摘 要

在未来的海上战场中，大量超视距、高速度的掠海高精度武器的使用必然对舰队安全造成严重威胁，这使得防空反导作战成为水面舰艇编队未来的主要作战形式，但因为受制于人力物力和财力等多种因素，频繁组织大规模海战场联合防空演习难以实现。近年来随着计算机仿真技术的高速发展，大量基于战略战术级别的作战仿真系统被广泛应用于装备测评、军事演习、海战仿真中。尤其是在海洋防空方面，组织大规模海上演习的困难和不确定性成为亟待解决的问题，通过利用计算机强大的计算能力，模仿出海战场实战环境中各种要素，全方位、多层次的模拟战略战术，可全面准确的还原海战场实战环境，提升军事训练效益。

海战场中对于各项防空资源的调度策略是舰艇编队联合作战的核心策略，如何科学地对武器资源和攻击目标进行匹配，对资源进行有效调度，在兼顾自身防御的同时实现打击效果的最优化是不断改进的难题。目前已有的防空资源调度算法大多局限于静态调度，利用当前瞬时状态下的敌军来袭状况，利用相应算法做出当前状态下的最优拦截方案，但该类方案忽略了未来的战场态势，存在着短视现象。因此，本文开发出一套“任务堆-动态阈值”综合重调度拦截方案，同时开发出基于Unity3D引擎的舰艇编队联合作战防空系统，对海战防空场景进行实景展示，最大化还原真实战场情况。经过测试，在应对敌方饱和攻击的状态下，“任务堆-动态阈值”的重调度方案比传统的静态调度方案明显提高的舰队的生存概率。

关键词：海战场防空；Unity3D；计算机仿真；任务堆；弹性阈值；防空效能

Abstract

In the future maritime battlefield, the use of a large number of over-the-horizon, high-speed high-precision weapons will inevitably pose a serious threat to fleet security, which makes air defense anti-missile warfare become the main form of future combat of surface ship formations, but because of the subject of human and material resources and financial resources and other factors, it is difficult to frequently organize large-scale naval battlefield joint air defense exercises. In recent years, with the rapid development of computer simulation technology, a large number of combat simulation systems based on strategic and tactical level sit widely used in military exercises and naval simulation. By using the powerful computing power of computer, imitating various elements in the actual combat environment of the field of the sea, all-round and multi-level simulation strategy and tactics, comprehensive and accurate reduction of the field environment of the sea battlefield, improve the effectiveness of military training.

The dispatch strategy for all air defense resources in the sea battlefield is the core strategy of the joint operation of the ship formation, how to match the weapon resources and the target sits scientifically, effectively dispatch the resources, and realize the optimization of the strike effect while taking into account their own defense is a difficult problem of continuous improvement. At present, the air defense resource spline dispatch algorithm is mostly limited to static dispatch, using the current momentary state of enemy attack situation, the corresponding algorithm to make the optimal intercept program in the current state, but this kind of scheme ignores the future battlefield situation, there is a short-sighted phenomenon. Therefore, this paper develops a set of "mission reactor-dynamic threshold" integrated re-dispatch intercept program, and develops a joint combat air defense system based on Unity 3D engine, and makes a real-life display of the air defense scene of naval warfare, maximizing the restoration of the real battlefield situation. After testing, the re-dispatch scheme of "mission heap-dynamic threshold" significantly improves the survival probability of fleet compared with the traditional static scheduling scheme in the state of response to enemy saturation attack.

Key Words：Sea Battlefield Air Defense；Unity3D；Computer simulation；Task Heap；Elastic Threshold；Air defense effectiveness

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.1.1舰艇编队联合防空场景仿真 1

1.1.2防空资源调度 1

1.1.3事件机制 2

1.2国内外研究现状 2

第2章 舰艇编队联合防空作战平台框架 6

2.1基本概念 6

2.2 制定规则 7

2.2基础开发平台介绍 8

2.2.1 Unity3D 8

2.2.2 3D MAX 9

2.2.3 .NET、C# 9

2.2.4 MySql 10

2.3总体思路 11

第3章 防空作战过程表达 12

3.1饱和攻击 12

3.2对空防御模式 12

3.3编队防空作战态势 13

3.5防空过程 14

3.5.1敌方进攻 14

3.5.2目标识别与威胁评估 14

3.5.3“任务堆”抗击机理 15

3.5.4防空结果跟踪 24

第4章 联合防空系统仿真设计、实现与评估 25

4.1系统分析 25

4.1.1需求分析 25

4.1.2系统功能分析 25

4.1.3数据分析 26

4.2系统设计 27

4.2.1系统整体架构 27

4.2.2系统功能模块设计 28

4.2.3数据库设计 30

4.3仿真系统演示 34

4.3.1系统基础功能 34

4.3.1饱和攻击参数设置 37

4.3.2敌军打击过程 38

4.3.3预警系统发现 38

4.3.4指控系统任务堆演化 39

4.3.5制导资源和打击资源 39

4.3.6战后分析 41

4.4防空效能评价 41

4.4.1任务堆与任务队列对比 41

4.4.2防空效能分析 43

第5章 总结与展望 48

5.1总结 48

5.2展望 48

参考文献 50

致 谢 52

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1舰艇编队联合防空场景仿真

海战场舰艇编队通常由潜艇、航空兵、大中型水面舰艇等作战单位组成，包含两个或两个以上的海军兵种力量，同时搭配有辅助性质的海军保障兵种，舰艇编队有着共同的作战目标或特定任务，是具有典型集群特征的作战体系，是海军执行海上作战任务、进行常规打击和战略打击的主要兵力形式，其作战效能的高低直接关系到战局胜负，已成为当今世界海上机动作战任务中不可或缺的中坚力量。自第二次世界大战结束以来，防空反导作战成为水面舰艇编队未来的主要作战形式，大量超视距、高速度的掠海高精度武器的使用对舰队安全的威胁不断加大，对于此类作战需要通过大量的模拟才能不断进行优化，但因为受制于人力物力和财力等多种因素，频繁组织大规模海战场联合防空演习难以实现。

近年来随着计算机软硬件和系统仿真技术的不断发展，各种高真实性、高效率作战仿真系统被广泛应用于武器装备测评、战术理论研究、战斗方案优化、大规模部队演习等各个方面。仿真系统主要是通过计算机对实际战场中环境、战术、态势发展进行参数化建模，通过强大的计算机算力迅速模拟出实际战场环境下的多种复杂情况，在模拟过程中可相应指定战略战术，通过灵活调控战场发展态势参数，全面、精确的还原战场，提升军事训练效益。

1.1.2防空资源调度

在目前的水面防空作战过程中，由于各种高机动性、高精度反舰导弹的迅速发展，实战条件下要求海上联合作战平台能在最短时间内最大效率调动防空资源完成对该目标的拦截，以求最大限度的提高整体舰队的生存效率。诸多因素下，决定系统防空效能高低的最关键要素就是合适的防空资源调度算法。防空资源调度算法中对于火力的分配就是典型的WTA（weapon to target）问题，WTA的目的是在现有防空武器装备的基础上，选择最优的WTA方案，使武器系统对空中来袭的多批目标分配给它们射击最恰当的火力单元，最大限度地发挥编队防空武器防空资源的整体作战效能。WTA的时效性和分配方案的优劣性直接影响作战的效果。针对于对防空资源的调度方式，现有的防空调度算法可分为两大类：在线调度、重调度。

在线调度。敌方目标任务在作战过程按照一定规律随机连续到达，防空平台在当前状态下无法预知未来将会可能来袭的目标，既定防空算法只能根据当前的防空可用资源和当前已经到达的目标任务生成调度方案。该方案包括利用哪些资源、在何时开始执行该方案去完成某一到达的目标任务，在线调度过程中，每当有新的目标任务到达，调度算法就要生成针对新到达目标任务的调度方案；若当前时间等于已生成的某一调度方案的开始时间该调度方案就被执行。在线调度机制实现简单，但由于实战过程中缺乏对未来袭的目标的信息，每一步都只能是基于当前所有已知目标而制定拦截策略，不可避免的存在“短视”弊端。且大多基于求解困难、过时的遗传算法和模拟退火算法，无积极意义。