武器装备效能仿真评估与优化方法研究

发布时间：2020-07-17 23:39

【摘要】：效能是评价武器装备能力的重要指标,效能的评估与优化在武器装备全生命周期中具有重要作用,仿真是武器装备效能评估与优化的主要手段。本文针对如何开展武器装备效能仿真评估与优化工作、如何有效快速地获取评估与优化结果和如何开发相应软件平台三个方面的问题进行了相关研究。为了更好地开展武器装备效能仿真评估与优化工作,研究了武器装备效能仿真评估的形式化描述和流程。为了更加明确武器装备效能仿真评估的内涵,首先分析了相关人员的角色、评估在武器装备全生命周期中的作用和评估的目的,总结了武器装备效能仿真评估涉及的四项主要工作;其次,给出了武器装备效能仿真评估的形式化描述,得到武器装备效能的层次化结构和对应综合评估过程的形式化描述;为了进一步标准化武器装备效能仿真评估流程,明确评估目的、系统的组织关系和发展需求,给出了武器装备效能仿真评估的参与式评估模式和基于视图的武器装备效能仿真评估流程。针对综合评估方法不唯一时的方案对比问题,提出了一种改进的拉开档次法,对多评估方法的评分值结果进行组合评估;为了改善武器装备效能仿真优化的效果,提出了基于元模型的两阶段仿真优化方法。首先,为最大程度地体现方案之间的整体差异,求解评估结果方差最大时对应的权重,综合得到效能的组合评估结果,对比方案的优劣;其次,基于元模型的两阶段仿真优化方法通过多峰优化和聚类分析搜索粗糙元模型的局部最优点,进而在局部最优点附近对仿真系统二次采样,利用基于元模型的仿真优化方法寻优,将多个局部最优解代入仿真系统中得到优化结果。为了提高武器装备效能仿真评估与优化的采样效率,提出了五种拉丁超立方采样(Latin Hypercube Sampling,LHS)的序贯设计方法,包括整数倍扩展方法、一般扩展方法、基于贪婪算法的一般扩展算法、快速扩展方法和基于一般采样的序贯设计方法。首先,针对LHS整数倍扩展问题,证明了LHS整数倍扩展时,可保留所有的已有采样点;将LHS表示成矩阵的形式,进而生成新的采样点,新旧采样点共同构成新的LHS。其次,针对LHS的一般扩展问题,将已有采样点在新LHS结构中的位置关系转化为简单图,进而得到LHS一般扩展方法。进一步,针对LHS一般扩展方法耗时较长的问题,引入度的概念,提出了基于贪婪算法的LHS一般扩展方法。此外,利用邻接矩阵降维和分析已有采样点最多保留数量上下界两种手段,提出了LHS快速扩展方法;最后,得到基于一般采样的LHS序贯设计方法。以上五种LHS序贯设计方法可以提高已有采样点的利用率,进而提高采样效率。为了满足多人协同评估和通用工具开发的需求,同时实现本文所提方法,设计并实现了网络化的武器装备效能仿真评估与优化平台。首先,设计了平台的功能、通讯机制和数据库;其次,设计了基于图元的评估指标提取模型和基于动态链接库的评估与优化算法可扩展接口,用户可根据应用背景灵活地配置评估指标和综合评估方法;最后,实现了网络化的武器装备效能仿真评估与优化平台,并利用该平台评估和优化了某防空武器装备的效能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：E920
【图文】：

武器装备效能,目的,武器装备

- 19 -能仿真评估在武器装备全生命周期中的作用可知，武器装备效能仿真评估的目的主要有认知、选择、证明、监督和发展等五个，如图2-1 所示，主要内容如下[124]：图2-1 武器装备效能仿真评估的目的Fig.2-1 Purposes of simulation evaluation of weapon effectiveness（1）认知。当新的武器装备或作战方式出现的时候，依赖经验只能得到模糊的定性结论，而武器装备效能仿真评估可以给出定量的结果，这些结果可以更加准确地了认知武器装备。（2）选择。在武器装备全生命周期的各个阶段都涉及方案的排序选择，利用仿真手段得到各个方案下武器装备的使用效果，进而得到武器装备效能，通过不同方案下的武器装备效能比较，为方案的选择提供参考。（3）证明。工程研制阶段、生产阶段和使用阶段都涉及方案的更改或武器装备的改进，方案变更或武器装备改进之前需要详尽的论证，其中一个重要工作就是对武器装备效能的影响

武器装备效能,层次化结构,武器装备

统得到武器装备在“规定条件”下的结果数据，而结果数据反映了武器装备“达到规定使用目标的能力”，即武器装备的效能。图2-2 武器装备效能的层次化结构Fig.2-2 Hierarchical structure of weapon effectiveness

流程图,武器装备效能,流程图,视图

际应用较为繁琐，而本文设计的 9 个视图是针对武器装备效能仿真评估设计的，每一个视图的使用阶段和作用都更加清晰明了。图2-14 武器装备效能仿真评估流程图Fig.2-14 Flow diagram of simulation evaluation of weapon effectiveness

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