基于隐马尔可夫模型的空战决策点理论研究

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1、2017年3月北京航空航天大学学报Ma。ch2017第43卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．3http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0220基于隐马尔可夫模型的空战决策点理论研究冯超，景小宁4，李秋妮，姚鹏(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：从几何空战理论经过能量空战理论，

2、直到角度空战理论，空战理论的发展更多的是从战斗机性能的角度来分析空战过程，忽略了作战飞行员在决策过程中起到的作用。本文分析空战飞机的客观数据的变化特征，提出了一种基于隐马尔可夫的近距空战流程分析方法，使用维特比算法判断飞行员在空战过程中的状态序列，从而获得了理论上的空战决策点。在理论分析上，提出了一种空战决策点理论用以评判飞行员飞行品质。通过实验仿真验证了使用隐马尔可夫模型讨论近距空战的可行性，并且发现飞行员空战决策点包络处于包围趋势时，飞行员获胜的可能性越大。关键词：近距空战评估；OODA环；隐

3、马尔可夫模型；维特比算法；动态规划中图分类号：V323文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)034)615．12空战的目的是为了击毁、击伤敌方空中目标，从而保护我方有价值单位，实施战术遮断，掩护我方目标，从而获取相对或者绝对的制空权¨o。而近距空战往往以航炮作为主要武器，作为飞行员自我防卫和消灭对手的最后有效手段，一直是空战领域的研究重点。长期以来，大量关于空战文献的研究仅仅局限于“空战怎么打”。文献[2—3]将人工免疫系统运用到空战建模、机动决策问题中，建立战术免疫机动系统(Ta

4、cticalImmunizedManeuveringSys—tem，TIMS)，模仿生物免疫系统和进化算法，基于不同的空战态势，自动生成合适的机动动作以回应目标威胁；文献[4]采用模糊推理的方法，根据空战态势在标准动作库里选择合适的机动动作；文献[5]提出基于智能微分对策的自主机动决策方法；文献[6]提出使用模糊支持向量机的方法分析空战过程；文献[7]采用滚动的多级影响图进行优化控制；文献[8]基于基本动作识别和组合动作识别库，可以识别近距空战的战术动作，根据敌机动作采用模糊推理的方法进行应对；文

5、献[9]提出基于混合算法的空战机动决策方法，利于飞行员分析当前空战态势；文献[10]基于群集智能理论，构建以作战单元为智能体的协同多目标攻击决策模型，并通过定义智能体的贡献度扩展群集智能构架，用于解决空战多目标攻击问题。然而上述文献更多的是关注飞行员“怎么打”，很少从飞行员的角度分析近距空战过程，回答到底是什么因素才是导致近距空战胜利的关键。文献[11]虽然通过模糊理论对空战数据进行分析并得到战斗机的战术机动决策序列，使用决策序列来评估空战训练双方的优劣。但是这个分类结果的依据仅仅是战斗机飞行过程

6、中航向、俯仰、侧滚、速度、高度和能量等战斗机数据，并没收稿日期：2016-03-21；录用日期：2016-09-09；网络出版时间：2016—11—1809：07网络出版地址：WWW．enkinet／kcms／detail／11．2625．V．20161118．0907．001．html基金项目：国家杰出青年科学基金(71501184)；航空科学基金(20155196022)}通讯作者：E—mail：1216682261@qq．corn引用格式：冯超，景小宁，李秋妮，等．基于臆马尔可夫模型的空战典

7、策点理论研究口J．北京航空航天大学学报，2017，43p)：615—626．FENGc，JINGxN，LIQN，eta1．Theoreticalresearchofdecision—makingpointinaircombatbasedOnhiddenMa矗ovrood．elt1]．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2017．43(3)：615-626(inChinese)．616北京航空航天大学学报有从这些数据中挖掘出飞

8、行员决策过程变化的信息。事实上，空战时机稍瞬即逝，从飞行员下定决心到操控战斗机进行战斗，这个时间非常短。绝大部分的空战击落过程所用的时间仅仅只有十几秒，其余绝大部分的时间都用在互相追尾，抢占优势位置当中。所以，分析近距空战过程中飞行员作战决策的变化情况对于空战分析至关重要。毕竟，是人操控武器作战，而不是相反。在同等条件下，飞行员操控飞机的品质才是空战过程中的绝对制胜因素。本文首先分析了2种典型的近距空战理论，并且给出近距空战中典型的飞行员作战流程，随后构建隐马尔可夫模型推断飞行决策