体系网络动力学建模与仿真评估方法研究

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2025.12.16

系统工程与电子技术 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (12): 3901-3911.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2025.12.16

• “基于模型的系统架构设计与验证技术”专栏 • 上一篇

体系网络动力学建模与仿真评估方法研究

李小波¹, 黄智捷¹^,*(), 张承龙², 张杰¹, 王涛¹, 井田¹

1. 国防科技大学系统工程学院，湖南长沙 410073
2. 北京电子工程总体研究所，北京 100854

收稿日期:2025-03-14 修回日期:2025-06-30 出版日期:2025-09-29 发布日期:2025-09-29
通讯作者: 黄智捷 E-mail:huangzhijie23@foxmail.com
作者简介:李小波（1983—），男，副教授，博士，主要研究方向为战略规划评估、体系工程与体系仿真
张承龙（1986—），男，研究员，博士，主要研究方向为体系与系统总体设计、分布式与无人作战技术、人工智能技术应用
张　杰（1999—），男，博士研究生，主要研究方向为体系工程与体系仿真、智能优化
王　涛（1976—），男，教授，博士，主要研究方向为战略规划评估、体系工程与体系仿真
基金资助:
国家自然科学基金（72471234）；国家社会科学基金 (2022-SKJJ-B-104)；基础科研计划（JCKY2022204A001）资助课题

Research on modeling and simulation evaluation method of system-of-systems network dynamics

Xiaobo LI¹, Zhijie HUANG¹^,*(), Chenglong ZHANG², Jie ZHANG¹, Tao WANG¹, Tian JING¹

1. College of Systems Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
2. Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China

Received:2025-03-14 Revised:2025-06-30 Online:2025-09-29 Published:2025-09-29
Contact: Zhijie HUANG E-mail:huangzhijie23@foxmail.com

摘要/Abstract

摘要：

面向体系架构设计方案的仿真优化问题，针对体系架构静态分析在对抗行为刻画方面的不足，以及体系效能存在仿真抽象层次低、方案空间探索效率低、难以揭示深层次的机理规律等问题，提出体系网络动力学建模与仿真方法。该方法结合建模与仿真形式体系理论和网络动力学理论，采取形式化、规范化方法来对作战体系的构成要素及其连接方式、行为机制和演化机理进行网络化建模和动态行为仿真。首先对相关研究现状进行综述分析，然后提出体系网络动力学建模与仿真的方法框架，接着从模型规范、仿真算法和评估指标3个方面详细阐述所提方法的形式体系内涵，并且在自研仿真系统原型的基础上开展案例验证。案例研究表明该方法能够以可解释因果机理的方式实现对体系设计方案空间的快速计算实验与广度寻优。

关键词: 网络动力学, 建模与仿真, 评估, 优化

Abstract:

Focused on the simulation optimization problem in system-of-systems architecture design solutions, aiming at the the limitations of system-of-systems architecture static analysis in characterizing adversarial behaviors, as well as issues in system-of-systems effectiveness simulation, such as low abstraction levels, inefficient exploration of the solution space, and difficulties in revealing underlying causal mechanisms. A network dynamics modeling and simulation method for system of systems is proposed. This method integrates modeling and simulation formal system-of-systems theory and network dynamics theory. It employs formalized and standardized approaches to constituent elements of combat system-of-systems, their interconnections, behavioral mechanisms, and evolutionary principles through network modeling and dynamic behavior simulation.Firstly, the related research status is reviewed and analyzed, and then the method framework of modeling and simulation of system-of-systems network dynamics is proposed. Then the formal system-of-systems connotation of the proposed method is elaborated from three aspects of model specification, simulation algorithm and evaluation index, and the case verification is carried out on the basis of self-developed simulation system prototype. The case study shows that this method can realize the rapid calculation experiment and wide optimization of the system-of-systems design scheme space in the way of explaining the causal mechanism.

Key words: network dynamics, modeling and simulation, assessment, optimization

中图分类号:

TP 311

李小波, 黄智捷, 张承龙, 张杰, 王涛, 井田. 体系网络动力学建模与仿真评估方法研究[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3901-3911.

Xiaobo LI, Zhijie HUANG, Chenglong ZHANG, Jie ZHANG, Tao WANG, Tian JING. Research on modeling and simulation evaluation method of system-of-systems network dynamics[J]. Systems Engineering and Electronics, 2025, 47(12): 3901-3911.

图/表 10

图1

表1

图2

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表2

表3

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表4

表5

表6

参考文献 31

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节点类型	符号	功能描述	实例
探测	S	获取（收集）数据和信息	雷达
决策	D	使用状态感知信息做出决策	指控中心
行动	I	接收决策节点传来的信息，执行决策	无人机、无人车

变量	子变量	物理意义	实验数据
$ {{Q}} $	S1	（探测平台）探测距离	理论最大探测距离、实际最大探测距离
	S2	（通信组件）通信距离	理论最大通信距离、实际最大通信距离
	S3	（火力系统）射程	理论最大射程、实际最大打击距离
	I1	武器打击当量	武器打击当量
	I2	武器打击精度	理论打击精度、实际打击精度

变量	子变量	物理意义
V	T1	首次探测到目标的时间
	T2	首次识别目标的时间
	T3	加入目标列表的时间
	T4	指控收到目标信息的时间
	T5	指控系统分配武器时间
	T6	武器系统收到指令的时间
	T7	武器系统发射命令执行的时间
	T8	武器系统完成打击的时间
	T9	侦察完成评估并上传的时间

方案	闭合时间/s
1	1550
2	1497
3	1468

作战方	方案1	方案2	方案3
红方	0.74	0.83	1

体系网络动力学建模与仿真评估方法研究

Research on modeling and simulation evaluation method of system-of-systems network dynamics

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