一种有无人协同空战编队复杂网络建模方法

本发明涉及有人/无人协同空战网络化建模，尤其涉及一种有无人协同空战编队复杂网络建模方法。

背景技术：

1、随着军事智能的高速发展，未来战争的模式趋向于信息化、集群化和网络化的体系对抗。面向空域作战对抗、威胁侦察驱逐、地面精准打击和安全护航等任务，无人机与有人机实现集群、编组等方式协同将成为未来空中作战的重要形态。以往对协同编队进行的尝试性网络化建模虽对节点和连边进行浅表的描述，但是在有人无人协同作战编队中，由于不同作战平台的功能存在差异、协同方式存在差异、通信拓扑存在差异和指控等级存在差异导致现有的协同编队建模方法对整体协同编队的作战性能分析不全面、挖掘潜在有人无人协同性能困难和有人无人协同特性分析不足。且随着作战平台数量的增加、动态环境下编队结构和通信拓扑的改变，现有网络化建模方法无法实时刻画不同功能节点之间的交互关系，并无法精准的反映空战过程中的优势性能变化和局势演化过程，不利于后续的作战性能评估和战场回放分析。在现有网络化建模过程中，节点之间的连边交互关系模糊，连边权重定义混乱，无法反映不同节点之间的连边特征和关系强弱，最终不利于进一步优化高度信息化、集群化和网络化的体系对抗作战分析。

技术实现思路

1、本发明的目的是消除现有有人无人协同编队网络化建模的不足并从复杂网络的角度进一步提升协同编队作战性能分析能力，提出一种有无人协同空战编队复杂网络建模方法，对有人无人协同编队中的节点和连边关系进行全面的建模，提出针对不同连边关系的权重计算方法，并通过功能节点交互矩阵清晰反映整体复杂网络的结构与层次，为后续编队性能评估及战略优化从复杂网络的角度提供一种高效的分析路径。

2、本发明的技术方案如下：一种有无人协同空战编队复杂网络建模方法，包括步骤如下：

3、步骤1)将有无人协同空战编队中的作战平台节点按照功能进行拓展，并对有无人协同空战编队网络中的作战平台节点通过四元组表示；

4、步骤2)结合以观察、判断、决策和执行为核心的ooda作战循环任务流向及交互节点关系特性，将有无人协同空战编队网络中的节点连边类型进行区分和建模；

5、步骤3)针对不同类型的节点连边，通过边权计算方法映射节点连边关系的强弱；

6、步骤4)引入邻接矩阵表示有无人协同编队网络中飞机节点之间的关系，功能交互矩阵作为邻接矩阵整体反映同类节点之间的关系强弱、异类节点层级之间的交互状态及节点连边的关系强弱。

7、所述步骤1)中，将作战平台节点拓展为本机节点和功能衍生节点；所述作战平台节点包括决策节点、通信节点、打击节点、探测节点和电磁节点；按照有无人协同空战编队构型和通信关系将整体有无人协同空战编队划组分层，分为探测无人机编队和干扰无人机编组；所述探测无人机编队和干扰无人机编组分别分为有人机层、无人长机层和无人僚机层；通过四元组对节点进行建模，所述四元组vtpcs包括节点类型typen、节点位置position、节点能力capacity和节点状态state)；

8、vtpcs＝(typen，position，capacityn，state)。

9、所述步骤2)中，节点连边关系特性根据能力流和信息流关系分别定义类型为信息流关系、能力流关系；

10、所述信息流关系包括层级信息流关系和协同信息流关系；层级信息流关系包括信息传递关系、判断决策关系；协同信息流关系包括协同探测关系、协同打击关系、协同电磁关系；

11、所述能力流关系包括能力状态关系和能力执行关系；所述能力状态关系包括电磁状态关系、打击状态关系、探测状态关系；所述能力执行关系包括打击关系、探测关系、电磁关系；

12、通过一个三元组对节点连边关系进行建模如下：

13、

14、其中：typee为连边关系类型，为节点连边起始节点，为节点连边终止节点，capacitye为连边关系强弱，即边权。

15、所述步骤3)中，结合每个节点的传输正确率传输速率信息处理能力通信容量通信延迟计算信息流关系的强弱；结合探测节点的探测精度探测效率探测范围信息获取量和探测优势权计算探测关系的强弱；结合打击节点的打击精度打击范围目标损毁概率打击响应时间和打击优势权打击优势权来计算打击关系的强弱；结合电磁节点的电磁能量强度电磁干扰范围电磁干扰效率电磁压制能力电磁压制范围来计算电磁关系的强弱；

16、信息传递关系的计算如下：

17、

18、其中：为信息传递起始节点；为信息传递终止节点；plink等于0表示不在通信范围内，等于1表示在通信范围内；为上述传输正确率传输速率通信容量通信延迟四种连边通讯性能指标权重，为归一化的指标值；

19、判断决策关系的计算如下：

20、

21、其中：为起始节点；为终止节点，为决策节点的信息处理能力；

22、所述协同信息流关系的计算如下：

23、

24、其中，信息融合节点指的是在协同信息流中负责处理交互信息的节点，

25、为协同关系边起始节点；为协同关系边终止节点；

26、所述能力状态关系的计算如下：

27、

28、其中：为能力状态关系边起始节点；为能力状态关系边终止节点；当能力状态关系边的节点功能为执行状态，则该类型的关系连边存在，否则该类型的关系连边不存在；

29、所述探测关系的计算如下：

30、

31、其中：wz，ws和wg分别为节点探测能力的权重，识别能力的权重，跟踪能力的权重；pz，ps，pg分别表示探测成功概率，识别成功概率，跟踪成功概率；

32、所述打击关系的计算如下：

33、

34、其中：pj为击中目标的概率，ph为毁伤程度；

35、所述电磁关系的计算如下：

36、

37、其中：为上述归一化的电磁性能指标值，为电磁性能指标权重。

38、所述步骤4)中，将整体有无人协同空战编队网络抽象为异质复杂网络，引入功能交互矩阵表示有无人协同空战编队网络中所有节点之间的关联关系，对有无人协同编队网络通信拓扑结构和其他属性进行分析，将不同节点连边的关系强弱值替代上述功能交互矩阵中的元素值，则异质复杂网络模型将不仅仅能反应节点之间的关联关系，同时也能反应节点之间关系的强弱；

39、所述功能节点交互矩阵表示如下：

40、

41、其中n表示该有无人协同空战编队网络中节点的个数，t表示目标节点、i表示探测节点、f表示打击节点、c表示电磁节点、x表示通讯节点和j表示决策节点，下角标ij表示由i节点到j节点之间的信息交互；对角线元素表示同类型节点之间的功能节点交互矩阵，等效于邻接矩阵；其余元素为不同类型节点之间的功能节点交互矩阵。

42、将不同连边的关系强弱值替代上述邻接矩阵中的元素值(连边的权重)，则上面网络模型将不仅仅能反应节点之间的关联关系，同时也能反应节点之间关系的强弱，整个有/无人协同网络可以看作一个异质加权网络模型。

43、至此，本发明提出的高效的有无人协同空战编队复杂网络建模方法叙述完毕，通过编队种节点和连边关系的建模，并通过功能交互矩阵将协同编队的特性用数学描述出来，为后续通过分析复杂网络的特性来对协同编队的性能进行评估和优化提供保障。

44、与现有建模方法相比较，本发明具备如下优点：1)对有人无人协同编队中的节点建模更加全面，弥补当前节点建模方法的模糊缺点。将作战平台拓展为主节点和功能衍生节点，并结合编队构型和通信拓扑划组分层，通过包含节点的类型、节点的位置、节点的能力和节点的状态等信息的四元组对节点进行建模。2)结合ooda作战环任务流向及交互节点关系特性，将复杂编队网络中的节点连边类型进行区分和建模，弥补当前网络连边建模方法混乱的缺点。按照能力流和信息流关系将网络中所有类型的节点交互关系进行明确定义。3)针对不同类型的节点连边，针对性的提出边权计算方法来映射连边关系的强弱，弥补当前网络连边权重计算方法不可靠的缺点。通过划分优势边和行为边，构建行为网络及优势网络，不仅可以描述出敌我双方实际采取的作战行为，还可以体现出双方系统内潜在的作战优势。4)将整体有无人协同编队网络抽象为异质复杂网络，引入功能交互矩阵表示编队网络中所有节点之间的关联关系来对网络结构和其他属性进行分析，上述网络模型将不仅仅能反应节点之间的关联关系，同时也能反应节点之间关系的强弱，为后续性能分析提供便利。