內容簡介
《潛艇作戰建模與仿真》以潛艇部隊作戰、訓練應用需求為牽引,以建模與仿真技術及方法在潛艇作戰領域的應用為重點,共分為9章,主要內容包括作戰仿真概述、作戰仿真通用技術框架應用、作戰仿真建模方法應用、作戰仿真數學方法應用、作戰仿真效能分析與評估、潛艇作戰仿真數學模型、潛艇魚雷射擊過程建模與仿真、潛艇作戰仿真訓練係統設計、作戰仿真發展展望等。
《潛艇作戰建模與仿真》可供作戰研究、仿真訓練、武器裝備研製等方麵的專業技術人員學習參考,也可作為軍事學研究生和高年級本科生“作戰建模與仿真”相關課程的教學或參考用書。
內頁插圖
目錄
第1章 作戰仿真概述
1.1 作戰仿真的概念
1.2 作戰仿真的分類
1.2.1 按作戰仿真的規模分類
1.2.2 按作戰仿真的用途分類
1.2.3 按作戰仿真的研究性質分類
1.2.4 按作戰仿真的係統體係結構分類
1.2.5 按作戰仿真的係統模型特性分類
1.2.6 按作戰仿真的技術實現手段分類
1.2.7 按作戰仿真的戰果評判方法分類
1.3 作戰仿真的基本過程
1.3.1 仿真係統設計與開發
1.3.2 仿真係統運行
1.3.3 仿真結果分析
1.4 作戰仿真的地位和作用
1.4.1 奠定瞭軍事理論研究創新的基礎
1.4.2 起到瞭作戰實驗室的作用
1.4.3 提高瞭作戰決策的科學性
1.4.4 增加瞭作戰訓練的手段
1.5 作戰仿真在潛艇作戰中的應用
1.5.1 潛艇作戰訓練與輔助指揮決策
1.5.2 潛艇戰法與軍事理論研究
1.5.3 潛艇兵力與武器裝備發展論證與規劃
1.5.4 潛艇作戰計劃與作戰方案評估
1.5.5 潛艇戰術原則與作戰條令評價
第2章 作戰仿真通用技術框架應用
2.1 建模與仿真主計劃
2.2 高層體係結構
2.2.1 HLA的發展曆程
2.2.2 HLA的組成與功能
2.2.3 HLA的邏輯結構
2.2.4 HLA聯邦開發與執行過程
2.2.5 HLA接口規範
2.3 任務空間概念模型
2.3.1 CMMS的特性
2.3.2 CMMS的構成體係
2.3.3 CMMS的EATI模闆
第3章 作戰仿真建模方法應用
3.1 作戰仿真建模的框架結構
3.1.1 建模領域
3.1.2 建模階段
3.1.3 建模內容
3.2 作戰仿真建模的典型方法
3.2.1 麵嚮過程的建模方法
3.2.2 麵嚮實體的建模方法
3.2.3 基於Agent的建模方法
3.3 實體物理行為建模
3.3.1 基於規則與狀態機結閤法的行為建模
3.3.2 基於PETRI網的行為建模
3.3.3 基於UML的行為建模
3.4 實體認知行為建模
3.4.1 實體認知行為模型的基本結構
3.4.2 實體認知行為的形式化描述
3.4.3 多Agent協同認知行為建模
第4章 作戰仿真數學方法應用
4.1 蘭徹斯特方程
4.1.1 蘭徹斯特方程與作戰毀傷理論
4.1.2 蘭徹斯特方程的定義
4.1.3 蘭徹斯特平方律與納爾遜秘訣
4.1.4 平均戰鬥能力不相等的分析
4.1.5 蘭徹斯特方程的改進
4.2 濛特卡羅方法
4.2.1 濛特卡羅方法的理論基礎
4.2.2 濛特卡羅方法的解題思路
4.2.3 隨機數與僞隨機數
4.2.4 隨機變量的仿真
4.2.5 潛艇作戰過程的濛特卡羅仿真
4.3 指數法
第5章 作戰仿真效能分析與評估
5.1 作戰能力與作戰效能的概念
5.1.1 作戰能力的定義
5.1.2 作戰效能的定義
5.1.3 定義比較與分析
5.2 典型的作戰效能評估方法
5.2.1 作戰效能評估方法的分類
5.2.2 作戰效能評估方法的功能和用途
5.2.3 ADC方法
5.2.4 SEA方法
5.2.5 TOPSIS方法
5.2.6 統計方法
5.2.7 探索性分析方法
5.3 作戰效能評估的一般步驟
5.4 編隊護航HVU反潛作戰效能評估
5.4.1 編隊護航HVU的反潛威脅軸
5.4.2 反潛作戰效能評估的指標體係
5.4.3 反潛作戰效能評估的綜閤指數模型
5.5 基於MAS仿真的復雜係統效能分析法
5.5.1 MASBS-CSEA方法的定義
5.5.2 MOE指標的選擇與求取
5.5.3 MASBS仿真的聯邦體係結構
第6章 潛艇作戰仿真數學模型
6.1 潛艇搜索跟蹤數學模型
6.1.1 聲納觀察發現模型
6.1.2 聲納方程應用
6.1.3 跟蹤模型
6.2 潛艇情報處理數學模型
6.2.1 目標識彆模型
6.2.2 目標航跡關聯模型
精彩書摘
《潛艇作戰建模與仿真》:
意圖庫存儲的是實體為實現期望目標而承諾執行的行為計劃,實體最終要通過決策行為從願望集中選擇一個最優的願望作為意圖,並通過執行該意圖來實現目標。由於感知是持續進行的,因而不斷形成目標和實現該目標的意圖。這些意圖按目標形成的先後順序或優先級存儲在意圖庫中。意圖庫通過承諾,保證可實現的意圖最終得到成功執行,放棄因外界環境變化而不能繼續執行的意圖。
除瞭上述知識、信念、願望、意圖四種狀態外,實體認知行為模型的基本結構還包括感知、推理、決策、學習等內在行為。其中:感知行為通過感知器探測實體感興趣的外部環境的相關信息,並根據實體自身的觀察和判斷能力形成信念,並更新信念庫;推理行為當信念庫發生變化後,觸發知識庫中的匹配規則,找齣應對當前態勢的最新行動(任務)方案集,並存入願望庫中;決策行為根據實體的目標和當前態勢,按某種最優化準則選擇最優的行動方案作為意圖存入意圖庫中,並通過承諾保證可實現的意圖最終得到成功的執行,同時放棄因外界環境變化而不能繼續執行的意圖;學習行為是實體在執行任務過程中自主適應環境的活動。
……
前言/序言
中央軍委於2016年1月1日印發的《關於深化國防和軍隊改革的意見》指齣“深化國防和軍隊改革總體目標是,……,以領導管理體製、聯閤作戰指揮體製改革為重點,協調推進規模結構、政策製度和軍民融閤深度發展改革。……,努力構建能夠打贏信息化戰爭、有效履行使命任務的中國特色現代軍事力量體係,進一步完善中國特色社會主義軍事製度”。在我軍嚮信息化跨越式發展的轉型時期,武器裝備、作戰理論和編製體製等正在或者即將齣現革命性變化,需要不斷地進行理論到實踐、再通過實踐檢驗和完善理論的循環往復的過程。通過技術創新、觀念創新和管理方法創新等,建立完善的作戰仿真體係,通過一係列的作戰仿真,為新型武器裝備的研發、新的作戰概念和作戰理論的産生與檢驗等提供一條有效途徑,為部隊戰鬥力的生成與提高提供技術保障。
本書以建模與仿真技術及方法在潛艇作戰領域的應用為重點,共9章:
第1章作戰仿真概述,介紹瞭作戰仿真的基本概念及其在潛艇作戰中的應用;第2章作戰仿真通用技術框架應用,基於美國國防部建模與仿真主計劃,實現瞭高層體係結構和任務空間概念模型在潛艇作戰仿真中的應用;第3章作戰仿真建模方法應用,基於作戰仿真建模的框架結構和典型方法.探討瞭實體物理行為建模方法和實體認知行為建模方法在潛艇作戰行為建模中的應用;第4章作戰仿真數學方法應用,分析瞭蘭徹斯特方程、濛特卡羅方法和指數法的基本原理,實現瞭潛艇作戰過程的濛特卡羅仿真;第5章作戰仿真效能分析與評估,建立瞭編隊護航高價值單元(HVU)反潛作戰效能評估指標體係和綜閤指數模型,構建瞭基於多Agent係統(MAS)仿真的復雜係統效能分析法;第6章潛艇作戰仿真數學模型,建立瞭潛艇搜索跟蹤數學模型、潛艇情報處理數學模型、潛艇作戰決策數學模型、潛艇攻擊數學模型和潛艇防禦數學模型等;第7章潛艇魚雷射擊過程建模與仿真,建立瞭聲自導魚雷發現模型、尾流自導魚雷發現模型和魚雷命中判斷模型等,探討瞭魚雷射擊過程麵嚮服務仿真的技術框架、組件化實現、工作流程等;第8章潛艇作戰仿真訓練係統設計,設計瞭潛艇實裝嵌入仿真訓練係統和潛艇綜閤仿真訓練係統的功能與組成、軟件與模型、軟件結構與流程、仿真訓練過程等;第9章是作戰仿真發展展望。
本書是在海軍潛艇學院科研部領導和同誌們的支持下完成的,得到瞭陸銘華教授、齊新戰教授、史揚教授、孫珠峰教授、薛昌友教授、李長文副教授和毛俊超副教授等專傢的指導和幫助。本書在撰寫過程中,也參考並引用瞭相關文獻,部分內容藉鑒瞭本人所在團隊的閤作研發成果,在此嚮文獻作者和閤作者錶示誠摯的謝意!
由於作者水平有限,書中內容難免存在錯誤和不妥之處,懇請讀者批評指正。
《深潛密語:解密潛艇的隱匿藝術與工程奇跡》 引言: 在蔚藍的海洋深處,潛艇以其獨特的隱匿性與強大的戰略價值,始終扮演著神秘而重要的角色。它們是現代海軍力量的基石,是國傢安全的重要屏障,更是人類探索未知海洋的先鋒。然而,潛艇的每一次靜默航行,每一次精準部署,都凝聚著人類智慧的結晶,是無數精密科學與前沿技術的融閤體現。從流體動力學的精妙計算,到武器係統的協同作戰;從生命保障係統的可靠運行,到復雜作戰環境下的決策製定,每一個環節都充滿瞭挑戰與創新。《深潛密語》一書,將帶領讀者踏上一段深度探索潛艇世界的旅程,揭示其運作的奧秘,解析其設計的智慧,並展望其未來的發展方嚮。本書並非僅僅羅列技術參數,而是旨在通過生動詳實的敘述,構建一個立體的潛艇概念,讓讀者從宏觀到微觀,全方位地理解這一“海洋巨獸”的非凡魅力。 第一章:潛艇的起源與演進——從概念到現實的漫長探索 潛艇的誕生並非一蹴而就,而是源於人類對水下航行這一古老夢想的不懈追求。本書將首先迴溯潛艇的早期構想,從達芬奇的草圖,到布什內爾的“海龜”,再到惠特利的“鸚鵡螺”,我們將看到早期發明傢們在材料、動力和推進方式上的大膽嘗試與局限。隨後,我們將聚焦於潛艇發展的關鍵轉摺點——19世紀末20世紀初,電力和內燃機技術的成熟如何徹底改變瞭潛艇的設計理念,使其從隻能進行短時間水下活動的“鐵殼魚”蛻變為具備真正作戰能力的艦艇。 第一次世界大戰和第二次世界大戰是潛艇技術飛速發展的催化劑。書中將深入剖析兩次世界大戰期間,各主要海軍強國在潛艇設計、建造和戰術運用上的激烈競爭。我們將瞭解德國U艇的“狼群戰術”如何一度威脅同盟國的海上生命綫,以及盟軍如何通過反潛技術和戰術的創新來應對這一挑戰。這一時期,潛艇的隱蔽性、續航能力、武器裝備(魚雷、水雷)等方麵的改進,為現代潛艇的發展奠定瞭堅實的基礎。 冷戰時期,核動力潛艇的齣現無疑是潛艇技術史上最重大的裏程碑。本書將詳細闡述核反應堆小型化、高速推進技術以及水下導彈發射係統的發展,如何賦予瞭潛艇前所未有的戰略威懾能力。彈道導彈核潛艇(SSBN)、攻擊型核潛艇(SSN)等不同類型的核潛艇,各自承擔的戰略使命以及其獨特的設計理念將被一一呈現。我們還將探討常規動力潛艇在核時代依然保持其重要性的原因,以及其在特定作戰場景下的優勢。 第二章:潛艇的“心髒”與“血液”——動力與推進係統詳解 潛艇的生存與作戰能力,很大程度上取決於其動力與推進係統。本章將對潛艇的“心髒”——動力係統進行深入的剖析。 常規動力係統: 詳細介紹內燃機(柴油機)在充電時的作用,以及電池組在水下航行時的供電原理。我們將探討現代AIP(不依賴空氣推進)技術,如斯特林發動機、燃料電池等,如何顯著延長常規潛艇的水下續航能力,使其能夠與核潛艇在部分領域展開競爭。 核動力係統: 深入解讀核反應堆的工作原理,包括核裂變過程、反應堆類型(如壓水堆)、以及其如何為潛艇提供近乎無限的能源。我們將探討核動力係統在提高潛艇航速、續航能力和隱蔽性方麵的革命性作用。同時,核動力係統的復雜性、安全性以及相關的管理與維護挑戰也將得到闡述。 推進係統: 詳細介紹潛艇常見的推進方式,如螺鏇槳推進,以及其設計原理和不同類型(如單軸、雙軸)。特彆地,我們將重點介紹現代潛艇廣泛采用的泵噴推進器(也稱為涵道螺鏇槳),分析其在降低噪音、提高效率和機動性方麵的顯著優勢,以及其工作機製。此外,對於舵和潛望鏡等輔助推進與操縱設備的介紹,也將幫助讀者全麵理解潛艇的水下機動能力。 第三章:潛艇的“神經”與“感官”——導航、聲呐與探測係統 在茫茫大海深處,潛艇的導航、探測和通信能力是其生存與作戰的關鍵。本章將聚焦於潛艇的“神經”與“感官”係統。 導航係統: 詳細介紹潛艇在高精度導航方麵所麵臨的挑戰。我們將解析慣性導航係統(INS)的工作原理,以及其如何通過陀螺儀和加速度計實現精確的自主定位。同時,我們還將討論GPS接收器在水下信號獲取的局限性,以及輔助導航技術(如聲學導航)的應用。 聲呐係統: 這是潛艇最重要的“眼睛”和“耳朵”。本書將係統介紹被動聲呐和主動聲呐的工作原理。被動聲呐如何通過接收目標發齣的聲音來探測和識彆目標,以及其在隱蔽探測中的優勢。主動聲呐如何通過發射聲波並接收迴波來探測目標,以及其在測距和目標定位方麵的作用。我們將深入探討不同類型的聲呐陣列(如球形陣、圓柱陣、拖曳陣)的設計理念,以及它們在提高探測精度和範圍方麵的作用。此外,聲呐信號處理技術,包括信號增強、噪聲抑製、目標識彆等,也將是重點介紹的內容。 其他探測技術: 除瞭聲呐,潛艇還可能裝備其他探測設備,如磁力探測儀(MAD)用於探測水麵艦艇的磁場,以及光學傳感器(在水麵時使用)等。這些技術在特定情況下的應用也將得到闡述。 第四章:潛艇的“利爪”與“護盾”——武器係統與防禦機製 潛艇的作戰能力體現在其強大的武器係統和有效的防禦機製上。本章將深入剖析潛艇的“利爪”與“護盾”。 魚雷係統: 深入介紹潛艇最主要的攻擊武器——魚雷。我們將闡述不同類型魚雷的特點,如綫導魚雷、聲自導魚雷、反艦魚雷、攻擊潛艇的自導魚雷等。魚雷的發射方式(魚雷發射管)、控製係統以及其打擊精度和威力也將詳細解析。 導彈係統: 重點介紹攻擊型潛艇(SSN)和彈道導彈核潛艇(SSBN)所搭載的導彈係統。對於SSN,我們將探討其發射潛射巡航導彈(SLCM)的能力,以及其在對陸打擊和反艦作戰中的作用。對於SSBN,我們將詳細闡述其搭載的彈道導彈(SLBM)的射程、精度和核威懾能力,以及其在戰略核力量中的核心地位。 水雷布設: 潛艇作為一種隱蔽的水雷布設平颱,其在水雷戰中的作用不容忽視。本書將介紹潛艇如何布設不同類型的水雷,以及水雷在遲滯敵方艦艇、封鎖航道方麵的作用。 電子戰與對抗: 潛艇的生存離不開有效的電子戰能力。我們將介紹潛艇如何利用電子乾擾設備來欺騙敵方雷達和聲呐,以及如何規避敵方探測。同時,對敵方探測係統的反製手段,如使用誘餌、改變航嚮航速等,也將進行詳細的介紹。 隱蔽與消音技術: 潛艇最大的優勢在於其隱蔽性。本章將重點探討潛艇在降低噪音方麵所采取的各種措施,包括消聲瓦、減震降噪技術、優化推進係統設計等,這些都是潛艇能否成功完成任務的關鍵。 第五章:潛艇的“生命綫”——生命保障與居住係統 在遠離陸地、隔絕空氣的嚴酷環境下,潛艇內部的生命保障係統至關重要,它確保瞭艇員的生存和正常工作。 空氣淨化與再生: 詳細介紹潛艇如何維持艙內空氣的質量。我們將探討二氧化碳吸收技術(如氫氧化鈉吸收)、氧氣補充技術(如電解水製氧、化學供氧),以及空氣循環和過濾係統的工作原理。 水處理與供應: 潛艇如何解決淡水供應問題?本書將介紹海水淡化裝置的工作原理,以及生活用水的迴收和處理係統。 環境控製: 艙內溫度、濕度和氣壓的調節對於維持艇員的身心健康至關重要。我們將探討潛艇的空調係統、除濕係統以及壓力控製係統。 居住與生活保障: 狹小的空間如何滿足數十名甚至上百名艇員的長期居住需求?本書將介紹潛艇內部的艙室設計、睡眠安排、夥食供應、醫療保障以及心理健康支持等方麵的內容,展現瞭在極端環境下的人性關懷。 第六章:潛艇的“智慧之腦”——指揮、控製與通信 現代潛艇的作戰行動高度依賴於其指揮、控製與通信係統(C3I)。 指揮與控製係統: 詳細介紹潛艇的作戰指揮室是如何運作的。我們將闡述作戰情報的收集、分析與決策過程,以及各個武器係統和傳感器如何集成在一個統一的平颱上。 通信係統: 潛艇在水下通信方麵麵臨巨大挑戰。本書將介紹潛艇的水麵通信(通過天綫)、低頻(LF)和甚低頻(VLF)通信(用於接收指令)、以及水下通信技術(如聲學通信)的應用。我們將探討潛艇如何與岸上指揮部、其他水麵艦艇和飛機進行安全可靠的通信。 網絡化作戰: 隨著技術的發展,潛艇也逐漸融入更廣泛的網絡化作戰體係。本書將探討潛艇在未來戰場中如何與其他平颱進行信息共享和協同作戰,以及其在信息優勢獲取中的作用。 第七章:潛艇的未來展望——挑戰與機遇 潛艇技術仍在不斷發展,未來的潛艇將麵臨新的挑戰,也蘊藏著巨大的機遇。 更高隱蔽性: 對抗日益先進的探測技術,未來的潛艇將繼續追求更高的隱蔽性,包括更先進的消聲材料、更低噪音的動力係統以及新的隱身技術。 智能化與無人化: 無人潛航器(UUV)的快速發展,預示著未來潛艇作戰模式的轉變。本書將探討無人潛艇在偵察、監視、攻擊等方麵的應用潛力,以及其與載人潛艇的協同作戰模式。 新的威脅與反製: 隨著海洋環境的變化和新技術的齣現,潛艇將麵臨新的威脅。例如,深海開發、海洋軍事化等都可能對潛艇的活動産生影響。如何應對這些挑戰,是未來潛艇發展的重要課題。 海洋探索的先鋒: 除瞭軍事用途,潛艇在深海科學研究、資源勘探、環境保護等方麵也將發揮越來越重要的作用。本書將展望潛艇在這些非軍事領域的廣闊前景。 結論: 《深潛密語》一書,通過係統而深入的講解,為讀者構建瞭一個關於潛艇的全麵認知圖景。我們從曆史的長河中追溯其發展脈絡,從工程的精妙中剖析其核心技術,從作戰的實戰中理解其戰略價值。潛艇,不僅僅是鋼鐵的造物,更是人類智慧、勇氣與探索精神的結晶。它代錶著人類在徵服海洋、維護和平方麵的不懈努力。通過本書,希望讀者能夠更深刻地理解潛艇這一特殊的軍事平颱,感受其所蘊含的科技魅力與戰略意義,並對人類探索深邃海洋的未來,充滿更深切的期待。