136 沈阳航空航天大学辽宁通用航空研究院沈阳110136 北京联合大学北京市信息服务工程重点实验室北京100101 北京联合大学机器人学院北京100101

无人机集群协同对抗是未来作战的发展方向,为了突出集群强进攻、难防御、高灵活的优势,对高维度、强动态、非线性无人机集群的协同对抗的复杂系统进行有效建模是一个重要的研究方向。应用复杂空间网络理论构建了对抗双方的协同网络、对... 详细信息

无人机集群协同对抗是未来作战的发展方向,为了突出集群强进攻、难防御、高灵活的优势,对高维度、强动态、非线性无人机集群的协同对抗的复杂系统进行有效建模是一个重要的研究方向。应用复杂空间网络理论构建了对抗双方的协同网络、对抗网络及协同对抗网络,模拟无人机集群的协同侦察场景,分别在二维和三维空间中建立了无人机集群协同对抗模型;分析了影响杀伤率的因素,提出了杀伤率与空间距离的解析式;通过网络级联效应分析了无人机集群协同网络的鲁棒性,验证了所提无人机集群协同对抗模型的有效性,为无人机集群协同对抗的建模提供了一种新思路。

关键词：无人机集群协同对抗随机空间网络复杂网络级联效应

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基于协同对抗的水下博弈策略优化

西北工业大学学报 2019年第1期37卷 63-69页

作者：魏娜刘明雍张帅张小件西北工业大学航海学院陕西西安710072 西安石油大学陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

针对多自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的水下协同对抗博弈问题,以博弈论为基础,多AUV的多次对抗为作战背景,从同时考虑敌我双方对抗策略的角度出发,对多AUV的动态协同攻防对抗策略问题进行了研究。考虑生存概率指... 详细信息

针对多自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的水下协同对抗博弈问题,以博弈论为基础,多AUV的多次对抗为作战背景,从同时考虑敌我双方对抗策略的角度出发,对多AUV的动态协同攻防对抗策略问题进行了研究。考虑生存概率指标函数和水下环境影响,建立了基于动态博弈的多自主水下航行器的单元目标分配模型,构建博弈矩阵。在此基础上,采用粒子群算法,通过求解博弈模型的纳什均衡解,形成博弈对抗双方的最优攻防决策方案,并对所研究的攻防策略优化方法进行了仿真验证,结果表明该模型和方法的可行性和有效性。

关键词：协同对抗自主水下航行器目标分配动态博弈模型纳什均衡粒子群算法

基于主动风险防御机制的多机器人强化学习协同对抗策略

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控制与决策 2023年第5期38卷 1420-1429页

作者：孙辉辉胡春鹤张军国北京林业大学工学院北京100083 华北科技学院机电工程学院河北廊坊065201 国家林业和草原局林业装备与自动化重点实验室北京100083

深度强化学习因其在多机器人系统中的高效表现,已经成为多机器人领域的研究热点.然而,当遭遇连续时变、风险未知的非结构场景时,传统方法暴露出风险防御能力差、系统安全性能脆弱的问题,未知风险将以对抗攻击的形式给多机器人的状态空... 详细信息

深度强化学习因其在多机器人系统中的高效表现,已经成为多机器人领域的研究热点.然而,当遭遇连续时变、风险未知的非结构场景时,传统方法暴露出风险防御能力差、系统安全性能脆弱的问题,未知风险将以对抗攻击的形式给多机器人的状态空间带来非线性入侵.针对这一问题,提出一种基于主动风险防御机制的多机器人强化学习方法(APMARL).首先,基于局部可观察马尔可夫博弈模型,建立多机记忆池共享的风险判别机制,通过构建风险状态指数提前预测当前行为的安全性,并根据风险预测结果自适应执行与之匹配的风险处理模式;特别地,针对有风险侵入的非安全状态,提出基于增强型注意力机制的Actor-Critic主动防御网络架构,实现对重点信息的分级增强和危险信息的有效防御.最后,通过广泛的多机协作对抗任务实验表明,具有主动风险防御机制的强化学习策略可以有效降低敌对信息的入侵风险,提高多机器人协同对抗任务的执行效率,增强策略的稳定性和安全性.

关键词：深度强化学习多机器人风险防御协同对抗事件驱动

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多空中作战平台协同对抗多目标态势分析方法

系统工程与电子技术 2008年第2期30卷 292-296页

作者：姚宗信李明陈宗基沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035 北京航空航天大学北京100083

为了对多机协同对抗多目标的作战态势进行定量分析,根据多机协同对抗多目标的空战特征,基于神经网络和证据理论,以传感器和武器能力为证据建立敌我双方对抗态势分析识别框架。将学习引入证据合成过程,用神经网络学习对基本可信数修正系... 详细信息

为了对多机协同对抗多目标的作战态势进行定量分析,根据多机协同对抗多目标的空战特征,基于神经网络和证据理论,以传感器和武器能力为证据建立敌我双方对抗态势分析识别框架。将学习引入证据合成过程,用神经网络学习对基本可信数修正系数进行优化,使证据合成能够体现证据之间的相干性和主次关系。以无人作战飞机编队对抗敌地对空防御系统为例,对所研究的态势分析方法进行了验证。获得的计算结果与通过策略实际含义分析的结果相一致,具有合理性。

关键词：多架飞机协同对抗多目标态势分析神经网络证据理论

多枚声诱饵协同对抗水下声自导航行器决策方法

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火力与指挥控制 2012年第4期37卷 87-89页

作者：唐政孙超刘宗伟孟荻西北工业大学航海学院西安710072 中国电子科技集团公司第二十研究所通信部西安710068

针对大型舰艇或舰艇编队机动性能差,且单枚声诱饵对抗效果差等问题,分析多枚声诱饵协同对抗水下声自导航行器使用方法,通过舰艇、声诱饵和水下声自导航行器间的运动几何关系,建立多枚声诱饵协同对抗数学模型,利用蒙特卡洛仿真对比分析... 详细信息

针对大型舰艇或舰艇编队机动性能差,且单枚声诱饵对抗效果差等问题,分析多枚声诱饵协同对抗水下声自导航行器使用方法,通过舰艇、声诱饵和水下声自导航行器间的运动几何关系,建立多枚声诱饵协同对抗数学模型,利用蒙特卡洛仿真对比分析纯机动、使用单枚声诱饵和多枚声诱饵不同对抗决策方法对水下声自导航行器捕获概率的影响,证明所提方法正确有效。

关键词：多枚声诱饵协同对抗水下声自导航行器

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基于多平台协同对抗技术研究

基于多平台协同对抗技术研究

作者：张哲江苏科技大学

学位级别：硕士

未来电子对抗的作战模式已经从传统的点对点对抗发展成为体系和体系之间的对抗,要想适应新作战模式的发展,就需要我们打破单一的传统作战模式,全面利用大量电子对抗资源,通过电子战要素间的综合运用和信息共享,形成体系完善、多种作战... 详细信息

未来电子对抗的作战模式已经从传统的点对点对抗发展成为体系和体系之间的对抗,要想适应新作战模式的发展,就需要我们打破单一的传统作战模式,全面利用大量电子对抗资源,通过电子战要素间的综合运用和信息共享,形成体系完善、多种作战资源协同的编队作战模式。但是在实际的海上联合作战中,由于作战平台数量和种类之多,作战分工之复杂,平台分布之广泛,而且各平台内电子作战设备和系统种类繁多,电子战的功能多样,不同的作战样式有着不用的作用,作战的时机和作战的方式又对于作战的效果有很大的影响。因此,若想充分的发挥出整个编队的最强作战实力,就必须使各电子战措施(侦察、干扰、摧毁和电子反干扰之间)之间、各作战平台之间、以及电子战与其它的作战方式之间进行统一指挥,以完成作战目标为目的,明确彼此的责任,密切配合,相互协同,这样才能将作战效果达到最优。本文对基于多平台的协同对抗技术进行研究。首先,针对协同对抗总体技术进行研究,分析了协同侦察、协同定位和协同干扰的原则和不同样式,并对多平台协同对抗作战体系结构进行分析与改进。其次,对多平台协同定位方法进行研究并进行了仿真分析,在此基础上采用灰色关联理论和D-S证据理论相结合的方法研究多平台协同的辐射源关联问题。然后对多平台协同干扰技术及干扰效能进行研究,分析了不同干扰样式的原理与干扰空间,并进行了仿真对比。最后,本文采用逼近于理想解的排序法对编队目标威胁评估问题进行研究,并利用仿真证明了该方法的可行性,并在此基础上提出用改进的小生境遗传算法来研究多平台协同干扰资源调度问题,通过仿真验证了该算法的有效性。

关键词：协同对抗协同定位协同干扰干扰资源分配

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多无人艇实验平台设计及协同对抗研究

多无人艇实验平台设计及协同对抗研究

作者：罗婕大连海事大学

学位级别：硕士

水面无人艇,作为一种低成本的智能化无人海洋装备,主要用于执行边界巡逻、敌情侦查、拦截打击等危险任务。协同对抗是无人艇守卫领地的重要任务之一,面对复杂多变的海洋环境和火力不明的入侵目标,相比载荷有限的单无人艇,多无人艇编队... 详细信息

水面无人艇,作为一种低成本的智能化无人海洋装备,主要用于执行边界巡逻、敌情侦查、拦截打击等危险任务。协同对抗是无人艇守卫领地的重要任务之一,面对复杂多变的海洋环境和火力不明的入侵目标,相比载荷有限的单无人艇,多无人艇编队协同系统机动灵活、感知能力强,具有更高的性能,可以有效扩大任务范围并提高对抗的成功率。由于缺少可靠且兼容性高的样机实验平台,无人艇控制领域大量研究成果在应用中推进缓慢。针对多无人艇操纵性差异、定位精度低等问题,本文在学习国内外无人艇及多无人艇协同研究现状基础上,重点研究多无人艇实验平台设计及协同对抗算法,最终在开发的样机平台上进行协同对抗实验。本文主要内容包括:首先,建立无人艇运动模型并验证样机操纵性。结合对控制器设计难度的考虑,采用欠驱动无人艇三自由度运动数学模型,并通过模型辨识确认动力学模型参数。随后对比无人艇操纵性的仿真和实验结果,检验模型准确性并证明无人艇具有良好操纵性。其次,设计航行控制和协同对抗算法。通过数据融合设计状态最优估计器,基于卡尔曼滤波算法设计位置、速度估计器,基于扩展卡尔曼滤波算法设计姿态估计器,保证系统的数据来源具有更高的精度;利用串级PID算法设计航行控制器,保证系统中所有无人艇能够达到期望的航速航向;以守卫岛礁为目标,设计三艘己方护卫艇与一艘入侵艇展开对抗的情景和具体对抗行为,基于领航跟随法设计编队控制器并基于距离最优原则设计协同对抗算法,以手柄操纵入侵艇的运动。最后,在仿真中对所设计的算法进行逐一验证。然后,设计并开发无人艇样机硬件控制系统和软件控制系统。通过分析系统功能需求设计系统的组成和技术路线。以Pixhawk及其固件PX4作为硬件、软件系统核心部分,外接机载计算机Raspberry Pi并搭建ROS系统运行环境。在此基础上外接动力模块、通信设备等,完成硬件系统的组建,随后对PX4进行二次开发并编写ROS工程,完成对第三章中算法的程序设计。在上位机设计图形用户界面,实现航行数据监测和程序运行进程控制的功能。最后,开展航行控制和协同对抗算法的样机实验。搭建样机编队系统实验平台,制定总体方案,按照数据流的前后逐步开展实验。Raspberry Pi、自驾仪、PC机之间建立通信连接后,通过调整参数,使得位姿估计算法和航行控制算法符合设计要求,随后开展协同对抗试验,在10组共计50个回合的实验中,拦截成功率达到了70%,这一拦截效率证明了协同对抗算法的有效性和实验平台的可行性与稳定性。

关键词：多无人艇协同对抗数据融合航行控制

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微分对策协同对抗制导律方法研究

空天防御 2022年第2期5卷 58-64页

作者：苏山谢永杰白瑜亮刘印田单永志哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 上海机电工程研究所上海201109 北京机电工程研究所北京100074 中国兵器工业集团航空弹药研究院黑龙江哈尔滨150001

针对多对一拦截问题开展了基于微分对策协同拦截制导律的研究,构建了多拦一线性相对运动方程,通过分析博弈对抗原理,构建双方博弈对抗性能指标函数,采用状态转移矩阵进行状态方程进行降维处理,基于最优控制原理,求解多拦一对抗博弈角度... 详细信息

针对多对一拦截问题开展了基于微分对策协同拦截制导律的研究,构建了多拦一线性相对运动方程,通过分析博弈对抗原理,构建双方博弈对抗性能指标函数,采用状态转移矩阵进行状态方程进行降维处理,基于最优控制原理,求解多拦一对抗博弈角度协同制导律解析解。通过对二拦一对抗过程进行分析,得到二拦一协同对抗微分对策制导律,针对不同类型目标,开展二拦一制导律仿真进行性能验证,从而体现本文所提制导律在协同拦截目标过程中的有效性。

关键词：多弹协同最优控制微分对策协同对抗最优策略

基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗方法研究

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航空科学技术 2022年第2期33卷 75-83页

作者：刘莎张硕刘禄空军装备部装备项目管理中心北京100038 西北工业大学陕西西安710072

无人机集群协同对抗是当今国内外学术研究的热点问题,动态机动决策是无人机对抗最重要的研究领域之一。本文提出了一种基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗决策算法。首先,确定对抗双方的决策集,并通过角度、速度和距离等机动因素... 详细信息

无人机集群协同对抗是当今国内外学术研究的热点问题,动态机动决策是无人机对抗最重要的研究领域之一。本文提出了一种基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗决策算法。首先,确定对抗双方的决策集,并通过角度、速度和距离等机动因素构造对抗双方的态势优势。其次,对无人机集群机动可选方案进行多属性评价,进一步计算双方的动态收益矩阵,建立动态非零和纳什均衡机动决策模型。随后,提出了改进的粒子群算法,高效求解动态非零和纳什均衡机动决策模型,得到最优的混合策略。最后,通过仿真试验验证了所提出的协同动态机动决策算法的优越性,有效提升了无人机集群协同对抗能力,为无人机集群指挥、决策及控制的智能化发展提供了理论及应用基础。

关键词：无人机集群协同对抗动态博弈非零和博弈纳什均衡

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