基于多Agent的主戰(zhàn)裝備精確打擊能力影響仿真分析*

楊 娟，孫 萬(wàn)

（裝備指揮技術(shù)學(xué)院，北京 101416）

主戰(zhàn)裝備是指在戰(zhàn)爭(zhēng)中直接殺傷敵人有生力量及摧毀其戰(zhàn)斗設(shè)施的非電子類(lèi)武器裝備及系統(tǒng)[1]。本文所研究的主戰(zhàn)裝備主要指具有綜合毀傷能力的精確打擊武器系統(tǒng)，如地地戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)巡航導(dǎo)彈等。主戰(zhàn)裝備的作戰(zhàn)效能主要取決于其可靠性、機(jī)動(dòng)能力、作戰(zhàn)半徑/射程/續(xù)航能力、精確打擊能力、信息能力、保障能力、防護(hù)能力等指標(biāo)。精確打擊能力是衡量主戰(zhàn)裝備作戰(zhàn)效能的最重要指標(biāo)之一。定量研究主戰(zhàn)裝備精確打擊能力對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的影響，是作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能仿真分析與實(shí)驗(yàn)必須解決的理論問(wèn)題。

主戰(zhàn)裝備精確打擊能力對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的影響屬于復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題研究范疇。智能體（Agent）是復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題研究的重要手段[2,3]。本文基于多Agent的建模方法與技術(shù)，對(duì)主戰(zhàn)裝備精確打擊能力對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的影響進(jìn)行建模與仿真分析。

1 Agent模型的基本結(jié)構(gòu)

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，具有自治性、社會(huì)性、響應(yīng)性、能動(dòng)性等行為特征的智能實(shí)體；同時(shí)，Agent還具有知識(shí)、信念、責(zé)任、承諾等精神狀態(tài)特征[3]。圖1給出了Agent的基本結(jié)構(gòu)[4,5]。主體Agent包含信息獲取、信息融合處理、信息傳輸、自適應(yīng)性、規(guī)劃、決策生成、智能控制、行動(dòng)等模塊。Agent設(shè)計(jì)的基本原則是依靠分布式、具有各種特定功能的Agent通信、協(xié)作和交互，實(shí)現(xiàn)仿真分析與實(shí)驗(yàn)功能。

圖1 Agent基本結(jié)構(gòu)圖

2 基于多Agent技術(shù)的仿真分析模型

MAS（Multi-Agent System）是由多個(gè)Agent構(gòu)成的自適應(yīng)柔性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與典型分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；诙郃gent的仿真分析模型以自底向上的方式，從研究Agent的微觀（底層）行為著手，進(jìn)而獲得作戰(zhàn)體系上的宏觀（上層）行為的量化表述。基于多 Agent的仿真分析模型通過(guò)對(duì)各Agent的感知、反應(yīng)、行動(dòng)、推理、規(guī)劃、決策生成、通信以及Agent之間協(xié)作關(guān)系的刻畫(huà)，探討作戰(zhàn)體系中各作戰(zhàn)要素的動(dòng)力學(xué)特征及其自組織有序演化規(guī)律[6-7]。

基于多Agent技術(shù)的仿真分析模型建立的基本思想是：將作戰(zhàn)體系劃分為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境 Agent、精確打擊Agent、信息獲取Agent、信息融合處理 Agent、信息傳輸Agent、指揮控制Agent、作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能影響分析Agent等，其模型結(jié)構(gòu)如圖2所示[5,8]。關(guān)于精確打擊能力對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能提升或衰減的影響，本文主要從打擊精度和打擊范圍兩個(gè)方面對(duì)對(duì)抗雙方Agent數(shù)量損耗、空間熵值、Agent重心位置的變化進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。

圖2 精確打擊能力對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能影響分析的多Agent模型結(jié)構(gòu)圖

本文建立的基于多 Agent的仿真分析模型可在EINSTein仿真平臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn)[8-9]。在EINSTein仿真平臺(tái)中分別設(shè)置了精確打擊Agent、信息獲取Agent、信息傳輸 Agent、信息融合處理 Agent、指揮控制Agent、作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能影響分析Agent。

EINSTein仿真平臺(tái)是一個(gè)“概念演示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，其本質(zhì)是用基于多Agent的仿真分析模型模擬復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件下多組Lanchester方程模型。在EINSTein仿真平臺(tái)中，對(duì)抗雙方分為紅方和藍(lán)方，紅、藍(lán)方進(jìn)行戰(zhàn)斗的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)是一個(gè)格子網(wǎng)，Agent可以在格子間自由移動(dòng)并攜帶信息，每一個(gè)格子上最多只能放一個(gè) Agent，代表一個(gè)戰(zhàn)斗單元。每一個(gè)Agent有三種狀態(tài)，即生、死、傷，它們都擁有一組范圍屬性和一種個(gè)性屬性，范圍屬性指所有的Agent感知和傳遞局部信息的范圍，個(gè)性屬性決定了不同類(lèi)Agent的特有能力。

2.1 精確打擊Agent

精確打擊Agent的能力參數(shù)設(shè)計(jì)，主要包括打擊精度和打擊范圍設(shè)計(jì)。本文著重仿真分析打擊精度改變時(shí)，主戰(zhàn)裝備對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能提升或衰減的影響。

在作戰(zhàn)仿真過(guò)程中，精確打擊Agent從信息傳輸Agent獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息，依據(jù)機(jī)動(dòng)規(guī)則和交戰(zhàn)規(guī)則，經(jīng)過(guò)指控指令分發(fā)機(jī)制，自主選擇行動(dòng)方向和打擊目標(biāo)。

2.2 信息傳輸Agent

主要包括三方面設(shè)計(jì)：

1）能力參數(shù)設(shè)計(jì) 主要包括通信范圍和 Agent的基本能力設(shè)計(jì)，目的是實(shí)現(xiàn)不同Agent類(lèi)之間的通信聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多Agent的協(xié)作或交互；

2）行為準(zhǔn)則設(shè)計(jì) 主要是為了實(shí)現(xiàn)與信息獲取Agent、信息融合處理Agent、精確打擊Agent的行動(dòng)同步性；

3）通信鏈路設(shè)計(jì) 信息獲取Agent、信息融合處理Agent和精確打擊Agent的通信聯(lián)絡(luò)能力必須經(jīng)過(guò)信息傳輸Agent的通信鏈路得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通信鏈路的方向性反映了信息在作戰(zhàn)仿真過(guò)程中的流向。

2.3 信息獲取Agent

主要包括兩方面設(shè)計(jì)：

1）能力參數(shù)設(shè)計(jì) 主要包括信息獲取范圍和Agent的基本能力設(shè)計(jì)。信息獲取 Agent強(qiáng)調(diào)信息獲取能力，是外部信息的獲取窗口，并對(duì)信息的緊迫性做出判斷，根據(jù)信息的類(lèi)型將經(jīng)過(guò)抽象的信息分發(fā)到不同的Agent類(lèi)。

2）行為準(zhǔn)則設(shè)計(jì) 由于信息獲取Agent能夠獲取更多的戰(zhàn)場(chǎng)信息，而防護(hù)能力很弱，只有通過(guò) Agent類(lèi)之間的有效協(xié)作，作戰(zhàn)體系才能夠有序地運(yùn)行，發(fā)揮作戰(zhàn)效能。

2.4 指揮控制Agent

根據(jù)知識(shí)庫(kù)提供的知識(shí)，作出基于作戰(zhàn)效果的最優(yōu)作戰(zhàn)行動(dòng)規(guī)劃與決策。它對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分析和分解，根據(jù)對(duì)任務(wù)的解釋、感知Agent的環(huán)境信息以及系統(tǒng)資源狀況分配任務(wù)，規(guī)劃出合適的任務(wù)序列，制定指揮控制指令，并通過(guò)通信機(jī)制與其他Agent協(xié)作。

3 算例分析

通過(guò)主戰(zhàn)裝備打擊精度改變與作戰(zhàn)仿真結(jié)果的比較，得出主戰(zhàn)裝備打擊精度改變時(shí)對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的影響。主戰(zhàn)裝備打擊精度改變時(shí)作戰(zhàn)仿真過(guò)程如圖3所示。在主戰(zhàn)裝備打擊精度改變的作戰(zhàn)仿真分析與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，紅方Agent傷亡數(shù)據(jù)如表1所列，藍(lán)方Agent總計(jì)活19、傷39、亡118。

圖3 主戰(zhàn)裝備打擊精度改變時(shí)作戰(zhàn)仿真過(guò)程示意圖

表1 主戰(zhàn)裝備打擊精度改變的作戰(zhàn)仿真中紅方傷亡數(shù)據(jù)

紅方兩組編隊(duì)從兩個(gè)方向?qū)λ{(lán)方實(shí)施攻擊行動(dòng)，在1～50時(shí)間仿真步長(zhǎng)中，首先紅方第一組攻擊藍(lán)方防御陣地，此時(shí)藍(lán)方部分Agent集中到紅方第一組攻擊方向，在紅方另一個(gè)方向的藍(lán)方Agent有所減弱。紅方第二組隨后在另一個(gè)方向?qū)λ{(lán)方 Agent實(shí)施攻擊。在50～200時(shí)間仿真步長(zhǎng)中，紅方第一組最大打擊藍(lán)方 Agent，有少量 Agent突破藍(lán)方防御陣地。紅方第二組順利突破藍(lán)方防御陣地，紅方第一組、第二組到達(dá)藍(lán)方重要區(qū)域。此時(shí)，紅方信息獲取類(lèi)Agent、信息傳輸類(lèi)Agent停留在藍(lán)方防御陣地附近開(kāi)展偵察監(jiān)視、通信聯(lián)絡(luò)活動(dòng)。

由主戰(zhàn)裝備打擊精度改變時(shí)的作戰(zhàn)仿真結(jié)果可以得出：在50～150時(shí)間仿真步長(zhǎng)中，由于藍(lán)方主戰(zhàn)裝備精確打擊能力較弱，紅方Agent集中，紅、藍(lán)雙方Agent數(shù)量損耗都呈現(xiàn)出拋物線的下降趨勢(shì)。從 150時(shí)間仿真步長(zhǎng)開(kāi)始，紅方Agent堅(jiān)守在藍(lán)方重要區(qū)域附近，此時(shí)也不具有以優(yōu)勢(shì)Agent消滅藍(lán)方Agent的能力，如圖4所示。作戰(zhàn)初始時(shí)刻紅方在進(jìn)攻過(guò)程中擁有較高空間熵值，隨著紅方在進(jìn)攻過(guò)程中Agent數(shù)量損耗、Agent集中于藍(lán)方重要區(qū)域，此時(shí)空間熵值趨于無(wú)窮小，如圖5所示。紅方Agent重心在突破藍(lán)方防御陣地后，Agent停留在藍(lán)方重要區(qū)域，如圖 6所示，此時(shí)紅方Agent到達(dá)藍(lán)方重要區(qū)域，完成預(yù)期的作戰(zhàn)任務(wù)。

圖4 紅、藍(lán)雙方Agent數(shù)量損耗變化曲線圖

圖6 紅、藍(lán)雙方Agent重心位置變化曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)分析，作戰(zhàn)體系是由許多相互聯(lián)系、相互依賴、相互作用以及相互制約的要素構(gòu)成的有機(jī)整體，所有這些要素的種類(lèi)、數(shù)量、排列組合方式以及相互間的關(guān)系性質(zhì)，直接決定著作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。Agent是復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題研究和建模與仿真的重要手段。本文提出的基于多Agent技術(shù)的仿真分析模型，對(duì)定量研究各作戰(zhàn)要素對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)效能的影響具有重要的參考作用。

[1]程永生,耿艷棟,羅小明,等. 軍事高技術(shù)與信息化武器裝備[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.

[2]羅小明,楊娟,吳鈺飛,等. 彈道導(dǎo)彈攻防對(duì)抗的建模與仿真[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.

[3]劉興堂,梁炳成,劉力,等. 復(fù)雜系統(tǒng)建模理論、方法與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[4]王步云,姜偉,徐建志. 基于多 Agent的編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊火力分配的優(yōu)化研究[J].指揮控制與仿真,2008,30(2):45-47.

[5]羅小明,康祖云,閔華僑. 基于 Multi-Agent仿真模型的非對(duì)稱(chēng)作戰(zhàn)有效性分析[J].指揮控制與仿真,2009,31(2):99-102.

[6]秦大國(guó),陳浩光,尹江麗,等. 一種基于多Agent的危機(jī)決策模擬方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(11):2559-2562.

[7]李雄,徐宗昌,王精業(yè),等. 基于 MAS的信息化戰(zhàn)場(chǎng)火力戰(zhàn)仿真建模[J].火力與指揮控制,2007,32(2):8-12.

[8]胡曉峰,楊鏡宇,司光亞,等. 戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜系統(tǒng)仿真分析與實(shí)驗(yàn)[M].北京:國(guó)防大學(xué)出版社.

[9]胡曉峰,羅批,司光亞,等. 戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:國(guó)防大學(xué)出版社,2005.