李 冰

(西安航空職業(yè)技術學院，陜西 西安710089)

0 引 言

在海上作戰(zhàn)體系中，一個響應迅速、穩(wěn)定安全的通信電子作戰(zhàn)控制系統(tǒng)往往是整個戰(zhàn)爭體系的中樞，成為決定戰(zhàn)爭成敗的關鍵因素。整個系統(tǒng)不僅需要高性能及高穩(wěn)定性的硬件平臺，系統(tǒng)軟件的執(zhí)行效率、軟件接口對外界的反應速度、作戰(zhàn)控制系統(tǒng)中各軟件模塊之間的信息交互以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的加密解密同樣十分重要。

同時，現(xiàn)代化的作戰(zhàn)體系不僅需要各個作戰(zhàn)單元能夠自主地對戰(zhàn)場復雜的環(huán)境做出自適應的處理及反饋，同時，各作戰(zhàn)單元能夠相互協(xié)作，完成同一目標任務。

本文首先分析海上通信電子作戰(zhàn)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及關鍵技術，在此基礎上提出了一種基于多智能體Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)控制系統(tǒng)，詳細闡述了智能體Agent 抽象、智能體Agent 集群概念及各智能體之間的相互通信、整個模型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件設計及仿真平臺，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭指揮系統(tǒng)的設計提供了一種新的仿真方法。

1 海上通信電子作戰(zhàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)

海上通信電子作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)主要由信息處理系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)兩部分組成。其中信息處理系統(tǒng)包括艦船航行坐標及方向信息、武器火力信息、對方目標偵察跟蹤信息及通信信息;操作控制系統(tǒng)包括火力發(fā)射控制、戰(zhàn)爭情景融合控制、艦船航行方向控制及通信系統(tǒng)。其實時處理來自傳感器采集的數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)利用無線通信網(wǎng)進行信息發(fā)送與接收，對信息的接收和發(fā)送還需通過加密解密系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 指揮控制系統(tǒng)信息處理流程Fig.1 The information processing diagram of command and control system

在通信電子作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)中，最主要的功能包含以下幾個方面:

1)對外界信息的獲取。主要包括對對方信息的檢測、跟蹤及監(jiān)視等，對我方兄弟單位戰(zhàn)況信息的獲取，對上級發(fā)送信息的快速準確獲取等能力。

2)數(shù)據(jù)處理功能。主要包含對信息的加密解密、綜合分析、存儲及反饋等功能。

3)戰(zhàn)略決策能力，綜合各方信息進行分析，最后提供決策任務。

4)功能評估能力，評估整個作戰(zhàn)指揮軟件的戰(zhàn)略決策正確率及實效性。

1.2 Multi-Agent 系統(tǒng)

Agent 技術是一種利用分布式處理結(jié)構(gòu)，在仿真環(huán)境中構(gòu)建虛擬或?qū)嶓w的節(jié)點，同時每個節(jié)點構(gòu)建了整個作戰(zhàn)環(huán)境，利用自身節(jié)點的資源和信息處理能力來對外部命令做出相應的處理，與其他的Agent 直接進行信息接收與發(fā)送來構(gòu)建對同一目標的協(xié)作，完成整個系統(tǒng)在作戰(zhàn)中的共同任務?？梢哉J為一個單獨的Agent 智能體具有對復雜作戰(zhàn)環(huán)境下的自主分析與協(xié)調(diào)能力。

基于Multi-Agent的作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件仿真技術利用了各自節(jié)點的行為與屬性關系，通過對戰(zhàn)爭環(huán)境的模擬得到各個作戰(zhàn)單元之間的行為模式，同時利用了單獨的Agent 節(jié)點對整個作戰(zhàn)系統(tǒng)信息交互的修正與自反饋來研究整個作戰(zhàn)體系對外界的行為規(guī)律。同時，這種方式的仿真方法可以模糊對上一級系統(tǒng)的作戰(zhàn)行為，而把重點定位在Agent單元這一級，根據(jù)這一級的行為模式及運動參數(shù)去建立系統(tǒng)的同態(tài)結(jié)構(gòu)，比較利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性。

圖2 多智能體結(jié)構(gòu)的通信作戰(zhàn)控制系統(tǒng)仿真模型圖Fig.2 Communication operations control system simulationmodel based onmulti-Agent

對于現(xiàn)有的海上作戰(zhàn)電子指揮系統(tǒng)仿真平臺，由于環(huán)境極其復雜，很難有精準的數(shù)學模型來定量分析，通過基于Multi-Agent的軟件仿真，可以降低仿真環(huán)境的復雜度。

2 Multi-Agent 作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件原理及流程

2.1 通信電子作戰(zhàn)控制軟件仿真流程

基于Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件對單個作戰(zhàn)單元，即1個智能體Agent 可以用4個元素進行描述:智能體Agent 集群、單個智能體Agent控制的對象、所有Agent 集群所處的戰(zhàn)爭環(huán)境以及外界控制的模擬參數(shù)。

整個海上通信電子作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是一個對整個戰(zhàn)爭進行作戰(zhàn)兵力組織、管理、決策的過程。其利用當前的高頻電波對各作戰(zhàn)單元信號發(fā)送來控制其火力發(fā)射過程?；贛ulti-Agent的軟件仿真模型在復雜的戰(zhàn)爭環(huán)境下可以構(gòu)建出實時動態(tài)變化的組網(wǎng)方式，對Agent 集群內(nèi)部的單元及對象進行相對獨立的控制與反饋，有利于作戰(zhàn)單元自身的協(xié)調(diào)管理及決策，適應戰(zhàn)場多變的環(huán)境?；贛ulti-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。

Agent 集群:指海面作戰(zhàn)通信指揮系統(tǒng)中所有戰(zhàn)爭實體集群利用面向?qū)ο蟮乃枷脒M行抽象在仿真模型中的行為映射，如單支艦隊、空中戰(zhàn)機等都可以抽象映射為1個Agent 節(jié)點。所有的艦隊可以規(guī)劃為1個Agent 集群，特點是Agent 節(jié)點在整個仿真系統(tǒng)中具有自主控制能力。

圖3 多智能體結(jié)構(gòu)的通信作戰(zhàn)控制系統(tǒng)軟件流程Fig.3 Communication operations control system software flow chart based onmulti-Agent

Agent 作戰(zhàn)單元操作對象:指在作戰(zhàn)中被Agent智能體控制，自身不具有行為能力實體的映射，如艦船武器等。

作戰(zhàn)環(huán)境要素:戰(zhàn)場的各種環(huán)境因素對Agent作戰(zhàn)單元具有指揮決策意義，用來和智能體發(fā)送環(huán)境決策命令。

控制參數(shù):用來對整個基于Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件進行控制，并對仿真結(jié)果進行分析。其包含整個仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)、中間過程的反饋參數(shù)以及運行結(jié)束的閥值參數(shù)、運行結(jié)果的統(tǒng)計分析參數(shù)等。

2.2 Multi-Agent的作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

基于Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件仿真是以Agent 節(jié)點為自主控制的主要元素，與群內(nèi)的Agent 智能體以及外部群的智能體的通信作為整個通信作戰(zhàn)控制系統(tǒng)的信息傳輸核心。仿真模型的建立主要考慮以下問題:作戰(zhàn)智能體Agent的抽象描述及Agent 群的劃分;智能體Agent控制對象的抽象;智能體Agent 之間的通信聯(lián)絡以及整個系統(tǒng)的Agent 智能體及控制對象的約束限制等。

在此，本文構(gòu)建了Agent 智能體為最小作戰(zhàn)單元的多層次描述結(jié)構(gòu)，主要分為標記(AID)、描述(Character)、狀態(tài)(State)、動作(Action)、控制對象 (Cbject)、 信 息 傳 輸 (Message) 及 目 標(Target)等7 種。具體作用如下:

1)AID 標記:在整個仿真系統(tǒng)中，智能體Agent 只能有唯一標記符，用以區(qū)分其他Agent。

2)Character 描述:用來描述智能體Agent 自身屬性，如艦船Agent的航向、坐標，所具備的通信能力以及武器庫等。

3)State 狀態(tài):描述智能體Agent 狀態(tài)信息，如是在進攻狀態(tài)還是在就緒狀態(tài)、是利用無線網(wǎng)絡還是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡進行信息交互等，其隨著自身的行為感應及外部環(huán)境而變化。

4)Action 行為:作戰(zhàn)中的具體行為，如向敵方發(fā)射武器、為友鄰智能體Agent 進行掩護，是作為自身事件或外部事件驅(qū)動而做出的反應。

5)Obejct 對象:智能體Agent所能控制驅(qū)使的對象，包括兵力部署以及武器等。

6)Message 對象:智能體Agent 與其他Agent進行信息交互的橋梁，在軟件中可抽象為具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及信息的接收與發(fā)送指令函數(shù)。

7)Target 目標:智能體Agent 進攻的對象。

在基于Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件編程中，可對智能體和對象進行面向?qū)ο蟮姆庋b，其特征屬性如表1所示。

表1 Agent 與對象的抽象元素Tab.1 Abstract element of Agent and object

其用面向?qū)ο笳Z言描述如下:

3 基于Multi-Agent 技術展望

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅需要戰(zhàn)爭中各個作戰(zhàn)單元能夠自主根據(jù)各種戰(zhàn)場環(huán)境做出迅速的反應，及時地進行戰(zhàn)略部署。同時，各作戰(zhàn)單元之間需要相互協(xié)調(diào)合作，完成統(tǒng)一的作戰(zhàn)任務。特別是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，海陸空多維兵力的統(tǒng)一部署。基于Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件，利用各個智能體Agent 之間的相互通信是協(xié)作，每一個Agent 都具有高度的自治性。

無線傳感網(wǎng)絡是實現(xiàn)Agent 獲取外部戰(zhàn)場信息的基礎，通過各種傳感器將艦船、飛機、偵察機及地面?zhèn)鞲衅鹘M成統(tǒng)一的網(wǎng)絡，為Agent 快速提供各種情報信息。

這種基于Multi-Agent 指揮控制技術，與現(xiàn)在軟件的開放式、模塊化以及面向?qū)ο蟪橄蠡慕Y(jié)構(gòu)相得益彰，同時與軟件無線電技術、信息融合技術等構(gòu)成了現(xiàn)代化的指揮系統(tǒng)中最重要的關鍵技術。

4 結(jié) 語

在現(xiàn)代化的海軍戰(zhàn)爭指揮系統(tǒng)中，由統(tǒng)一的作戰(zhàn)指揮平臺對各個作戰(zhàn)的單元進行垂直的作戰(zhàn)指揮及戰(zhàn)略部署已不能滿足復雜多變的戰(zhàn)爭環(huán)境。對戰(zhàn)場的快速反應已經(jīng)成為戰(zhàn)爭成敗的關鍵，不僅需要戰(zhàn)爭中各個作戰(zhàn)單元能夠自主根據(jù)各種戰(zhàn)場環(huán)境做出迅速的反應，及時進行戰(zhàn)略部署。同時，各作戰(zhàn)單元之間需要相互協(xié)調(diào)合作，完成統(tǒng)一的作戰(zhàn)任務。本文提出了一種基于多智能體Multi-Agent的通信電子作戰(zhàn)控制系統(tǒng)，詳細闡述了系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)、軟件設計及仿真平臺，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭指揮系統(tǒng)的設計提供了一種新的方法。

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