基于Multi-Agent的電子信息裝備體系作戰效能評估方法

于少波，李新明，劉　東，閆雪飛

(裝備學院 復雜電子系統仿真實驗室，北京　101416)

基于Multi-Agent的電子信息裝備體系作戰效能評估方法

于少波，李新明，劉東，閆雪飛

(裝備學院 復雜電子系統仿真實驗室，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，通過對比分析現有裝備體系效能評估方法的優缺點和適用范圍，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方法的作戰效能評估方法。介紹了多Agent方法的概念、優缺點和基本結構，構建了電子信息對抗系統的作戰效能度量指標，設計了電子信息對抗系統的作戰效能仿真框架，并基于AnyLogicTM平臺進行了仿真驗證?；贏gent的評估方法既適應于電子信息對抗系統的作戰效能評估，也適用于電子信息裝備體系及其子系統的效能評估。

關鍵詞：多Agent；電子信息裝備體系；建模；作戰效能；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展中的應用，在高科技下的現代化戰爭中擁有舉足輕重的地位和作用，是奪取信息優勢，最終取得勝利的關鍵，它的優劣直接影響未來現代化戰爭的走勢。如何去評價電子信息裝備體系的好壞，如何促使電子信息裝備體系發揮最大作用和效能，針對這些問題，就要求對其進行效能評估。電子信息裝備體系作戰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個特點：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、試驗統計法、作戰模擬法、專家法和多指標綜合法。其中，最簡單的當屬專家調查法，但存在主觀性太強、缺乏理論指導的缺點；最真實可靠的當屬試驗統計法，因為現實情況的約束，這種方法現實起來特別困難；作戰模擬法對硬件和軟件的要求較高，解析法和多指標綜合法應用最為廣泛。目前，國內外關于效能評估的建模與仿真方法還比較少，針對諸如ADC方法難以反映系統動態運行過程的效能變化[2]、層次分析法(AHP)存在的一致性指標難以達到的問題[3]等解析法在體系效能評估中存在的不可修復的缺點；針對試驗統計法對實驗物質基礎要求高而不宜實現的缺點[4]，本研究引入一種基于智能技術的新方法——多Agent方法，將多Agent評估方法引入到電子信息裝備體系作戰效能評估中來。體系是系統之系統，是復雜巨系統，理論上講對系統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的研究而轉移到體系的研究。所以，以電子信息對抗系統為例，提出一種基于多Agent的電子信息裝備體系作戰效能評估方法，并給出了具體的建模過程和實驗仿真結果從而驗證本方法的合理性和可操作性。

1Agent方法

Agent方法是進行復雜體系仿真的一種有效手段，其基本思想是通過模擬現實世界，將復雜體系劃分為與之相應的Agent個體(每個Agent具有各自的數據、模型以及接口等)，然后以自底向上的方式，通過對個體微觀行為的仿真來獲得系統宏觀行為[5]。Agent是一個能夠與外界自主交互并擁有一定知識和推理能力，能夠獨立完成一定任務的具有社會性的智能實體，圖1所示為Agent基本結構[6]。

Agent之所以在很多領域受到青睞與其具有顯然優勢是不可分割的[7]：① 與傳統方法相比，Agent技術不僅提供了建模方法、給出問題的解，還可以用演示系統演化全部動力學特征，這是傳統動力學方法或數值方法所無法達到的；② 對于無法求解，或當沒有合適方法求解，或許多參數無法計算的系統和問題，采用Agent技術可詳盡地研究系統多種特征，并對問題進行求解；③ 對于無法采用形式描述和數學計算的問題，仍然可以通過Agent交互來解決。

圖1　Agent 基本結構

2Agent建模與仿真

電子信息裝備體系作戰效能評估包括對其作戰效能度量指標的確定和效能評估方法的建立。武器系統的效能度量一般分為單項效能、系統效能和作戰效能[8]。本文只研究作戰效能，作戰效能也稱為外部效能，是指在規定條件下，運用電子信息裝備體系的作戰能力執行作戰任務所能達到預期目標的程度[9]。針對考慮其執行作戰任務的整個過程來說，通過建模與仿真的方法實現評估是一種非常合適的手段。

前面已經介紹了Agent方法。本研究就利用這種方法進行仿真的設計與集成，以滿足電子信息裝備體系作戰效能評估的需求。運用基于Agent建模與仿真實現的方法對電子信息裝備體系作戰能力效能進行評估，有效反映體系間的交互關系，在確立電子信息裝備體系作戰能力度量指標后，憑借電子信息裝備體系結構確定其多Agent結構及Agent模型結構，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的關鍵的因素，文中的Agent方法可以歸屬為作戰模擬法。

2.1　作戰效能評估度量指標的構建

下面以電子信息對抗系統作戰效能評估來說明Agent評估方法在電子信息裝備體系效能評估中的具體應用。典型的電子對抗信息系統由偵察傳感、信號處理、顯示控制、干擾執行和系統通信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或設備的狀態、參數、通信內容等情報信息及戰場綜合電磁態勢，并且提供電子情報支援；信號處理是指對信號的收集、識別，而后進行分析從而能夠輔助決策；顯示部分主要是進行人機交互；干擾執行是降低敵方各大系統的工作效能，能夠摧毀或嚴重損壞敵人的整體戰斗力，并且能夠支援和掩護己方作戰部隊等進行安全突防，并有效對抗敵方的電子偵察和干擾，從而擾亂敵方設備的正常工作。如圖2所示為電子信息對抗系統組成示意圖。

圖2　電子信息對抗系統組成示意圖

根據上述各單元的功能及其相互關系對應的度量指標建立如表1所示。

表1　電子信息對抗系統效能度量指標

2.2　作戰效能評估仿真框架的設計

構造電子信息對抗系統的仿真框架，依據其組成結構可以歸納為以下3個部分，也即Agent單元劃分、Agent模型建立和Agent仿真框架總體設計。

2.2.1Agent單元劃分

基于作戰效能評估的基本目的，為簡化設計模型，以陸基雷達電子對抗系統為研究對象，從其的組成結構出發，依據每個單元不同的功能和作用，作為單元劃分的標準，建立以下5類Agent模型，包括：偵察機、導彈、雷達、信息處理中心幾類模型，每個個體都由一個Agent智能體來仿真。

2.2.2Agent模型建立

參考美國“網絡中心戰”的概念，本研究從物理層、信息層和知識層3個層次建立了慎思型Agent仿真模型，根據不同功能對其進行不同層次的仿真，如圖3所示。

圖3　Agent 仿真模型

物理層包括偵察傳感、系統通信和干擾執行3類模型，仿真Agent物理功能的實現。① 在偵察傳感模型方面，一個Agent模型包括多臺雷達，考慮雷達系統的作用覆蓋范圍，作用有效距離，作用目標類型，發現目標概率及定位精度等數據。② 在系統通信建模方面，一個Agent可能攜帶電纜或通信設備，可實現有線通信或無線通信，根據每種器材的工作模式、通信鏈路連通性來計算內部傳遞及外部傳遞的傳輸速率和傳輸距離計算、傳輸延遲時間。③ 在干擾打擊建模方面，一個Agent可以是一架電子對抗機或機群并攜帶導彈，根據對抗機發射干擾信號強度、壓制防空雷達和指揮通信鏈路的能力，掩護作戰飛機空襲的本領等。

信息層仿真信息產生、信息傳輸、信息存儲、信息處理、信息分發的過程。把在Agent個體之間直接傳輸的信息定義為可用偵察信息，這類信息可以用來對目標信息進行分析，從而輔助決策。把不能在Agent個體間直接傳輸的信息定義為原始偵察信息，這類信息需要信息處理中心對其進行處理轉化，才能在Agent個體之間共享。最后定義一種指揮控制信息，它是Agent個體在知識層生成的。

信息產生主要指通過雷達探測到的目標信息；信息傳輸是指在Agent個體上如果攜帶的通信設備指定通信鏈路，則擁有這些通信設備的Agent個體間可直接實現互聯互通；信息存儲是指利用2個數據庫分別存儲指揮控制信息和可用偵查信息，定期對沒有實時使用價值的信息進行自動刪除；信息處理是指那些通過雷達傳感器直接截獲的目標的原始偵查信息到可用偵查信息的轉換；信息分發是指在顯示控制單元做出決策后對干擾單元下發命令和干擾單元內部命令的傳達和反饋。其中涉及到的信息傳輸延遲、信息處理延遲等指標。

知識層仿真Agent的信息感知和決策生成。當Agent單元對信息列表中的內容進行處理時，如果發現信息內容和自身狀態滿足邏輯條件時，Agent就會依據規范則自動生成指揮控制信息，對目標進行對抗干擾。在每個仿真內Agent都執行如圖4所示流程。

圖4　Agent 仿真執行流程

這樣，已方Agent直接通過信息傳輸形成了協作關系；敵對雙方Agent之間則通過偵查、干擾打擊形成對抗；2類交互關系形成了作戰過程。顯然，這種仿真產生的作戰過程是自發形成的，無法事先進行預測，這也反映了作戰的復雜性特征。

2.2.3Agent仿真框架設計

系統仿真框架如圖5所示。整個框架共分3層，也即底層數據庫層、中間層是仿真層，最上層是效能指標層。數據庫層包括4個基本數據庫，其中作戰想定數據庫存儲了電子信息對抗系統作戰效能評估所需的一些典型作戰任務想定；信息數據庫包含各種數據信息；武器數據庫主要指雷達、干擾機等武器裝備相關數據；設備數據庫是指在各大單元中用到的各種設備數據的集合，為了更方便各單元的支配和掌控。第二層為作戰仿真模塊。第三層是效能指標層，該層是完成效能指標的最終計算，也是最后部分。

圖5　電子信息對抗系統仿真框圖

3Agent平臺實現

AnyLogicTM建模語言已經成功應用于對大規模和復雜系統的建模，而且其是運行Agent建模與仿真的有效工具，所以本文以AnyLogicTM開發環境開發和運行Agent模型。本研究基于AnyLogicTM平臺，依據陸基雷達電子對抗系統的系統學模型和Agent建模結果，對上文中所提出的作戰效能評估方法進行仿真驗證，以某集團軍下屬的一個軍事基地為例，此基地裝備著最先進的陸基雷達電子信息對抗系統，據上述建模過程，Agent個體包括偵察機、導彈(其中，把進行對抗簡化為憑借導彈個體進行轟敵方偵察機)、雷達(本文仿真擬為3臺雷達，組成雷達群)、信息處理中心(同指揮所共同一個智能體，輔助決策)幾類模型進行仿真。如圖6所示。

如6圖(a)所示，為電子信息對抗系統仿真主界面，當點擊運行(Run)按鈕，就可以進行仿真試驗。如圖6(b)所示，為電子信息對抗系統仿真2D運行界面，軍事基地的3部路基雷達可實現全天候、全方位的偵察監視。當敵機進入雷達可探測范圍內，被雷達探測到，將敵機相關信息下傳到指控中心,指控中心會下令火力打擊模塊，對敵機進行打擊摧毀。

4結束語

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為例，基于海防某軍事基地為背景，進行了建模、仿真和實現的整個過程。在仿真實現過程中，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發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爭中將發揮重要作用。

圖6　電子信息對抗系統仿真界面

參考文獻：

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(責任編輯楊繼森)

收稿日期：2015-02-12

基金項目：部委級基金資助項目資助；實驗室基礎研究項目資助

作者簡介：于少波(1990—)，男，碩士研究生， 主要從事數據可視化、武器裝備體系評估研究；李新明(1965—)，男，博士，研究員，博士生導師，主要從事大數據分析、電子信息裝備體系評估研究；劉東(1981—)，男，博士，助理研究員，主要從事大數據析、裝備聯合論證研究；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：N949；E917

文獻標識碼：A

文章編號：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效能評估方法[J].四川兵工學報，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】