| 标题 | 自行高炮CGF人类行为模型研究与实现 |
| 范文 | 王鹏 彭珲 薛芳侠 许一男 摘要：针对当前CGF行为建模时存在的决策过程过于呆板和教条化、仿真实体逼真度存在缺陷、同一仿真实体建立不同决策模型时采用的方法过于单一等问题，对行为建模技术进行了研究，建立了自行高炮CGF的战术规则库，重点研究如何应用基于规则的专家系统对自行高炮CGF人类行为模型进行开发，最后基于此方法对车长的行为模型进行了设计实现。该方法避免了对复杂的乘员决策行为进行分析和建模的过程，实时性好，对今后相关的研究工作具有较好的参考价值。 关键词：计算机生成兵力； 自行高炮； 行为建模； 规则库； 专家系统 中图分类号：TN911?34； TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2013）02?0100?04 计算机生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）是能在基于分布交互仿真技术构建的虚拟战场环境中，产生一定自治性智能行为实体的仿真软件[1]，如何有效地对自行高炮CGF实体对象及其行为进行建模，是自行高炮CGF研究的重要内容。CGF的行为建模分为物理行为建模和人类行为建模，其中人类行为建模是CGF行为建模的重点[2]。本文将论述当前CGF人类行为建模存在的问题，针对这些问题给出行为建模方法，重点研究如何应用这些方法对自行高炮CGF人类行为模型进行开发。 1 CGF人类行为建模问题分析 人类行为建模是CGF的核心技术之一，按照DoD的定义，它是指“对在军事仿真中需要表示的人的行为或表现进行建模”[3]。CGF系统中许多军事仿真中的合成兵力采用相对原始的人类模型来构造，其中决策行为往往采用一种粗糙、脆弱的方式来表示，这使得所产生的虚拟兵力表现出不切实际的行为和过分简单化的反应，不符合真实的战斗员和分队的行为[4]。当前CGF系统中使用的决策方法存在的主要问题有： （1）决策过程过于呆板和教条化。决策行为缺乏可变性、柔顺性和适应性[5]。 （2）仿真实体逼真度存在缺陷。很多仿真实体所使用的决策模型都没有考虑到个体的疲劳程度、作战经验、情绪冲动、时间压力以及作战技能水平等因素对决策结果产生的影响，并且这些因素对于每个仿真实体所产生的影响应当有所不同。 （3）同一仿真实体建立不同决策模型时采用的方法过于单一。 2 行为建模技术研究 2.1 行为建模技术分析 在此针对上节提出的人类行为建模中存在的问题，对自行高炮CGF的行为建模技术进行研究，给出其解决方法。开发CGF的难点和重点之一在于CGF实体行为的生成，如何生成真实可信的实体行为是CGF研究的核心问题。CGF系统中常用的决策方法可以分为两大类：基于人工智能技术的决策方法和基于效用理论的决策方法。前者又可以分为基于规则的专家系统和符号推理系统两类；后者可以分为基于属性的决策方法和对策方法两类。其中，基于规则的专家系统最常见，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序[6]。自行高炮的防空作战过程是一个非常有序的动态过程，采用基于规则的专家系统可以直接使用车长、炮手的作战经验，避免了对复杂的乘员决策行为进行分析和建模的过程，而且计算开销小，实时性好。 2.2 规则库的构建 自行高炮CGF实体在虚拟战场中与对手作战并不是随意进行的，而是根据自行高炮作战经验的积累而已经形成的一些基本战术原则，自行高炮乘员在防空作战时一般基于这些规则选择一定的战术动作，并操纵高炮完成所选动作。基于规则的专家系统中，最根本的就是知识库，也称规则库。规则库由一条条战术规则构成，战术规则由军事专家制定，包括产生战术动作的产生条件和战术动作。战术规则的基本形式为： 3 人类决策行为模型实现 根据上节可知，车长和炮手决策行为的规则较为有序，本文以车长的决策行为为例，采用基于规则的专家系统对车长的决策行为模型进行建立，并给出相应的仿真实现，其中车长的决策行为模型主要为车长改变威胁度的决策行为模型。单炮搜索雷达能自动判决威胁度，采用的是V/D准则[9]，并以此来定出1号、2号……威胁度。在实战时有时需要攻击按V/D准则确定的2号或其他号目标，而炮塔调转只允许调往1号目标威胁度目标方位，为此需要人工改变威胁度号将要攻击目标的威胁度改为1号威胁度[10]。 3.1 改变威胁度的时机分析 改变威胁度的时机与转移火力的时机有密切的关系，在有上级的转移火力指示时，按上级指示进行，当得不到上级指示时，则应根据当时的空情自行掌握。 本文通过对车长作战行为进行分析，建立如下决策指标：是否接到上级转移火力指示、目标是否被击落、目标是否过捷径点离远飞行以及是否突然发现威胁更大的目标。根据指标体系建立的改变威胁度时机的行为规则如图1所示。仿真开始后，首先判断有没有接到上级转移火力的指示，若有，则放弃原威胁度为1的目标；若没有，则判断目标是否被击落，若目标被击落，则雷达利用V/D准则自动地对其余目标进行威胁度判断；若没有被击落，则判断目标是否过捷径点远离飞行，若目标已过航，则放弃原威胁度为1的目标；若没有过航，则判断车长是否发现对高炮威胁度更大的目标，若没有发现，攻击原威胁度为1的目标；若发现有威胁度更大的目标，则放弃原威胁度为1的目标，车长通过改变威胁度编号，使高炮攻击改变威胁度后威胁度为1的目标，仿真结束。 3.2 车长改变威胁度的行为模型实例 将CGF实体放在综合作战环境中，训练水平和个人性格特征差异体现在其具有不同的获取和记忆能力。 在作战环境中有的CGF实体会感到“疲劳”和“紧张”，而有的则不会，参加训练的人员仿佛是“真人”或其控制的实体进行交互，从而提高了训练的真实性和交互性。根据改变威胁度的战术行为规则进行实例开发，考虑到决策行为对系统实时性、运算速度以及软件的可移植性要求较高，故本文基于VC 6.0开发环境进行开发。图2为某车长改变威胁度决策行为的实例应用。 图1 改变威胁度的决策行为规则 某次仿真训练中，由蓝方武器节点生成4批目标，目标信息传送到车长威胁度决策行为模型中，通过目标威胁度判断，分别得到4批目标的威胁度，车长根据威胁度判断的结果和战场态势来判断最终要攻击的目标批次。决策调节器来反映不同技能车长的决策效能，根据作战技能和时间压力的输入值得出该车长的技能参数为2.055，时间压力指数为0.48，即该车长具有一定的实战经验，在本次决策中时间压力适中。决策中接到上级转移火力的指示后，放弃原来威胁度最大的目标，转而通过改变威胁度来攻击上级指示的目标。 图2 车长改变威胁度的决策行为模型实例 4 结 语 本文对自行高炮CGF中的人类行为建模进行了研究，首先分析了CGF人类行为模型的主要内容及其重要意义，针对当前人类行为建模存在的问题给出相应的解决方法。提出智能决策规则库的构建方法，通过对自行高炮作战规则的提取，采用基于规则的专家系统对车长的决策行为进行建模。 该方法避免了对复杂的乘员决策行为进行分析和建模的过程，而且计算开销小，实时性好，对今后相关的研究工作具有较好的参考价值。 参考文献 [1] 郭齐胜，杨立功，杨瑞平，等.计算机生成兵力导论[M].北京：国防工业出版社，2006. [2] 杨立功，郭齐胜.计算机生成兵力研究进展[J].计算机仿真，2000，17（3）：4?7. [3] 薄涛.格斗空战行为建模技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2002. [4] 尹全军.基于多Agent的计算机生成兵力建模与仿真研究[D]. 长沙：国防科学技术大学，2005. [5] 连云峰.基于CGF技术的坦克排进攻战斗行为建模与仿真研究[D].石家庄：军械工程学院，2008. [6] 梁冠辉.基于仿真平台的自行高炮武器系统作战效能评估方法研究[D].石家庄：军械工程学院，2010. [7] 孙少斌，陈璐，张仁友.基于智能体技术的CGF行为模拟研究[J].火力与指挥控制，2009，34（3）：79?83. [8] 熊会祥.自行高炮武器系统作战指挥模拟训练关键技术研究与应用[D].石家庄：军械工程学院，2009. [9] 孙珠峰，孙尧，黄文斌.计算机生成兵力定量化行为的调整模型[J].计算机工程，2005，31（3）：158?160. [10] 陈选社.PGZ95式25 mm自行高炮作战指挥[D].郑州：郑州防空兵学院，2003. |
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