于少波，李新明，劉　東，閆雪飛

(裝備學(xué)院 復(fù)雜電子系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室，北京　101416)

基于Multi-Agent的電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估方法

于少波，李新明，劉東，閆雪飛

(裝備學(xué)院 復(fù)雜電子系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室，北京101416)

摘要：闡述了電子信息裝備體系及體系效能評估的概念，分析了裝備體系評估的主要方法和技術(shù)，通過對比分析現(xiàn)有裝備體系效能評估方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，將多Agent方法引入到電子信息裝備體系評估，提出了一種基于多Agent方法的作戰(zhàn)效能評估方法。介紹了多Agent方法的概念、優(yōu)缺點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了電子信息對抗系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能度量指標(biāo)，設(shè)計(jì)了電子信息對抗系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能仿真框架，并基于AnyLogicTM平臺(tái)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。基于Agent的評估方法既適應(yīng)于電子信息對抗系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評估，也適用于電子信息裝備體系及其子系統(tǒng)的效能評估。

關(guān)鍵詞：多Agent；電子信息裝備體系；建模；作戰(zhàn)效能；評估

Research on Method of Operational Effectiveness Evaluation for

Electronic Information Equipment Systems Based on Multi-Agent

電子信息裝備體系(system of systems,SoS)[1]隸屬于武器裝備體系，是體系思想在電子信息裝備發(fā)展中的應(yīng)用，在高科技下的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中擁有舉足輕重的地位和作用，是奪取信息優(yōu)勢，最終取得勝利的關(guān)鍵，它的優(yōu)劣直接影響未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的走勢。如何去評價(jià)電子信息裝備體系的好壞，如何促使電子信息裝備體系發(fā)揮最大作用和效能，針對這些問題，就要求對其進(jìn)行效能評估。電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估作為效能評估研究中的一部分，與一般的效能評估相比具有以下2個(gè)特點(diǎn)：首先，電子信息裝備體系效能評估是對體系的評估而不是對一般系統(tǒng)或者單件武器效能的評估；其次，電子信息裝備體系效能評估需要對信息進(jìn)行處理、傳遞和分析，這是其他評估中所沒有的。

裝備體系評估自被重視以來，已形成了一些比較被大家熟知的方法，包括解析法、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、作戰(zhàn)模擬法、專家法和多指標(biāo)綜合法。其中，最簡單的當(dāng)屬專家調(diào)查法，但存在主觀性太強(qiáng)、缺乏理論指導(dǎo)的缺點(diǎn)；最真實(shí)可靠的當(dāng)屬試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)情況的約束，這種方法現(xiàn)實(shí)起來特別困難；作戰(zhàn)模擬法對硬件和軟件的要求較高，解析法和多指標(biāo)綜合法應(yīng)用最為廣泛。目前，國內(nèi)外關(guān)于效能評估的建模與仿真方法還比較少，針對諸如ADC方法難以反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程的效能變化[2]、層次分析法(AHP)存在的一致性指標(biāo)難以達(dá)到的問題[3]等解析法在體系效能評估中存在的不可修復(fù)的缺點(diǎn)；針對試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法對實(shí)驗(yàn)物質(zhì)基礎(chǔ)要求高而不宜實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)[4]，本研究引入一種基于智能技術(shù)的新方法——多Agent方法，將多Agent評估方法引入到電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估中來。體系是系統(tǒng)之系統(tǒng)，是復(fù)雜巨系統(tǒng)，理論上講對系統(tǒng)的研究方法適用于對體系的分析和研究，而建模與仿真方法是完全可以由對系統(tǒng)的研究而轉(zhuǎn)移到體系的研究。所以，以電子信息對抗系統(tǒng)為例，提出一種基于多Agent的電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估方法，并給出了具體的建模過程和實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果從而驗(yàn)證本方法的合理性和可操作性。

1Agent方法

Agent方法是進(jìn)行復(fù)雜體系仿真的一種有效手段，其基本思想是通過模擬現(xiàn)實(shí)世界，將復(fù)雜體系劃分為與之相應(yīng)的Agent個(gè)體(每個(gè)Agent具有各自的數(shù)據(jù)、模型以及接口等)，然后以自底向上的方式，通過對個(gè)體微觀行為的仿真來獲得系統(tǒng)宏觀行為[5]。Agent是一個(gè)能夠與外界自主交互并擁有一定知識(shí)和推理能力，能夠獨(dú)立完成一定任務(wù)的具有社會(huì)性的智能實(shí)體，圖1所示為Agent基本結(jié)構(gòu)[6]。

Agent之所以在很多領(lǐng)域受到青睞與其具有顯然優(yōu)勢是不可分割的[7]：① 與傳統(tǒng)方法相比，Agent技術(shù)不僅提供了建模方法、給出問題的解，還可以用演示系統(tǒng)演化全部動(dòng)力學(xué)特征，這是傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法或數(shù)值方法所無法達(dá)到的；② 對于無法求解，或當(dāng)沒有合適方法求解，或許多參數(shù)無法計(jì)算的系統(tǒng)和問題，采用Agent技術(shù)可詳盡地研究系統(tǒng)多種特征，并對問題進(jìn)行求解；③ 對于無法采用形式描述和數(shù)學(xué)計(jì)算的問題，仍然可以通過Agent交互來解決。

圖1　Agent 基本結(jié)構(gòu)

2Agent建模與仿真

電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估包括對其作戰(zhàn)效能度量指標(biāo)的確定和效能評估方法的建立。武器系統(tǒng)的效能度量一般分為單項(xiàng)效能、系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)效能[8]。本文只研究作戰(zhàn)效能，作戰(zhàn)效能也稱為外部效能，是指在規(guī)定條件下，運(yùn)用電子信息裝備體系的作戰(zhàn)能力執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的程度[9]。針對考慮其執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的整個(gè)過程來說，通過建模與仿真的方法實(shí)現(xiàn)評估是一種非常合適的手段。

前面已經(jīng)介紹了Agent方法。本研究就利用這種方法進(jìn)行仿真的設(shè)計(jì)與集成，以滿足電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估的需求。運(yùn)用基于Agent建模與仿真實(shí)現(xiàn)的方法對電子信息裝備體系作戰(zhàn)能力效能進(jìn)行評估，有效反映體系間的交互關(guān)系，在確立電子信息裝備體系作戰(zhàn)能力度量指標(biāo)后，憑借電子信息裝備體系結(jié)構(gòu)確定其多Agent結(jié)構(gòu)及Agent模型結(jié)構(gòu)，建立了電子信息裝備體系的Agent模型，從而確定影響其效能指標(biāo)的關(guān)鍵的因素，文中的Agent方法可以歸屬為作戰(zhàn)模擬法。

2.1　作戰(zhàn)效能評估度量指標(biāo)的構(gòu)建

下面以電子信息對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估來說明Agent評估方法在電子信息裝備體系效能評估中的具體應(yīng)用。典型的電子對抗信息系統(tǒng)由偵察傳感、信號(hào)處理、顯示控制、干擾執(zhí)行和系統(tǒng)通信5部分組成[10]。其中偵察部分主要作用是能夠獲得敵方電子信息系統(tǒng)或設(shè)備的狀態(tài)、參數(shù)、通信內(nèi)容等情報(bào)信息及戰(zhàn)場綜合電磁態(tài)勢，并且提供電子情報(bào)支援；信號(hào)處理是指對信號(hào)的收集、識(shí)別，而后進(jìn)行分析從而能夠輔助決策；顯示部分主要是進(jìn)行人機(jī)交互；干擾執(zhí)行是降低敵方各大系統(tǒng)的工作效能，能夠摧毀或嚴(yán)重?fù)p壞敵人的整體戰(zhàn)斗力，并且能夠支援和掩護(hù)己方作戰(zhàn)部隊(duì)等進(jìn)行安全突防，并有效對抗敵方的電子偵察和干擾，從而擾亂敵方設(shè)備的正常工作。如圖2所示為電子信息對抗系統(tǒng)組成示意圖。

圖2　電子信息對抗系統(tǒng)組成示意圖

根據(jù)上述各單元的功能及其相互關(guān)系對應(yīng)的度量指標(biāo)建立如表1所示。

表1　電子信息對抗系統(tǒng)效能度量指標(biāo)

2.2　作戰(zhàn)效能評估仿真框架的設(shè)計(jì)

構(gòu)造電子信息對抗系統(tǒng)的仿真框架，依據(jù)其組成結(jié)構(gòu)可以歸納為以下3個(gè)部分，也即Agent單元?jiǎng)澐?、Agent模型建立和Agent仿真框架總體設(shè)計(jì)。

2.2.1Agent單元?jiǎng)澐?/p>

基于作戰(zhàn)效能評估的基本目的，為簡化設(shè)計(jì)模型，以陸基雷達(dá)電子對抗系統(tǒng)為研究對象，從其的組成結(jié)構(gòu)出發(fā)，依據(jù)每個(gè)單元不同的功能和作用，作為單元?jiǎng)澐值臉?biāo)準(zhǔn)，建立以下5類Agent模型，包括：偵察機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、信息處理中心幾類模型，每個(gè)個(gè)體都由一個(gè)Agent智能體來仿真。

2.2.2Agent模型建立

參考美國“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的概念，本研究從物理層、信息層和知識(shí)層3個(gè)層次建立了慎思型Agent仿真模型，根據(jù)不同功能對其進(jìn)行不同層次的仿真，如圖3所示。

圖3　Agent 仿真模型

物理層包括偵察傳感、系統(tǒng)通信和干擾執(zhí)行3類模型，仿真Agent物理功能的實(shí)現(xiàn)。① 在偵察傳感模型方面，一個(gè)Agent模型包括多臺(tái)雷達(dá)，考慮雷達(dá)系統(tǒng)的作用覆蓋范圍，作用有效距離，作用目標(biāo)類型，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率及定位精度等數(shù)據(jù)。② 在系統(tǒng)通信建模方面，一個(gè)Agent可能攜帶電纜或通信設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)有線通信或無線通信，根據(jù)每種器材的工作模式、通信鏈路連通性來計(jì)算內(nèi)部傳遞及外部傳遞的傳輸速率和傳輸距離計(jì)算、傳輸延遲時(shí)間。③ 在干擾打擊建模方面，一個(gè)Agent可以是一架電子對抗機(jī)或機(jī)群并攜帶導(dǎo)彈，根據(jù)對抗機(jī)發(fā)射干擾信號(hào)強(qiáng)度、壓制防空雷達(dá)和指揮通信鏈路的能力，掩護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)空襲的本領(lǐng)等。

信息層仿真信息產(chǎn)生、信息傳輸、信息存儲(chǔ)、信息處理、信息分發(fā)的過程。把在Agent個(gè)體之間直接傳輸?shù)男畔⒍x為可用偵察信息，這類信息可以用來對目標(biāo)信息進(jìn)行分析，從而輔助決策。把不能在Agent個(gè)體間直接傳輸?shù)男畔⒍x為原始偵察信息，這類信息需要信息處理中心對其進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化，才能在Agent個(gè)體之間共享。最后定義一種指揮控制信息，它是Agent個(gè)體在知識(shí)層生成的。

信息產(chǎn)生主要指通過雷達(dá)探測到的目標(biāo)信息；信息傳輸是指在Agent個(gè)體上如果攜帶的通信設(shè)備指定通信鏈路，則擁有這些通信設(shè)備的Agent個(gè)體間可直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；信息存儲(chǔ)是指利用2個(gè)數(shù)據(jù)庫分別存儲(chǔ)指揮控制信息和可用偵查信息，定期對沒有實(shí)時(shí)使用價(jià)值的信息進(jìn)行自動(dòng)刪除；信息處理是指那些通過雷達(dá)傳感器直接截獲的目標(biāo)的原始偵查信息到可用偵查信息的轉(zhuǎn)換；信息分發(fā)是指在顯示控制單元做出決策后對干擾單元下發(fā)命令和干擾單元內(nèi)部命令的傳達(dá)和反饋。其中涉及到的信息傳輸延遲、信息處理延遲等指標(biāo)。

知識(shí)層仿真Agent的信息感知和決策生成。當(dāng)Agent單元對信息列表中的內(nèi)容進(jìn)行處理時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)信息內(nèi)容和自身狀態(tài)滿足邏輯條件時(shí)，Agent就會(huì)依據(jù)規(guī)范則自動(dòng)生成指揮控制信息，對目標(biāo)進(jìn)行對抗干擾。在每個(gè)仿真內(nèi)Agent都執(zhí)行如圖4所示流程。

圖4　Agent 仿真執(zhí)行流程

這樣，已方Agent直接通過信息傳輸形成了協(xié)作關(guān)系；敵對雙方Agent之間則通過偵查、干擾打擊形成對抗；2類交互關(guān)系形成了作戰(zhàn)過程。顯然，這種仿真產(chǎn)生的作戰(zhàn)過程是自發(fā)形成的，無法事先進(jìn)行預(yù)測，這也反映了作戰(zhàn)的復(fù)雜性特征。

2.2.3Agent仿真框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)仿真框架如圖5所示。整個(gè)框架共分3層，也即底層數(shù)據(jù)庫層、中間層是仿真層，最上層是效能指標(biāo)層。數(shù)據(jù)庫層包括4個(gè)基本數(shù)據(jù)庫，其中作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了電子信息對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估所需的一些典型作戰(zhàn)任務(wù)想定；信息數(shù)據(jù)庫包含各種數(shù)據(jù)信息；武器數(shù)據(jù)庫主要指雷達(dá)、干擾機(jī)等武器裝備相關(guān)數(shù)據(jù)；設(shè)備數(shù)據(jù)庫是指在各大單元中用到的各種設(shè)備數(shù)據(jù)的集合，為了更方便各單元的支配和掌控。第二層為作戰(zhàn)仿真模塊。第三層是效能指標(biāo)層，該層是完成效能指標(biāo)的最終計(jì)算，也是最后部分。

圖5　電子信息對抗系統(tǒng)仿真框圖

3Agent平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

AnyLogicTM建模語言已經(jīng)成功應(yīng)用于對大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的建模，而且其是運(yùn)行Agent建模與仿真的有效工具，所以本文以AnyLogicTM開發(fā)環(huán)境開發(fā)和運(yùn)行Agent模型。本研究基于AnyLogicTM平臺(tái)，依據(jù)陸基雷達(dá)電子對抗系統(tǒng)的系統(tǒng)學(xué)模型和Agent建模結(jié)果，對上文中所提出的作戰(zhàn)效能評估方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以某集團(tuán)軍下屬的一個(gè)軍事基地為例，此基地裝備著最先進(jìn)的陸基雷達(dá)電子信息對抗系統(tǒng)，據(jù)上述建模過程，Agent個(gè)體包括偵察機(jī)、導(dǎo)彈(其中，把進(jìn)行對抗簡化為憑借導(dǎo)彈個(gè)體進(jìn)行轟敵方偵察機(jī))、雷達(dá)(本文仿真擬為3臺(tái)雷達(dá)，組成雷達(dá)群)、信息處理中心(同指揮所共同一個(gè)智能體，輔助決策)幾類模型進(jìn)行仿真。如圖6所示。

如6圖(a)所示，為電子信息對抗系統(tǒng)仿真主界面，當(dāng)點(diǎn)擊運(yùn)行(Run)按鈕，就可以進(jìn)行仿真試驗(yàn)。如圖6(b)所示，為電子信息對抗系統(tǒng)仿真2D運(yùn)行界面，軍事基地的3部路基雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的偵察監(jiān)視。當(dāng)敵機(jī)進(jìn)入雷達(dá)可探測范圍內(nèi)，被雷達(dá)探測到，將敵機(jī)相關(guān)信息下傳到指控中心,指控中心會(huì)下令火力打擊模塊，對敵機(jī)進(jìn)行打擊摧毀。

4結(jié)束語

本研究把基于Agent建模與仿真方法引入到電子信息裝備體系效能分析中，以電子信息對抗系統(tǒng)為例，基于海防某軍事基地為背景，進(jìn)行了建模、仿真和實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程。在仿真實(shí)現(xiàn)過程中，依靠Agent模塊的智能性，減少人工的消耗，為模擬電子對抗系統(tǒng)發(fā)揮作用起到事半功倍的作用?；贏gent的評估是值得推薦并高度重視的一種方法，在信息化條件下的高科技戰(zhàn)爭中將發(fā)揮重要作用。

圖6　電子信息對抗系統(tǒng)仿真界面

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(責(zé)任編輯楊繼森)

收稿日期：2015-02-12

基金項(xiàng)目：部委級基金資助項(xiàng)目資助；實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助

作者簡介：于少波(1990—)，男，碩士研究生， 主要從事數(shù)據(jù)可視化、武器裝備體系評估研究；李新明(1965—)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事大數(shù)據(jù)分析、電子信息裝備體系評估研究；劉東(1981—)，男，博士，助理研究員，主要從事大數(shù)據(jù)析、裝備聯(lián)合論證研究；閆雪飛(1989—)，男，博士研究生，主要從事武器裝備體系評估研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.020

中圖分類號(hào)：N949；E917

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0707(2015)07-0079-04

本文引用格式：于少波，李新明，劉東，等.基于Multi-Agent的電子信息裝備體系作戰(zhàn)效能評估方法[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(7):79-82.

Citation format:YU Shao-bo, LI Xin-ming, LIU Dong, et al.Research on Method of Operational Effectiveness Evaluation for Electronic Information Equipment Systems Based on Multi-Agent[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):79-82.

YU Shao-bo, LI Xin-ming, LIU Dong, YAN Xue-fei
(Science and Technology on Complex Electronic System Simulation Laboratory,
Academy of Equipment, Beijing 101416, China)

Abstract:The concept of electronic information equipment SOS and SOS effectiveness evaluation were expounded, and the main methods and technology of equipment SOS evaluation were analyzed. Through the comparison and analysis of the advantages and disadvantages of existing equipment SOS effectiveness evaluation methods and scope of application, a method of operational effectiveness evaluation based on multi-Agent method was presented, after leading into the multi-Agent method. After a brief introduction to the concept, advantages, disadvantages and the basic structure of agent method, operational effectiveness metrics and simulation framework of electronic countermeasures system were designed. At last, the simulation implementation was validated based on AnyLogicTMplatform. The evaluation method based on multi-Agent not only be applicable to the operational effectiveness evaluation of electronic information countermeasures system, but also to electronic information equipment SOS and subsystems.

Key words:multi-agent; electronic information equipment SOS; modeling; operational effectiveness; evaluation

【后勤保障與裝備管理】