盧道華 穆興興

（江蘇科技大學(xué) 鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

現(xiàn)代反艦武器的隱蔽與突防能力越來越強(qiáng)，水面艦艇的反導(dǎo)防御，尤其是對(duì)掠海飛行的反艦導(dǎo)彈的防御，越來越被各國海軍所重視［1］。艦艇近防是指軍艦在近距離對(duì)空中等近距離目標(biāo)的防御。當(dāng)今艦艇的主要近防對(duì)象是掠海飛行的反艦導(dǎo)彈等空中目標(biāo)，本文的近防是指近距離防空，即艦艇利用艦艇近防武器對(duì)近距離空中目標(biāo)的防御。

本文主要以某新型護(hù)衛(wèi)艦為研究對(duì)象來構(gòu)建基于MAS技術(shù)的艦艇近防系統(tǒng)。該系統(tǒng)能迅速、獨(dú)立地對(duì)空中來襲目標(biāo)做出防御，并且能夠協(xié)同控制其內(nèi)部Agent完成共同任務(wù)，是一種能夠自我完善、經(jīng)驗(yàn)積累和分享的新型智能艦載系統(tǒng)。

2 MAS近防系統(tǒng)的概念和原理

2.1 MAS近防系統(tǒng)的概念

2.1.1 Agent與 MAS的相關(guān)知識(shí)

Agent一詞的主要意思是“代理（人）”，但這里的Agent還具有更多的含義。簡單來說，Agent是一種實(shí)體，而且是一種具有智能的實(shí)體。這種實(shí)體可以是智能軟件、智能設(shè)備、智能機(jī)器人或智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等等，甚至也可以是人［2］。國內(nèi)人工智能文獻(xiàn)中對(duì)Agent的翻譯稱呼有智能體、主體、智能Agent等，現(xiàn)在則逐漸趨向于不翻譯而直接使用Agent［3］。Agent的抽象模型是具有傳感器和效應(yīng)器，處于某一環(huán)境中的實(shí)體。它通過傳感器感知環(huán)境；通過效應(yīng)器作用于環(huán)境；它能運(yùn)用自己所擁有知識(shí)進(jìn)行問題求解；它還能與其它Agent進(jìn)行信息交流并協(xié)同工作。

圖1 Agent的結(jié)構(gòu)模型（虛線內(nèi)）

圖2 MAS結(jié)構(gòu)圖

MAS是多Agent系統(tǒng)的簡稱，從Agent的特性可以看出，Agent的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是它的社會(huì)性。所以，Agent的應(yīng)用主要是以多個(gè)Agent協(xié)作的形式出現(xiàn)。因而多Agent系統(tǒng)就成為Agent技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)研究課題［4］。多Agent系統(tǒng)是一個(gè)松散耦合的Agent網(wǎng)絡(luò)，這些Agent通過交互、協(xié)作進(jìn)行單個(gè)A-gent能力或知識(shí)所不及的問題求解［5］。MAS中每一個(gè)Agent都是自主的，它們可以由不同的設(shè)計(jì)方法和語言開發(fā)而成，因而可能是完全異質(zhì)的。多A-gent系統(tǒng)具有如下特征：1）每個(gè)Agent擁有解決問題的不完全的信息或能力；2）沒有系統(tǒng)全局控制；3）數(shù)據(jù)是分散的；4）計(jì)算是異步的。

2.1.2 MAS近防系統(tǒng)的定義

MAS近防系統(tǒng)是一種基于MAS技術(shù)的，控制艦載武器對(duì)近距離目標(biāo)實(shí)施攻擊或攔截的艦載火力控制系統(tǒng)。它的最大特點(diǎn)是其不僅具備A－gent的相關(guān)屬性—自主性、反映性、適應(yīng)性和社會(huì)性，而且從整體上還體現(xiàn)多Agent系統(tǒng)所包含的特點(diǎn)［6］。MAS艦艇近防系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)作戰(zhàn)指揮命令，利用可獲取的各種戰(zhàn)場信息、數(shù)據(jù)、對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤，實(shí)時(shí)提供控制武器發(fā)射所需參數(shù)，協(xié)同的控制武器準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)實(shí)施有效打擊或攔截。MAS艦艇近防系統(tǒng)具有下列主要性質(zhì)：

1）組成MAS艦艇近防系統(tǒng)的各Agent具有A-gent所具備的性質(zhì)，即其既能夠在沒有人或別的A－gent的干預(yù)下，主動(dòng)地自發(fā)地控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)，并且還有自己的目標(biāo)或意圖，能夠感知環(huán)境，并通過行為改變環(huán)境，能根據(jù)目標(biāo)、環(huán)境等的要求和制約作出行動(dòng)計(jì)劃，并根據(jù)環(huán)境的變化，修改自己的目標(biāo)和計(jì)劃，與其它Agent在同一環(huán)境中協(xié)同工作。

2）能根據(jù)接收到的探測設(shè)備探測信息和自身探測信息判斷并做出最佳的防御方案，并能通過近防武器將目標(biāo)攔截，在緊急狀態(tài)下，某一Agent能越過規(guī)劃Agent迅速做出反應(yīng)，如在只有艦載近防炮能攔截的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈，近防炮Agent將直接做出反應(yīng)，而不需要綜合Agent的指揮。

3）協(xié)調(diào)控制多個(gè)Agent共同完成對(duì)目標(biāo)的攔截，使攔截成功率最大。

4）MAS艦艇近防系統(tǒng)的又一大特點(diǎn)是其經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的能力，既通過訓(xùn)練以及實(shí)戰(zhàn)來學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)不同情況下對(duì)艦艇的不同威脅，并且可以在多艘艦艇的近防系統(tǒng)間進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，這樣，在遇到相似情況下MAS近防系統(tǒng)就可以直接調(diào)用防御方案，并且，一艘艦參加戰(zhàn)斗，其經(jīng)驗(yàn)會(huì)分享給其他的艦艇。

2.2 MAS近防系統(tǒng)

2.2.1 MAS近防系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

按硬件組成結(jié)構(gòu)，如MAS艦艇近防系統(tǒng)由信息傳感器、艦載武器及發(fā)射裝置和指控設(shè)備組成，以國產(chǎn)某新型護(hù)衛(wèi)艦為例，如圖3所示，MAS艦艇近防系統(tǒng)由信息搜索跟蹤制導(dǎo)設(shè)備（預(yù)警雷達(dá)、光電搜索設(shè)備、照射雷達(dá)、跟蹤制導(dǎo)設(shè)備等）、指控顯示設(shè)備（顯控臺(tái)、數(shù)據(jù)處理機(jī)等）、武器設(shè)備（包括防空導(dǎo)彈、主炮、近防炮、以及發(fā)射控制設(shè)備等）構(gòu)成。

圖3 MAS艦艇近防系統(tǒng)的硬件組成

按組成 MAS系統(tǒng)的Agent，如圖4，MAS近防系統(tǒng)可分為信息綜合Agent，任務(wù)規(guī)劃Agent，協(xié)同控制Agent，防空導(dǎo)彈Agent，誘餌彈Agent，主炮Agent，速射炮Agent。

圖4 MAS艦艇近防系統(tǒng)Agent組成

2.2.2 MAS艦艇近防系統(tǒng)的工作原理

組成MAS近防系統(tǒng)的各Agent通過協(xié)同控制共同完成攔截反艦導(dǎo)彈的任務(wù)。但其中各A－gent具有不同的作用：

1）信息綜合Agent。負(fù)責(zé)接收整理艦艇探測設(shè)備的信息和艦艇其他信息，當(dāng)探測到目標(biāo)后與數(shù)據(jù)庫信息比對(duì)得出目標(biāo)的相關(guān)信息并判斷是否需要攔截。且對(duì)威脅進(jìn)行分級(jí)進(jìn)而為其他Agent分配優(yōu)先級(jí)，值得提出的是在某些Agent分配到了高優(yōu)先級(jí)時(shí)，其可以跳過任務(wù)規(guī)劃Agent的建議，去立刻對(duì)威脅作出反應(yīng)，比如當(dāng)近防炮分配到最高優(yōu)先級(jí)時(shí)，說明來襲反艦導(dǎo)彈已經(jīng)不在防空導(dǎo)彈以及主炮的攔截范圍了，這時(shí)候近防炮將跳過MAS近防系統(tǒng)而立刻獨(dú)自的進(jìn)行攔截。

2）任務(wù)規(guī)劃Agent。當(dāng)確認(rèn)來襲目標(biāo)需要攔截時(shí)，根據(jù)其威脅等級(jí)并綜合其他必要信息，且參照數(shù)據(jù)庫的已有信息規(guī)劃出最佳的攔截方案。

3）輔助控制Agent。負(fù)責(zé)MAS艦艇近防系統(tǒng)在不同時(shí)刻（訓(xùn)練、作戰(zhàn)和系統(tǒng)檢查維修）的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與效能分析，并將這些經(jīng)驗(yàn)寫入數(shù)據(jù)庫，供艦艇遇到相似情況能快速采取正確的防御方案，提高攔截成功率，它體現(xiàn)了MAS的自學(xué)習(xí)特點(diǎn)。

4）各近防武器Agent。各近防武器Agent都能自主攔截來襲目標(biāo)，它們都有獨(dú)立的軟硬件設(shè)備。垂直發(fā)射的艦空導(dǎo)彈采用主動(dòng)單脈沖雷達(dá)制導(dǎo)，它使用火陣?yán)走_(dá)能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈對(duì)付不同目標(biāo)，其作戰(zhàn)目標(biāo)為戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)空射型導(dǎo)彈、直升機(jī)和無人機(jī)，主要擔(dān)負(fù)艦隊(duì)防空系統(tǒng)中的近程防御任務(wù)，因此艦空導(dǎo)彈是近防系統(tǒng)的第一道防線；干擾分為有源干擾與無源干擾，艦上裝有若干組工作在不同頻段的有源干擾機(jī)，實(shí)施電磁波干擾，而無源干擾設(shè)備彈通過釋放鋁箔與紅外誘餌來對(duì)來襲導(dǎo)彈進(jìn)行電磁與紅外干擾，是艦艇近防系統(tǒng)不可或缺的防御方式；主炮的射程介于導(dǎo)彈與速射炮之間，通過水幕射擊這種面對(duì)面的防御方式來進(jìn)行反導(dǎo)，在MAS艦艇近防系統(tǒng)的梯次攔截中填補(bǔ)了導(dǎo)彈最小有效距離與速射炮最佳有效距離間的攔截任務(wù)，起承上啟下的作用［7］；速射炮系統(tǒng)安置于箱形的炮塔上面，該系統(tǒng)可以提供對(duì)反艦導(dǎo)彈、飛機(jī)、近岸目標(biāo)、小型艦艇和水雷等目標(biāo)的點(diǎn)防御，多管小口徑火炮承擔(dān)后續(xù)攔擊和補(bǔ)充打擊的任務(wù)，依靠艦載中央系統(tǒng)進(jìn)行前期指揮，在自帶的制導(dǎo)系統(tǒng)鎖定目標(biāo)后轉(zhuǎn)入自動(dòng)模式，以極高的射速在反艦導(dǎo)彈的路徑構(gòu)筑一道密集的彈幕，是艦艇的最后一道屏障［9］。

2.2.3 MAS艦艇近防系統(tǒng)的工作過程

以某新型護(hù)衛(wèi)艦為研究對(duì)象，試想已完成了其各武器子系統(tǒng)的修改，并建立了MAS艦艇近防系統(tǒng)，則其工作過程描述為：

首先，在輔助控制Agent選擇下的某一模式中（分為三個(gè)模式—訓(xùn)練、作戰(zhàn)和系統(tǒng)檢查維修），艦艇進(jìn)行訓(xùn)練、作戰(zhàn)或者系統(tǒng)檢查維修的任務(wù)，并且在任務(wù)結(jié)束后，輔助控制Agent還承擔(dān)對(duì)這次任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與效能分析。

其次，綜合信息Agent對(duì)艦艇探測的信息與數(shù)據(jù)庫對(duì)比進(jìn)行分析并預(yù)警，在確認(rèn)來襲反艦導(dǎo)彈威脅后其將對(duì)威脅進(jìn)行分級(jí)并交由任務(wù)規(guī)劃Agent決定是否采取數(shù)據(jù)庫中已有方案進(jìn)行攔截，如果數(shù)據(jù)庫中沒有應(yīng)對(duì)方案，則交由任務(wù)規(guī)劃Agent規(guī)劃攔截方案。

最后，通過各武器Agent的系統(tǒng)控制近防武器對(duì)來襲導(dǎo)彈進(jìn)行攔截。

MAS艦艇近防系統(tǒng)的工作流程如圖5所示。

圖5 某國產(chǎn)新型護(hù)衛(wèi)艦作戰(zhàn)模式下的MAS艦艇近防系統(tǒng)

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 協(xié)同控制技術(shù)

如何協(xié)同控制不同的艦載武器攔截來襲反艦導(dǎo)彈是MAS近防系統(tǒng)的重要任務(wù)，組成MAS近防系統(tǒng)的各艦載武器Agent都具備單個(gè)Agent所具備的各種特性，即各艦載武器都能依靠自己對(duì)來襲反艦導(dǎo)彈進(jìn)行攔截，但由于各艦載武器的軟硬設(shè)施不同，它們都有攔截來襲威脅的最佳防御手段，所以當(dāng)遇反艦導(dǎo)彈來襲時(shí)如何協(xié)同控制各艦載武器，使它們能充分發(fā)揮其最佳攔截效果就成為了MAS近防系統(tǒng)協(xié)同控制的首要任務(wù)。MAS近防系統(tǒng)協(xié)同控制的解決方法是信息綜合Agent對(duì)威脅的評(píng)估和分級(jí)，當(dāng)來襲反艦導(dǎo)彈被艦載信息探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)后，信息綜合Agent根據(jù)其特征分析并與數(shù)據(jù)庫比對(duì)并對(duì)威脅進(jìn)行評(píng)估，并賦予其相應(yīng)的威脅等級(jí)，進(jìn)而為其他Agent分配優(yōu)先級(jí)，任務(wù)規(guī)劃Agent將根據(jù)各武器Agent的優(yōu)先級(jí)規(guī)劃出最佳的攔截手段，這樣就可以避免當(dāng)來襲反艦導(dǎo)彈被發(fā)現(xiàn)后艦載武器各自為戰(zhàn)所造成的混亂與攔截效率問題，充分發(fā)揮分層攔截的優(yōu)勢，并且當(dāng)受到飽和攻擊時(shí)也能協(xié)同不同的艦載武器應(yīng)對(duì)威脅，大大提高艦艇的抗飽和攻擊能力，值得提出的是在某些Agent分配到了高優(yōu)先級(jí)時(shí)，其可以跳過任務(wù)規(guī)劃Agent的建議，立刻對(duì)威脅作出反應(yīng)，比如當(dāng)近防炮分配到最高優(yōu)先級(jí)時(shí)，說明來襲反艦導(dǎo)彈已經(jīng)不在防空導(dǎo)彈以及主炮的攔截范圍了，這時(shí)候近防炮將跳過MAS近防系統(tǒng)立刻對(duì)威脅進(jìn)行攔截。

3.2 智能學(xué)習(xí)技術(shù)

MAS艦艇近防系統(tǒng)的又一大特點(diǎn)是其經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的能力，既通過訓(xùn)練以及實(shí)戰(zhàn)來學(xué)習(xí)如何應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下的不同威脅，并且可以在多艘艦艇的近防系統(tǒng)間進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，這樣，當(dāng)艦艇遇到相似情況下MAS近防系統(tǒng)就可以直接調(diào)用已有防御方案，并且，一艘艦參加戰(zhàn)斗，其經(jīng)驗(yàn)會(huì)分享給其他的艦艇。MAS艦艇近防系統(tǒng)有三種模式—訓(xùn)練、作戰(zhàn)和系統(tǒng)檢查維修，其學(xué)習(xí)功能貫穿艦艇的訓(xùn)練、作戰(zhàn)和系統(tǒng)檢查維修的任務(wù)中。當(dāng)MAS艦艇近防系統(tǒng)完成三種模式中的某一任務(wù)后，輔助控制A-gent將對(duì)這次任務(wù)的結(jié)果進(jìn)行分析，如果任務(wù)效果滿足相應(yīng)要求，輔助控制Agent便將本次任務(wù)的相關(guān)信息與任務(wù)規(guī)劃結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，在艦艇再次遇到相同任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)便可以直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫中已有的解決方案來完成任務(wù)，從而大大縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，提高了系統(tǒng)效率和在實(shí)戰(zhàn)中提高了艦艇生存能力。MAS艦艇近防系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力還體現(xiàn)在艦艇的訓(xùn)練中，訓(xùn)練中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)苤苯犹峁┙o實(shí)戰(zhàn)中的艦艇，從而提高了艦艇生存能力。

3.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫是MAS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，在MAS艦艇近防系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)庫由每個(gè)Agent的數(shù)據(jù)庫共同構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫中包含著近防目標(biāo)的參數(shù)和特征、近防系統(tǒng)應(yīng)對(duì)威脅的解決方案等信息，數(shù)據(jù)庫信息以表的形式存儲(chǔ)在專門的存儲(chǔ)介質(zhì)中，通過DBMS完成對(duì)數(shù)據(jù)的插入、查詢、刪除等，最后供艦艇的近防系統(tǒng)調(diào)用。信息綜合Agent的數(shù)據(jù)庫中包含有各種威脅的相關(guān)信息，如各型反艦導(dǎo)彈的相關(guān)特征參數(shù)，探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)反艦導(dǎo)彈時(shí)的距離、高度、速度、方向角等信息，信息綜合Agent將對(duì)威脅進(jìn)行評(píng)估并賦予威脅等級(jí)；任務(wù)規(guī)劃Agent的數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)有各種威脅下的應(yīng)對(duì)方案，如果威脅是已知等級(jí)則可直接調(diào)用相應(yīng)威脅下的防御方案，如果是未知威脅，則由任務(wù)規(guī)劃Agent根據(jù)信息規(guī)劃解決方案；各武器Agent的數(shù)據(jù)庫中則存有各種武器的發(fā)射參數(shù)等與武器發(fā)射相關(guān)的信息。需要指出的是雖然各Agent擁有其相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，但是在硬件上這些數(shù)據(jù)庫可以存儲(chǔ)在同一介質(zhì)上，即使不在同一介質(zhì)上，它們之間也是信息共享的，既各A-gent的數(shù)據(jù)庫同屬于MAS系統(tǒng)的總數(shù)據(jù)庫，它們之間是共享的。MAS近防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容決定近防系統(tǒng)的防御能力，大量的訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息的來源，不同軍艦間通過數(shù)據(jù)庫的信息共享相互學(xué)習(xí)戰(zhàn)斗等經(jīng)驗(yàn)，從而快速提高軍艦的近防能力。

4 結(jié)語

本文介紹了MAS近防系統(tǒng)的功能原理與組成，并重點(diǎn)介紹了MAS艦艇近防系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)?？梢钥闯鯩AS近防系統(tǒng)具有攔截反應(yīng)時(shí)間短、效率高，協(xié)同作戰(zhàn)能力與抗飽和攻擊能力強(qiáng)，攔截成功率高，系統(tǒng)安全性強(qiáng)，可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行梯次攔截，環(huán)境適應(yīng)能力突出等特點(diǎn)，通過對(duì)作戰(zhàn)與訓(xùn)練的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)與共享，大大提高了艦艇的作戰(zhàn)效果與生存能力。

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