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面向作战效能评估的战场环境数字孪生驱动建模与仿真方法研究

批准号:
62103425
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王鹏
学科分类:
系统建模理论与仿真技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王鹏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
战场环境建模与仿真是军事仿真领域的重难点问题,本项目从作战效能仿真的技术需求出发,研究战场环境的数字孪生驱动建模与仿真方法。本项目以战场射频环境和红外环境为建模对象,突破基于离散事件的战场环境建模方法和模型与数据混合驱动的虚实结合仿真模型运行方法。解决现有作战效能仿真中对于环境影响问题的处理过于简化或者根本不考虑环境因素及其影响,缺乏环境对装备和作战影响的量化分析和机理研究,不能客观且有效地反映环境变化过程及其影响效应等应用基础问题。基于所提出的战场环境数字孪生驱动建模与仿真运行方法,构建面向作战效能评估的数字孪生战场环境原型系统,并结合电子对抗装备作战效能评估等典型应用场景进行实证研究,验证方法的有效性和可行性。本项目将为数字孪生思想在军事领域的成功应用提供理论方法基础,对实现战场环境全要素虚拟化重建,促进虚实之间双向平等交互的仿真运行新模式,具有重大的理论意义和应用价值。
英文摘要
Modeling and simulation of battlefield environment is the key and difficult problem in the military simulation. This project considers the technical requirements of operational effectiveness simulation, and research the digital twin driven modeling and simulation method for battlefield environment. By taking the radio frequency environment and infrared environment as research object, it aims to break through the discrete event based modeling method of the battlefield environment, and realize the hybrid model and data driven simulation running method of virtual and real battlefield environment. It can solve the problem that the environmental impact in the existing combat effectiveness simulation is too simplified or does not consider environmental factors and their effects at all. It can also solve the problem of lack quantitative analysis and mechanism research of environmental impact on equipment and combat, as well as the problem of unable to objectively and effectively reflect the process of environmental changes and their effects. Based on the proposed digital twin driven modeling method and simulation of battlefield environment, a virtual twin battlefield environment prototype system for combat effectiveness evaluation is constructed, combined with typical application scenarios such as electronic countermeasure equipment combat effectiveness evaluation, to conduct empirical research to verify the effectiveness and feasibility of the method. This project will provide a theoretical method basis for the application of digital twin in the military field. It has great theoretical significance and application value for realizing all elements virtualized reconstruction of the battlefield environment, and promoting the simulation operation of two-way equal interaction between the virtual and the reality.
作战效能评估是军用仿真领域重要内容之一,是衡量武器装备能否满足部队作战任务需求的关键环节。战场环境建模与仿真技术是实现仿真技术在武器装备作战效能评估领域中成功应用的基本前提,同时也是限制作战效能评估仿真技术发展的主要瓶颈之一。本项目提出面向武器装备作战效能评估的数字孪生战场环境建模与仿真方法,首先采用统一的离散事件建模方法建立地形、射频、红外等战场环境要素仿真模型,并对不同环境要素之间的相互作用及其影响进行建模,然后提出一种模型与数据混合驱动的战场环境仿真运行方法,实现真实战场环境与虚拟战场环境的一体两面、双向平等交互的虚实结合仿真模式。经过三年的理论研究与技术攻关,项目研究取得三大成果:一是提出了数字孪生驱动的战场环境全要素组件化建模方法,并设计开发了关键战场环境要素的仿真模型,包括战场射频环境和红外环境的全要素建模;二是提出了面向虚实结合的仿真模型数据同化算法,采用了基于随机有限集的数据描述方式,克服了传统向量描述在目标动态性和随机性方面的不足;三是提出了战场环境模型与真实战场的双向协同互操作方法,包括面向大规模分布仿真的异步并发网络通信技术、基于逻辑帧的仿真节点协同推进方法、基于递阶混合的机器时钟对齐方法。其中,通过在同等测试环境下对“Kafka-V2.13-3.3.2”、“RocketMQ-V4.9.2”、自研通信模块的性能效率进行对比测试,在局域网、万兆带宽环境下,在CPU、磁盘、内存资源不构成性能瓶颈的前提下,自研通信模块的消息吞吐性能大约是Kafka软件的5倍,RocketMQ软件的9倍。本项目的研究成果在一定程度上解决了现有武器装备作战效能仿真中对于战场环境影响问题的处理过于简化或者根本不考虑环境因素及其影响,缺乏战场环境对装备和作战影响的量化分析和机理研究,不能客观且有效地反映环境变化过程及其影响效应等问题,具有重要的科学意义。
CPS 仿真中离散事件模型与连续时间模型的分布式协同运行问题研究
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