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本書內(nèi)容主要聚焦于集群彈藥智能組群的方法及相關(guān)應(yīng)用，在部分章節(jié)列舉了相關(guān)案例展開討論。本書的內(nèi)容涵蓋了受自然大規(guī)模生物集群啟發(fā)得到的人工集群系統(tǒng)概述，集群彈藥的數(shù)學(xué)模型及涌現(xiàn)機(jī)理，混合式體系架構(gòu)，仿生組群原理及關(guān)鍵技術(shù)，集群彈藥的博弈、制導(dǎo)與控制之間的關(guān)系，集群彈藥的效能評估及驗(yàn)證手段等多項(xiàng)內(nèi)容。

隨著人工智能浪潮的爆發(fā)、相關(guān)科技應(yīng)用成果在各領(lǐng)域不斷落地以及信息技術(shù)與武器系統(tǒng)的深度結(jié)合，眾多軍事強(qiáng)國將智能技術(shù)作為改變游戲規(guī)則的顛覆性技術(shù)。美俄均將智能裝備作為軍事裝備現(xiàn)代化的優(yōu)先領(lǐng)域，作為機(jī)械化軍團(tuán)的有益補(bǔ)充，列裝智能無人裝備投入戰(zhàn)場應(yīng)用。武器裝備依托智能運(yùn)算平臺進(jìn)行分析和推理，在戰(zhàn)場實(shí)施自主作戰(zhàn)和人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，解放人力進(jìn)行創(chuàng)造性的戰(zhàn)場管理和戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃。作為作戰(zhàn)單元的打擊終端，集群彈藥是以智能化無人控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)為支撐的集群式智能裝備，是未來戰(zhàn)場不可或缺的一部分，其作戰(zhàn)形式主要包括對地低空突防偵察打擊、對空反無人集群、對海大型目標(biāo)飽和攻擊等。它不僅僅是彈藥數(shù)量的單純增加，而是從作戰(zhàn)核心到配套戰(zhàn)法由里及外的技術(shù)創(chuàng)新，可以實(shí)現(xiàn)以小取勝、以量取勝、以高效協(xié)同取勝，可使表面看似雜亂的戰(zhàn)場整齊劃一，形成生物集群效應(yīng)一般的作戰(zhàn)攻勢。集群彈藥采取將兵力要素進(jìn)行分布式化的作戰(zhàn)構(gòu)想，更容易融入新技術(shù)和新戰(zhàn)術(shù)，指揮構(gòu)架更靈活，對手的意圖辨識難度更大，執(zhí)行效率更高，行動領(lǐng)域更廣泛，從而能夠綜合提高在復(fù)雜環(huán)境下完成各類作戰(zhàn)任務(wù)的能力。分布式作戰(zhàn)是OODA優(yōu)勢思想的繼承和演繹，一方面，通過分布式機(jī)動制造機(jī)會，打擊敵關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)，充分運(yùn)用智能裝備的反應(yīng)速度奪取主動權(quán)，控制作戰(zhàn)節(jié)奏，使敵倉促應(yīng)戰(zhàn)；另一方面，通過變化無常的作戰(zhàn)行動，使敵無法輕易找到己方的行動規(guī)律，能夠在聯(lián)合作戰(zhàn)空間實(shí)現(xiàn)平臺分布、效果聚合的多途徑作戰(zhàn)。
然而，智能集群彈藥的發(fā)展目前尚處在作戰(zhàn)概念、理論建模、基礎(chǔ)技術(shù)儲備階段，尚未形成有效的理論和成熟的技術(shù)指導(dǎo)該類武器裝備的設(shè)計(jì)與研制。大規(guī)模智能集群智能彈藥的研制繼承了常規(guī)彈藥、制導(dǎo)彈藥、靈巧彈藥等特點(diǎn)，開展此類武器裝備的基礎(chǔ)理論研究，有助于我軍搶占先機(jī)，發(fā)揮先發(fā)優(yōu)勢，同時也可以提早研究針對類似裝備的應(yīng)對方法。
本書內(nèi)容主要聚焦于集群彈藥智能組群的方法及相關(guān)應(yīng)用，在部分章節(jié)列舉了相關(guān)案例展開討論。本書的內(nèi)容涵蓋了受自然大規(guī)模生物集群啟發(fā)得到的人工集群系統(tǒng)概述，集群彈藥的數(shù)學(xué)模型及涌現(xiàn)機(jī)理，混合式體系架構(gòu)，仿生組群原理及關(guān)鍵技術(shù)，集群彈藥的博弈、制導(dǎo)與控制之間的關(guān)系，集群彈藥的效能評估及驗(yàn)證手段等多項(xiàng)內(nèi)容。
本書共7章。其中，第1章從集群智能的概念入手，結(jié)合彈藥在戰(zhàn)場上的任務(wù)使命，逐步明確集群彈藥的概念，以及與經(jīng)典馬爾可夫決策過程和多智能體理論的關(guān)聯(lián)。第2章基于集群彈藥的定義和特征，構(gòu)建集群彈藥自底而上的自組織數(shù)學(xué)模型，分析其涌現(xiàn)機(jī)理，將集群研究和彈藥特性之間進(jìn)行映射，輔助研究人員設(shè)計(jì)集群彈藥平臺、集群決策算法、協(xié)同控制算法。第3章介紹慎思式集群作戰(zhàn)任務(wù)驅(qū)動體系架構(gòu)、反應(yīng)式個體行為規(guī)則驅(qū)動體系架構(gòu)以及二者構(gòu)成的混合式體系架構(gòu)，并結(jié)合具體案例給出數(shù)學(xué)模型和決策方法。第4章重點(diǎn)介紹基于視覺的仿生組群方法，給出在不依賴通信的前提下實(shí)現(xiàn)智能彈藥集群的協(xié)作的可行方案。第5章探索博弈理論對集群彈藥的適用性，探索多約束條件下的協(xié)同制導(dǎo)律設(shè)計(jì)，探索在保證單體彈藥制導(dǎo)精度基礎(chǔ)上制導(dǎo)成本的降低。第6章從開發(fā)/研制集群彈藥角度出發(fā)，面向給定任務(wù)需求，介紹集群彈藥的效能評估體系及方法。第7章針對現(xiàn)有集群仿真系統(tǒng)精度低的難題，介紹了高細(xì)粒度硬件在回路仿真系統(tǒng)，并針對具體案例描述該仿真系統(tǒng)的使用情況。
本書在撰寫過程中獲得了多位專家、學(xué)者的指導(dǎo)，在此感謝北京理工大學(xué)馬寶華教授，陸軍研究院沈曉軍研究員、游寧研究員，航天科工三院程進(jìn)研究員、關(guān)震宇研究員，北京理工大學(xué)楊東曉副研究員、楊宇副研究員、楊亞超、熊婧、王子泉、徐驍、王振北、康森波對本書的貢獻(xiàn)以及寶貴意見。本書的部分研究工作獲得了自然科學(xué)基金項(xiàng)目（62373053，62103048）的支持。
由于本書涉及內(nèi)容廣泛，著者水平有限，書中難免會出現(xiàn)疏漏和不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。

李杰，工學(xué)博士，教授，北京理工大學(xué)兵器科學(xué)與技術(shù)博士生導(dǎo)師。主要從事無人巡飛系統(tǒng)技術(shù)、彈載信息集成控制技術(shù)、引信直列式安全系統(tǒng)技術(shù)等方面的教學(xué)科研工作。在國內(nèi)率先開展引信安全系統(tǒng)信息化、炮射/彈載無人機(jī)及云彈藥等相關(guān)技術(shù)研究，以第一獲獎人獲國防科學(xué)技術(shù)二等獎2項(xiàng)，三等獎3項(xiàng)，發(fā)明專利40余項(xiàng)。發(fā)表《云彈藥系統(tǒng)》《云彈藥引信的技術(shù)命題》等論文，出版《無人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成》《智能集群--從自然到人工系統(tǒng)》《機(jī)械電子學(xué)》等著作。
李娟，工學(xué)博士，預(yù)聘助理教授，北京理工大學(xué)兵器科學(xué)與技術(shù)碩士生導(dǎo)師。主要從事集群智能優(yōu)化算法的基礎(chǔ)理論研究以及在軍事運(yùn)籌學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用等方面的教學(xué)科研工作。主持博士后面上一等資助、兵器科學(xué)與技術(shù)方向首個博士后站前資助、國家自然科學(xué)基金委員會青年項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年托舉人才項(xiàng)目。在集群優(yōu)化與決策和不確定性處理的共性理論方面取得了較好的研究成果，以第一作者或通訊身份發(fā)表SCI論文9篇，其中頂級期刊6篇，會議EI論文19篇。申報(bào)發(fā)明專利6項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著2部。獲北京理工大學(xué)教書育人類表彰、北京市本科畢設(shè)優(yōu)秀指導(dǎo)教師、北京理工大學(xué)優(yōu)秀博士后等稱號。
劉暢，工學(xué)博士，副研究員，北京理工大學(xué)長三角研究院（嘉興）碩士導(dǎo)師。主要從事智能巡飛無人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、導(dǎo)航控制與制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集群巡飛無人系統(tǒng)組群方法及應(yīng)用等方面的教學(xué)科研工作。先后研制了2型小型電動力巡飛無人系統(tǒng)、1型硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，以第二獲獎人獲得國防科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎三等獎1項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著2部、發(fā)表學(xué)術(shù)論文14篇，授權(quán)專利17項(xiàng)。
李兵，工學(xué)博士，研究員，中國航天科技集團(tuán)青年拔尖人才計(jì)劃，科技部專家?guī)鞂＜�，航天七院七部無人系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＜�，航天七院科技英才第二層次和青年拔尖人才�?jì)劃，四川省科技青年聯(lián)合會常務(wù)理事，成都理工大學(xué)客座教授，省級工程技術(shù)中心專家委員會成員，無人系統(tǒng)專題項(xiàng)目辦副主任，中國指控學(xué)會網(wǎng)絡(luò)信息體系工程咨詢專家、智能博弈與兵棋推演專委會常務(wù)委員和青年工委會常務(wù)委員等。主要從事火力指揮控制、多智能體協(xié)同控制、智能無人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與集成等方面的科研工作。獲國防科技進(jìn)步獎三等獎1項(xiàng)，集團(tuán)科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，形成學(xué)術(shù)論文30篇，出版專著1部，受理專利22項(xiàng)，授權(quán)專利6項(xiàng)。

第1 章　集群智能概述…………………………………………………………… 001
　　1. 1　集群智能的起源及特征……………………………………………… 002
　　1. 2　自然界大規(guī)模生物集群的啟示……………………………………… 003
　　1. 3　集群行為的關(guān)鍵因素………………………………………………… 005
　　1. 4　集群行為與馬爾可夫決策過程……………………………………… 007
　　　　1. 4. 1　馬爾可夫決策過程………………………………………… 008
　　　　1. 4. 2　部分可觀察馬爾可夫決策過程…………………………… 010
　　　　1. 4. 3　分布式部分可觀測馬爾可夫決策過程…………………… 011
　　　　1. 4. 4　集群中的馬爾可夫決策過程……………………………… 012
　　1. 5　集群智能與多智能體理論…………………………………………… 013
　　　　1. 5. 1　智能體的定義與理解……………………………………… 014
　　　　1. 5. 2　慎思型智能體和反應(yīng)型智能體…………………………… 014
　　　　1. 5. 3　多智能體間的協(xié)商………………………………………… 016
　　　　1. 5. 4　多智能體間的通信………………………………………… 018
　　1. 6　集群智能與決策、優(yōu)化、學(xué)習(xí)的關(guān)系…………………………… 019
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 021
第2 章　集群彈藥的數(shù)學(xué)模型及涌現(xiàn)機(jī)理…………………………………… 023
　　2. 1　彈藥與集群智能的聯(lián)系……………………………………………… 024
　　　　2. 1. 1　集群彈藥簡述……………………………………………… 024
　　　　2. 1. 2　彈藥與集群的映射關(guān)系…………………………………… 025
　　　　2. 1. 3　集群彈藥影響因素………………………………………… 027
　　　　2. 1. 4　集群彈藥的分類…………………………………………… 030
　　2. 2　集群彈藥的數(shù)學(xué)模型………………………………………………… 031
　　　　2. 2. 1　自底而上自組織模型……………………………………… 033
　　　　2. 2. 2　集群彈藥數(shù)學(xué)模型………………………………………… 037
　　2. 3　集群彈藥模型的理解………………………………………………… 042
　　　　2. 3. 1　自組織特性………………………………………………… 042
　　　　2. 3. 2　涌現(xiàn)特性…………………………………………………… 045
　　2. 4　以毀傷為驅(qū)動的參數(shù)學(xué)習(xí)…………………………………………… 047
　　　　2. 4. 1　以毀傷為基礎(chǔ)的價值函數(shù)設(shè)計(jì)…………………………… 047
　　　　2. 4. 2　數(shù)據(jù)采集與算法訓(xùn)練……………………………………… 048
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 050
第3 章　集群彈藥混合式體系架構(gòu)…………………………………………… 053
　　3. 1　慎思式集群作戰(zhàn)任務(wù)驅(qū)動范式……………………………………… 054
　　　　3. 1. 1　復(fù)雜環(huán)境預(yù)先任務(wù)分配…………………………………… 055
　　　　3. 1. 2　多目標(biāo)確定性武器- 目標(biāo)分配問題……………………… 061
　　　　3. 1. 3　多目標(biāo)不確定武器- 目標(biāo)分配問題……………………… 078
　　　　3. 1. 4　復(fù)雜環(huán)境實(shí)時任務(wù)分配…………………………………… 087
　　3. 2　反應(yīng)式個體行為規(guī)則驅(qū)動范式……………………………………… 106
　　　　3. 2. 1　自組織行為演化流程……………………………………… 108
　　　　3. 2. 2　個體行為規(guī)則……………………………………………… 108
　　　　3. 2. 3　行為原型…………………………………………………… 111
　　　　3. 2. 4　基于啟發(fā)式算法的多規(guī)則組合優(yōu)化方法………………… 111
　　　　3. 2. 5　試驗(yàn)驗(yàn)證…………………………………………………… 112
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 133
第4 章　仿生組群原理及關(guān)鍵技術(shù)…………………………………………… 141
　　4. 1　概述…………………………………………………………………… 143
4. 2　視覺驅(qū)動的集群協(xié)作模型…………………………………………… 145
　　　　4. 2. 1　視覺輸入層………………………………………………… 146
　　　　4. 2. 2　視覺信息層………………………………………………… 148
　　　　4. 2. 3　行為規(guī)則層………………………………………………… 150
　　　　4. 2. 4　動作輸出層………………………………………………… 151
　　4. 3　任務(wù)導(dǎo)向的表型優(yōu)化………………………………………………… 151
　　　　4. 3. 1　編碼與交叉變異…………………………………………… 152
　　　　4. 3. 2　解碼與選擇………………………………………………… 154
　　4. 4　數(shù)值試驗(yàn)與結(jié)果分析………………………………………………… 155
　　　　4. 4. 1　算例構(gòu)建…………………………………………………… 155
　　　　4. 4. 2　對比參數(shù)設(shè)置……………………………………………… 156
　　　　4. 4. 3　彈藥集群性能指標(biāo)………………………………………… 157
　　　　4. 4. 4　試驗(yàn)結(jié)果與分析…………………………………………… 158
　　4. 5　小結(jié)…………………………………………………………………… 169
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 170
第5 章　集群彈藥的博弈、制導(dǎo)與控制……………………………………… 177
　　5. 1　博弈和集群彈藥的關(guān)系……………………………………………… 178
　　　　5. 1. 1　三方微分博弈決策模型…………………………………… 180
　　　　5. 1. 2　微分博弈控制的最優(yōu)性分析……………………………… 182
　　　　5. 1. 3　基于雙重拍賣的TAD 匹配方法…………………………… 183
　　5. 2　集群協(xié)同末制導(dǎo)……………………………………………………… 185
　　　　5. 2. 1　彈著角約束下的制導(dǎo)……………………………………… 185
　　　　5. 2. 2　時間約束下的末制導(dǎo)……………………………………… 188
　　　　5. 2. 3　初步仿真驗(yàn)證……………………………………………… 192
　　　　5. 2. 4　小結(jié)…………………………………………………………… 200
　　5. 3　低成本末制導(dǎo)技術(shù)…………………………………………………… 200
　　　　5. 3. 1　捷聯(lián)制導(dǎo)回路系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)…………………………… 201
　　　　5. 3. 2　成像反饋回路設(shè)計(jì)………………………………………… 204
　　　　5. 3. 3　智能彈藥縱向制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………… 209
　　　　5. 3. 4　智能彈藥橫向制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………… 214
　　　　5. 3. 5　小結(jié)…………………………………………………………… 221
　　5. 4　本章小結(jié)……………………………………………………………… 221
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 221
第6 章　集群彈藥效能評估方法……………………………………………… 225
　　6. 1　智能集群彈藥評價體系的構(gòu)建……………………………………… 226
　　　　6. 1. 1　集群彈藥能力評估指標(biāo)體系構(gòu)建………………………… 227
　　　　6. 1. 2　集群彈藥能力評估系統(tǒng)搭建……………………………… 229
　　　　6. 1. 3　集群彈藥能力評估測試流程建立………………………… 233
　　　　6. 1. 4　常見評估方法……………………………………………… 234
　　6. 2　集群彈藥應(yīng)用場景探究……………………………………………… 238
　　　　6. 2. 1　集群彈藥協(xié)同作戰(zhàn)有效性分析…………………………… 240
　　　　6. 2. 2　影響集群彈藥協(xié)同作戰(zhàn)能力的核心要素探究…………… 244
　　　　6. 2. 3　小結(jié)…………………………………………………………… 247
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 247
第7 章　集群彈藥驗(yàn)證手段……………………………………………………… 249
　　7. 1　硬件在回路仿真系統(tǒng)………………………………………………… 251
　　　　7. 1. 1　仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)………………………………………… 252
　　　　7. 1. 2　基于數(shù)字孿生技術(shù)的集群建模…………………………… 258
　　　　7. 1. 3　系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)……………………………………… 269
　　7. 2　彈載決策與控制軟件的設(shè)計(jì)………………………………………… 280
　　　　7. 2. 1　分布式?jīng)Q策框架的構(gòu)建…………………………………… 280
　　　　7. 2. 2　信息交互方法……………………………………………… 282
　　　　7. 2. 3　集群信息的獲取…………………………………………… 284
　　7. 3　基于視場投影模型的仿生集群……………………………………… 285
　　　　7. 3. 1　視場投影模型……………………………………………… 285
　　　　7. 3. 2　基于行為規(guī)則的集群控制方法…………………………… 286
　　　　7. 3. 3　行為規(guī)則權(quán)重與集群彈藥任務(wù)的映射關(guān)系……………… 288
　　7. 4　風(fēng)場擾動環(huán)境下的編隊(duì)保持技術(shù)………………………………… 291
　　　　7. 4. 1　風(fēng)場擾動環(huán)境下的協(xié)同控制問題建模…………………… 292
　　　　7. 4. 2　編隊(duì)保持控制方法………………………………………… 294
　　7. 5　控制人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………… 296
　　7. 6　本章小結(jié)……………………………………………………………… 298
　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 299

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