无人系统军事运筹学

本书阐述了无人航行器 (包括无人地面车辆、无人水下航行器、无人飞机等)在执行军事任务时的规划与决策系统知识，是目前少有的无人系统与军事运筹理论相结合的专业书籍。 由于无人航行器的发展涉及多个学科领域，书目结构安排也自然有多个方案。编者选择了这样一条结构布局思路：从单航行器问题到多航行器问题，再到无人系统的组织问题，之后到指挥与控制的概括性理论问题。 本书采用了专题章节分类的结构，共分15章。除第1章引言外，每章内容都是一个独立完整的主题。这种结构安排方便读者选择，无需阅读前文即可快速学习所感兴趣的主题。

译者序

第1章引言…………………………………………………1

1.1概述…………………………………………………… 1

1.2研究背景与范围…………………………………… 2

1.3主要内容………………………………………………3

参考文献……………………………………………………5

第2章无人地面车警戒巡逻的目标覆盖问题……6

2.1概述……………………………………………………  6

2.2研究背景……………………………………………… 6

2.3CTP在UGV覆盖问题中的应用………………… 7

2.4警戒巡逻的目标覆盖问题（VCTP）………… 8

2.5单体路径规划的理论分析…………………………9

2.6多体路径规划的理论分析…………………………12

2.7实验验证……………………………………………… 13

2.8结果分析……………………………………………… 19

2.9其他扩展问题…………………………………………22

2.10本章小结……………………………………………  23

参考文献…………………………………………………… 23

第3章应用市场法对无人机目标的近优分配…… 25

3.1概述………………………………………………………25

3.2问题描述……………………………………………… 26

3.2.1输入量分析………………………………………… 26

3.2.2目标函数…………………………………………… 26

3.2.3输出量分析…………………………………………28

3.3典型优化方案综述………………………………… 28

3.3.1MDVRP解决方案…………………………………29

3.3.2基于市场的最优化概念…………………………30

3.4基于市场优化法的解决方案…………………… 32

3.4.1基本市场法…………………………………………33

3.4.2市场分级法…………………………………………34

3.4.3“最大-效益”的适应性……………………… 37

3.4.4小结……………………………………………………38

3.5实验验证……………………………………………… 38

3.5.1优化耗油量（最小-和）……………………… 39

3.5.2优化耗时（最小-最大）……………………… 39

3.5.3优化优先目标点（最大-效益）………………43

3.6结果分析与建议………………………………………47

3.7本章小结……………………………………………… 48

无人系统军事运筹学目录附录3.A混合整数线性规划（MILP）简述………………………………49

参考文献…………………………………………………… 51

第4章自主水下航行器的水雷搜索战术……………54

4.1研究背景…………………………………………………54

4.2基本假设…………………………………………………56

4.3性能指标…………………………………………………56

4.4初步结果…………………………………………………58

4.5方案思路…………………………………………………58

4.5.1盲区的改善…………………………………………  58

4.5.2视线角侦测概率的改善…………………………  58

4.6两个不同视线角搜索下的优化……………………59

4.7多个不同视线角搜索下的优化……………………60

4.8仿真建模…………………………………………………60

4.8.1蒙特卡罗模拟仿真………………………………… 61

4.8.2确定性模型……………………………………………61

4.9AUVs的随机搜索方案………………………………62

4.10反水雷搜索实验…………………………………… 63

4.11实验结果………………………………………………64

4.12非均匀分布下的搜索方案…………………………66

4.13本章小结…………………………………………………67

附录4.A两个AUV搜索路径间的最佳探测角…………………………………………………68

附录4.B搜索概率……………………………………………71

参考文献……………………………………………………… 72

第5章利用无人机对目标的光学搜索：动物监测专题研究………………………………73

5.1概述…………………………………………………………73

5.2无人遥感搜索规划…………………………………… 73

5.2.1前期分析与准备………………………………………75

5.2.2飞行规划与控制………………………………………76

5.2.3图像采集与拼接………………………………………77

5.2.4目标数据识别与分析……………………………… 79

5.3实验结果………………………………………………… 82

5.4本章小结………………………………………………… 84

参考文献……………………………………………………… 85

第6章无人机飞行时间近似化建模：航路变化与风干扰因素的估计…………………86

符号表…………………………………………………………86

6.1概述……………………………………………………… 86

6.2问题描述…………………………………………………87

6.3文献综述…………………………………………………88

6.3.1飞行时间近似化建模………………………………88

6.3.2附加任务类型……………………………………… 88

6.3.3风干扰因素………………………………………… 89

6.4飞行时间近似化建模…………………………………90

6.4.1理论分析………………………………………………90

6.4.2模型对比………………………………………………91

6.4.3问题及解决方案……………………………………92

6.5额外任务类型………………………………………… 92

6.5.1可视半径任务……………………………………… 93

6.5.2盘旋任务……………………………………………  95

6.6风干扰因素…………………………………………… 98

6.7最终模型的计算分析……………………………… 100

6.7.1模型运行时间分析…………………………………100

6.7.2实际飞行时间与预期飞行时间的比较………102

6.8本章小结…………………………………………………104

参考文献…………………………………………………… 105

第7章无人地面车辆在联合武装作战中的作用…………………………………………………107

7.1概述……………………………………………………… 107

7.2问题描述…………………………………………………107

7.2.1地形因素………………………………………………108

7.2.2车型搭配………………………………………………109

7.2.3各方力量因素……………………………………… 110

7.2.4任务因素……………………………………………  111

7.3研究方法…………………………………………………112

7.3.1闭环仿真………………………………………………112

7.3.2研究度量………………………………………………114

7.3.3系统比较方法…………………………………………115

7.4研究结果…………………………………………………115

7.4.1基本伤亡比较…………………………………………115

7.4.2全部度量结果…………………………………………118

7.4.3伤亡与全度量比较………………………………… 121

7.5本章小结…………………………………………………122

参考文献123第8章信息的加工、利用与传输：军事应用中辅助/自动目标识别

何时才算好…………………………………………………124

8.1概述………………………………………………………124

8.2研究背景…………………………………………………124

8.2.1作战环境及相关技术问题……………………… 124

8.2.2前期调研………………………………………………125

8.3分析……………………………………………………… 127

8.3.1任务建模………………………………………………128

8.3.2特定作战理念的建模………………………………129

8.3.3在作战概念下捕获目标的概率…………………130

8.3.4辅助/自动目标识别与扩展人类感知之间的合理选择………………………………131

8.3.5寻找自动模式合理的临界值…………………… 132

8.3.6实例………………………………………………………132

8.4本章小结…………………………………………………134

附录8.A……………………………………………………… 135

参考文献………………………………………………………136

第9章自主军事车辆编队战术的设计与分析…………………………………………………138

9.1概述…………………………………………………………138

9.2研发定义………………………………………………… 139

9.2.1人力投入比例………………………………………  139

9.2.2交互频率………………………………………………139

9.2.3指令/任务的复杂度…………………………………139

9.2.4自主决策能力…………………………………………140

9.3自动化连续体……………………………………………140

9.3.1现状………………………………………………………140

9.3.2远程控制…………………………………………………140

9.3.3遥控操作…………………………………………………140

9.3.4驾驶员预警………………………………………………141

9.3.5驾驶员辅助………………………………………………141

9.3.6主从式编队………………………………………………141

9.3.7路标…………………………………………………………142

9.3.8完全自主式………………………………………………142

9.4人力投入比例与系统配置的数学建模………………143

9.4.1H与系统配置方法的建模……………………………143

9.4.2H与系统配置建模的结果分析…………………… 147

9.4.3将H与系统配置的自动化连续体划分为不同机制并分析结果………………………149

9.5自主决策能力与系统配置的数学建模………………151

9.5.1R与系统配置建模方法…………………………………151

9.5.2加权H时的R与系统配置的数学建模………………153

9.5.3R(加权H)与系统配置的自动化连续体划分为不同机制……………………………… 157

9.5.4H与系统配置和加权H时的R与系统配置的建模结果总结……………………………159

9.6H和R的数学建模……………………………………………160

9.7本章小结………………………………………………………161

附录9.A系统配置……………………………………………… 162

第10章无人飞行系统分析中的试验设计：为无人飞行系统试验引入统计的

严谨性………………………………………………………………169

10.1概述……………………………………………………………169

10.2无人飞行系统的历史发展………………………………169

10.3试验设计的统计学背景………………………………… 171

10.4无人飞行系统的试验设计………………………………173

10.4.1总体设计指南……………………………………………173

10.4.2无人飞行系统试验设计指南…………………………175

10.5无人飞行系统规划指南的应用……………………… 179

10.5.1具体研究的问题…………………………………………180

10.5.2操作人员的角色…………………………………………180

10.5.3响应数据…………………………………………………  180

10.5.4定义试验因素……………………………………………180

10.5.5建立试验协议……………………………………………182

10.5.6选择适当的设计…………………………………………182

10.6本章小结………………………………………………………185

参考文献…………………………………………………………… 185

第11章总拥有成本：军用无人系统的成本估计方法………………………186

11.1概述…………………………………………………………… 186

11.2生命周期模型……………………………………………… 186

11.2.1DoD 5000获得生命周期…………………………… 186

11.2.2ISO 15288生命周期……………187

11.3成本估计方法……………… 189

11.3.1案例研究与分析……………… 189

11.3.2自底向上和基于活动的估计………… 189

11.3.3参数化建模…………………190

11.4UMAS的产品分解结构……………190

11.4.1特别考虑……………… 192

11.4.2系统性能………………… 192

11.4.3有效负载…………………… 193

11.5成本动因和参数化成本模型…………… 193

11.5.1估计研发成本的成本驱动………… 193

11.5.2DoD 5000.02运营与支持的成本动因…………… 200

11.6无人地面车辆的成本估计……………… 202

11.7UMAS成本估计的额外事项………205

11.7.2演示…………………205

11.8本章小结…………………  205

参考文献……………… ………206

第12章无人作战系统的后勤保障技术………… 207

12.1概述……………… ………207

12.2浅谈无人系统的后勤保障技术…………207

12.2.1后勤……………… ……207

12.2.2后勤运筹学………………209

12.2.3无人系统………………… 213

12.3无人系统后勤保障的挑战………………  215

12.3.1即时挑战…………………… 215

12.3.2未来挑战………………… 216

12.4分析和研究后勤保障系统挑战的分类…………  216

12.4.1A组-后勤保障无变化……………216

12.4.2B组-无人系统替代有人系统及其后勤保障框架…………217

12.4.3C组-无人系统后勤技术的重大变化…………219

12.5进一步的考虑…………………221

12.6本章小结…………… …224

参考文献………………… 224

第13章网络化行动中提升效能的组织方法……………… 226

13.1概述………………… 226

13.2浅谈IACM…………… 226

13.3基于智能体的IACM仿真………………228

13.4实验结构……………… …230

13.5初始实验…………… …233

13.6扩展实验…………… …235

13.7本章小结…………… …238

参考文献…………………239

第14章集团作战效能分配的问题探讨…………………… 240

14.1概述……………240

14.2命中概率………………  240

14.3棒球比赛的个体化与网络化绩效………… 242

14.4分析问题……………………  245

14.5职业棒球大联盟数据的差异统计………… 246

14.5.1职业棒球大联盟的个人绩效…………247

14.5.2职业棒球大联盟的互联绩效………250

14.6本章小结…………………254

参考文献………………… 255

第15章战斗力分配：齐射理论在无人作战系统中的应用……………256

15.1概述…………… 256

15.2齐射理论………………256

15.2.1齐射方程……………257

15.2.2毁伤解释……………258

15.3无人系统的齐射战争…………258

15.4齐射交换集和战斗熵……………259

15.5战术考量…………………260

15.6本章小结……………………261

参考文献……………… 262