基于MAS技術的艦載近防系統的研究＊

盧道華 穆興興

（江蘇科技大學 鎮江 212003）

1 引言

現代反艦武器的隱蔽與突防能力越來越強，水面艦艇的反導防御，尤其是對掠海飛行的反艦導彈的防御，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空中等近距離目標的防御。當今艦艇的主要近防對象是掠海飛行的反艦導彈等空中目標，本文的近防是指近距離防空，即艦艇利用艦艇近防武器對近距離空中目標的防御。

本文主要以某新型護衛艦為研究對象來構建基于MAS技術的艦艇近防系統。該系統能迅速、獨立地對空中來襲目標做出防御，并且能夠協同控制其內部Agent完成共同任務，是一種能夠自我完善、經驗積累和分享的新型智能艦載系統。

2 MAS近防系統的概念和原理

2.1 MAS近防系統的概念

2.1.1 Agent與 MAS的相關知識

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是一種實體，而且是一種具有智能的實體。這種實體可以是智能軟件、智能設備、智能機器人或智能計算機系統等等，甚至也可以是人［2］。國內人工智能文獻中對Agent的翻譯稱呼有智能體、主體、智能Agent等，現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器，處于某一環境中的實體。它通過傳感器感知環境；通過效應器作用于環境；它能運用自己所擁有知識進行問題求解；它還能與其它Agent進行信息交流并協同工作。

圖1 Agent的結構模型（虛線內）

圖2 MAS結構圖

MAS是多Agent系統的簡稱，從Agent的特性可以看出，Agent的一個顯著特點就是它的社會性。所以，Agent的應用主要是以多個Agent協作的形式出現。因而多Agent系統就成為Agent技術的一個重點研究課題［4］。多Agent系統是一個松散耦合的Agent網絡，這些Agent通過交互、協作進行單個A-gent能力或知識所不及的問題求解［5］。MAS中每一個Agent都是自主的，它們可以由不同的設計方法和語言開發而成，因而可能是完全異質的。多A-gent系統具有如下特征：1）每個Agent擁有解決問題的不完全的信息或能力；2）沒有系統全局控制；3）數據是分散的；4）計算是異步的。

2.1.2 MAS近防系統的定義

MAS近防系統是一種基于MAS技術的，控制艦載武器對近距離目標實施攻擊或攔截的艦載火力控制系統。它的最大特點是其不僅具備A－gent的相關屬性—自主性、反映性、適應性和社會性，而且從整體上還體現多Agent系統所包含的特點［6］。MAS艦艇近防系統的任務是根據作戰指揮命令，利用可獲取的各種戰場信息、數據、對目標進行探測、跟蹤，實時提供控制武器發射所需參數，協同的控制武器準確地對目標實施有效打擊或攔截。MAS艦艇近防系統具有下列主要性質：

1）組成MAS艦艇近防系統的各Agent具有A-gent所具備的性質，即其既能夠在沒有人或別的A－gent的干預下，主動地自發地控制自身的行為和內部狀態，并且還有自己的目標或意圖，能夠感知環境，并通過行為改變環境，能根據目標、環境等的要求和制約作出行動計劃，并根據環境的變化，修改自己的目標和計劃，與其它Agent在同一環境中協同工作。

2）能根據接收到的探測設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攔截，在緊急狀態下，某一Agent能越過規劃Agent迅速做出反應，如在只有艦載近防炮能攔截的區域內發現來襲導彈，近防炮Agent將直接做出反應，而不需要綜合Agent的指揮。

3）協調控制多個Agent共同完成對目標的攔截，使攔截成功率最大。

4）MAS艦艇近防系統的又一大特點是其經驗學習的能力，既通過訓練以及實戰來學習應對不同情況下對艦艇的不同威脅，并且可以在多艘艦艇的近防系統間進行交流學習，這樣，在遇到相似情況下MAS近防系統就可以直接調用防御方案，并且，一艘艦參加戰斗，其經驗會分享給其他的艦艇。

2.2 MAS近防系統

2.2.1 MAS近防系統的組成結構

按硬件組成結構，如MAS艦艇近防系統由信息傳感器、艦載武器及發射裝置和指控設備組成，以國產某新型護衛艦為例，如圖3所示，MAS艦艇近防系統由信息搜索跟蹤制導設備（預警雷達、光電搜索設備、照射雷達、跟蹤制導設備等）、指控顯示設備（顯控臺、數據處理機等）、武器設備（包括防空導彈、主炮、近防炮、以及發射控制設備等）構成。

圖3 MAS艦艇近防系統的硬件組成

按組成 MAS系統的Agent，如圖4，MAS近防系統可分為信息綜合Agent，任務規劃Agent，協同控制Agent，防空導彈Agent，誘餌彈Agent，主炮Agent，速射炮Agent。

圖4 MAS艦艇近防系統Agent組成

2.2.2 MAS艦艇近防系統的工作原理

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

1）信息綜合Agent。負責接收整理艦艇探測設備的信息和艦艇其他信息，當探測到目標后與數據庫信息比對得出目標的相關信息并判斷是否需要攔截。且對威脅進行分級進而為其他Agent分配優先級，值得提出的是在某些Agent分配到了高優先級時，其可以跳過任務規劃Agent的建議，去立刻對威脅作出反應，比如當近防炮分配到最高優先級時，說明來襲反艦導彈已經不在防空導彈以及主炮的攔截范圍了，這時候近防炮將跳過MAS近防系統而立刻獨自的進行攔截。

2）任務規劃Agent。當確認來襲目標需要攔截時，根據其威脅等級并綜合其他必要信息，且參照數據庫的已有信息規劃出最佳的攔截方案。

3）輔助控制Agent。負責MAS艦艇近防系統在不同時刻（訓練、作戰和系統檢查維修）的經驗總結與效能分析，并將這些經驗寫入數據庫，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，它體現了MAS的自學習特點。

4）各近防武器Agent。各近防武器Agent都能自主攔截來襲目標，它們都有獨立的軟硬件設備。垂直發射的艦空導彈采用主動單脈沖雷達制導，它使用火陣雷達能同時制導多枚導彈對付不同目標，其作戰目標為戰術飛機、巡航導彈、戰術空射型導彈、直升機和無人機，主要擔負艦隊防空系統中的近程防御任務，因此艦空導彈是近防系統的第一道防線；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，實施電磁波干擾，而無源干擾設備彈通過釋放鋁箔與紅外誘餌來對來襲導彈進行電磁與紅外干擾，是艦艇近防系統不可或缺的防御方式；主炮的射程介于導彈與速射炮之間，通過水幕射擊這種面對面的防御方式來進行反導，在MAS艦艇近防系統的梯次攔截中填補了導彈最小有效距離與速射炮最佳有效距離間的攔截任務，起承上啟下的作用［7］；速射炮系統安置于箱形的炮塔上面，該系統可以提供對反艦導彈、飛機、近岸目標、小型艦艇和水雷等目標的點防御，多管小口徑火炮承擔后續攔擊和補充打擊的任務，依靠艦載中央系統進行前期指揮，在自帶的制導系統鎖定目標后轉入自動模式，以極高的射速在反艦導彈的路徑構筑一道密集的彈幕，是艦艇的最后一道屏障［9］。

2.2.3 MAS艦艇近防系統的工作過程

以某新型護衛艦為研究對象，試想已完成了其各武器子系統的修改，并建立了MAS艦艇近防系統，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（分為三個模式—訓練、作戰和系統檢查維修），艦艇進行訓練、作戰或者系統檢查維修的任務，并且在任務結束后，輔助控制Agent還承擔對這次任務的經驗總結與效能分析。

其次，綜合信息Agent對艦艇探測的信息與數據庫對比進行分析并預警，在確認來襲反艦導彈威脅后其將對威脅進行分級并交由任務規劃Agent決定是否采取數據庫中已有方案進行攔截，如果數據庫中沒有應對方案，則交由任務規劃Agent規劃攔截方案。

最后，通過各武器Agent的系統控制近防武器對來襲導彈進行攔截。

MAS艦艇近防系統的工作流程如圖5所示。

圖5 某國產新型護衛艦作戰模式下的MAS艦艇近防系統

3 關鍵技術

3.1 協同控制技術

如何協同控制不同的艦載武器攔截來襲反艦導彈是MAS近防系統的重要任務，組成MAS近防系統的各艦載武器Agent都具備單個Agent所具備的各種特性，即各艦載武器都能依靠自己對來襲反艦導彈進行攔截，但由于各艦載武器的軟硬設施不同，它們都有攔截來襲威脅的最佳防御手段，所以當遇反艦導彈來襲時如何協同控制各艦載武器，使它們能充分發揮其最佳攔截效果就成為了MAS近防系統協同控制的首要任務。MAS近防系統協同控制的解決方法是信息綜合Agent對威脅的評估和分級，當來襲反艦導彈被艦載信息探測設備發現后，信息綜合Agent根據其特征分析并與數據庫比對并對威脅進行評估，并賦予其相應的威脅等級，進而為其他Agent分配優先級，任務規劃Agent將根據各武器Agent的優先級規劃出最佳的攔截手段，這樣就可以避免當來襲反艦導彈被發現后艦載武器各自為戰所造成的混亂與攔截效率問題，充分發揮分層攔截的優勢，并且當受到飽和攻擊時也能協同不同的艦載武器應對威脅，大大提高艦艇的抗飽和攻擊能力，值得提出的是在某些Agent分配到了高優先級時，其可以跳過任務規劃Agent的建議，立刻對威脅作出反應，比如當近防炮分配到最高優先級時，說明來襲反艦導彈已經不在防空導彈以及主炮的攔截范圍了，這時候近防炮將跳過MAS近防系統立刻對威脅進行攔截。

3.2 智能學習技術

MAS艦艇近防系統的又一大特點是其經驗學習的能力，既通過訓練以及實戰來學習如何應對不同環境下的不同威脅，并且可以在多艘艦艇的近防系統間進行交流學習，這樣，當艦艇遇到相似情況下MAS近防系統就可以直接調用已有防御方案，并且，一艘艦參加戰斗，其經驗會分享給其他的艦艇。MAS艦艇近防系統有三種模式—訓練、作戰和系統檢查維修，其學習功能貫穿艦艇的訓練、作戰和系統檢查維修的任務中。當MAS艦艇近防系統完成三種模式中的某一任務后，輔助控制A-gent將對這次任務的結果進行分析，如果任務效果滿足相應要求，輔助控制Agent便將本次任務的相關信息與任務規劃結果存儲到數據庫中，在艦艇再次遇到相同任務時，系統便可以直接調用數據庫中已有的解決方案來完成任務，從而大大縮短系統反應時間，提高了系統效率和在實戰中提高了艦艇生存能力。MAS艦艇近防系統的學習能力還體現在艦艇的訓練中，訓練中的經驗能直接提供給實戰中的艦艇，從而提高了艦艇生存能力。

3.3 數據庫技術

數據庫是MAS系統的關鍵組成部分，在MAS艦艇近防系統中，其數據庫由每個Agent的數據庫共同構成，數據庫中包含著近防目標的參數和特征、近防系統應對威脅的解決方案等信息，數據庫信息以表的形式存儲在專門的存儲介質中，通過DBMS完成對數據的插入、查詢、刪除等，最后供艦艇的近防系統調用。信息綜合Agent的數據庫中包含有各種威脅的相關信息，如各型反艦導彈的相關特征參數，探測設備發現反艦導彈時的距離、高度、速度、方向角等信息，信息綜合Agent將對威脅進行評估并賦予威脅等級；任務規劃Agent的數據庫中存儲有各種威脅下的應對方案，如果威脅是已知等級則可直接調用相應威脅下的防御方案，如果是未知威脅，則由任務規劃Agent根據信息規劃解決方案；各武器Agent的數據庫中則存有各種武器的發射參數等與武器發射相關的信息。需要指出的是雖然各Agent擁有其相應的數據庫，但是在硬件上這些數據庫可以存儲在同一介質上，即使不在同一介質上，它們之間也是信息共享的，既各A-gent的數據庫同屬于MAS系統的總數據庫，它們之間是共享的。MAS近防系統的數據庫內容決定近防系統的防御能力，大量的訓練與實戰經驗是系統數據庫信息的來源，不同軍艦間通過數據庫的信息共享相互學習戰斗等經驗，從而快速提高軍艦的近防能力。

4 結語

本文介紹了MAS近防系統的功能原理與組成，并重點介紹了MAS艦艇近防系統的幾個關鍵技術。可以看出MAS近防系統具有攔截反應時間短、效率高，協同作戰能力與抗飽和攻擊能力強，攔截成功率高，系統安全性強，可對目標進行梯次攔截，環境適應能力突出等特點，通過對作戰與訓練的經驗學習與共享，大大提高了艦艇的作戰效果與生存能力。

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