基于多Agent的主战装备精确打击能力影响仿真分析*

杨 娟，孙 万

（装备指挥技术学院，北京 101416）

主战装备是指在战争中直接杀伤敌人有生力量及摧毁其战斗设施的非电子类武器装备及系统[1]。本文所研究的主战装备主要指具有综合毁伤能力的精确打击武器系统，如地地战术弹道导弹、战术巡航导弹等。主战装备的作战效能主要取决于其可靠性、机动能力、作战半径/射程/续航能力、精确打击能力、信息能力、保障能力、防护能力等指标。精确打击能力是衡量主战装备作战效能的最重要指标之一。定量研究主战装备精确打击能力对作战体系作战效能的影响，是作战体系作战效能仿真分析与实验必须解决的理论问题。

主战装备精确打击能力对作战体系作战效能的影响属于复杂系统问题研究范畴。智能体（Agent）是复杂系统问题研究的重要手段[2,3]。本文基于多Agent的建模方法与技术，对主战装备精确打击能力对作战体系作战效能的影响进行建模与仿真分析。

1 Agent模型的基本结构

Agent是一个能够与外界自主交互、并拥有一定知识和推理能力，能够独立完成一定任务的，具有自治性、社会性、响应性、能动性等行为特征的智能实体；同时，Agent还具有知识、信念、责任、承诺等精神状态特征[3]。图1给出了Agent的基本结构[4,5]。主体Agent包含信息获取、信息融合处理、信息传输、自适应性、规划、决策生成、智能控制、行动等模块。Agent设计的基本原则是依靠分布式、具有各种特定功能的Agent通信、协作和交互，实现仿真分析与实验功能。

图1 Agent基本结构图

2 基于多Agent技术的仿真分析模型

MAS（Multi-Agent System）是由多个Agent构成的自适应柔性动态系统与典型分布式计算机系统。基于多Agent的仿真分析模型以自底向上的方式，从研究Agent的微观（底层）行为着手，进而获得作战体系上的宏观（上层）行为的量化表述。基于多 Agent的仿真分析模型通过对各Agent的感知、反应、行动、推理、规划、决策生成、通信以及Agent之间协作关系的刻画，探讨作战体系中各作战要素的动力学特征及其自组织有序演化规律[6-7]。

基于多Agent技术的仿真分析模型建立的基本思想是：将作战体系划分为战场环境 Agent、精确打击Agent、信息获取Agent、信息融合处理 Agent、信息传输Agent、指挥控制Agent、作战体系作战效能影响分析Agent等，其模型结构如图2所示[5,8]。关于精确打击能力对作战体系作战效能提升或衰减的影响，本文主要从打击精度和打击范围两个方面对对抗双方Agent数量损耗、空间熵值、Agent重心位置的变化进行仿真实验分析。

图2 精确打击能力对作战体系作战效能影响分析的多Agent模型结构图

本文建立的基于多 Agent的仿真分析模型可在EINSTein仿真平台上予以实现[8-9]。在EINSTein仿真平台中分别设置了精确打击Agent、信息获取Agent、信息传输 Agent、信息融合处理 Agent、指挥控制Agent、作战体系作战效能影响分析Agent。

EINSTein仿真平台是一个“概念演示实验系统”，其本质是用基于多Agent的仿真分析模型模拟复杂战场环境条件下多组Lanchester方程模型。在EINSTein仿真平台中，对抗双方分为红方和蓝方，红、蓝方进行战斗的虚拟战场是一个格子网，Agent可以在格子间自由移动并携带信息，每一个格子上最多只能放一个 Agent，代表一个战斗单元。每一个Agent有三种状态，即生、死、伤，它们都拥有一组范围属性和一种个性属性，范围属性指所有的Agent感知和传递局部信息的范围，个性属性决定了不同类Agent的特有能力。

2.1 精确打击Agent

精确打击Agent的能力参数设计，主要包括打击精度和打击范围设计。本文着重仿真分析打击精度改变时，主战装备对作战体系作战效能提升或衰减的影响。

在作战仿真过程中，精确打击Agent从信息传输Agent获取战场信息，依据机动规则和交战规则，经过指控指令分发机制，自主选择行动方向和打击目标。

2.2 信息传输Agent

主要包括三方面设计：

1）能力参数设计 主要包括通信范围和 Agent的基本能力设计，目的是实现不同Agent类之间的通信联络，实现多Agent的协作或交互；

2）行为准则设计 主要是为了实现与信息获取Agent、信息融合处理Agent、精确打击Agent的行动同步性；

3）通信链路设计 信息获取Agent、信息融合处理Agent和精确打击Agent的通信联络能力必须经过信息传输Agent的通信链路得以实现，同时通信链路的方向性反映了信息在作战仿真过程中的流向。

2.3 信息获取Agent

主要包括两方面设计：

1）能力参数设计 主要包括信息获取范围和Agent的基本能力设计。信息获取 Agent强调信息获取能力，是外部信息的获取窗口，并对信息的紧迫性做出判断，根据信息的类型将经过抽象的信息分发到不同的Agent类。

2）行为准则设计 由于信息获取Agent能够获取更多的战场信息，而防护能力很弱，只有通过 Agent类之间的有效协作，作战体系才能够有序地运行，发挥作战效能。

2.4 指挥控制Agent

根据知识库提供的知识，作出基于作战效果的最优作战行动规划与决策。它对作战任务进行分析和分解，根据对任务的解释、感知Agent的环境信息以及系统资源状况分配任务，规划出合适的任务序列，制定指挥控制指令，并通过通信机制与其他Agent协作。

3 算例分析

通过主战装备打击精度改变与作战仿真结果的比较，得出主战装备打击精度改变时对作战体系作战效能的影响。主战装备打击精度改变时作战仿真过程如图3所示。在主战装备打击精度改变的作战仿真分析与实验过程中，红方Agent伤亡数据如表1所列，蓝方Agent总计活19、伤39、亡118。

图3 主战装备打击精度改变时作战仿真过程示意图

表1 主战装备打击精度改变的作战仿真中红方伤亡数据

红方两组编队从两个方向对蓝方实施攻击行动，在1～50时间仿真步长中，首先红方第一组攻击蓝方防御阵地，此时蓝方部分Agent集中到红方第一组攻击方向，在红方另一个方向的蓝方Agent有所减弱。红方第二组随后在另一个方向对蓝方 Agent实施攻击。在50～200时间仿真步长中，红方第一组最大打击蓝方 Agent，有少量 Agent突破蓝方防御阵地。红方第二组顺利突破蓝方防御阵地，红方第一组、第二组到达蓝方重要区域。此时，红方信息获取类Agent、信息传输类Agent停留在蓝方防御阵地附近开展侦察监视、通信联络活动。

由主战装备打击精度改变时的作战仿真结果可以得出：在50～150时间仿真步长中，由于蓝方主战装备精确打击能力较弱，红方Agent集中，红、蓝双方Agent数量损耗都呈现出抛物线的下降趋势。从 150时间仿真步长开始，红方Agent坚守在蓝方重要区域附近，此时也不具有以优势Agent消灭蓝方Agent的能力，如图4所示。作战初始时刻红方在进攻过程中拥有较高空间熵值，随着红方在进攻过程中Agent数量损耗、Agent集中于蓝方重要区域，此时空间熵值趋于无穷小，如图5所示。红方Agent重心在突破蓝方防御阵地后，Agent停留在蓝方重要区域，如图 6所示，此时红方Agent到达蓝方重要区域，完成预期的作战任务。

图4 红、蓝双方Agent数量损耗变化曲线图

图6 红、蓝双方Agent重心位置变化曲线图

4 结束语

按照系统论的观点分析，作战体系是由许多相互联系、相互依赖、相互作用以及相互制约的要素构成的有机整体，所有这些要素的种类、数量、排列组合方式以及相互间的关系性质，直接决定着作战体系作战效能的发挥。Agent是复杂系统问题研究和建模与仿真的重要手段。本文提出的基于多Agent技术的仿真分析模型，对定量研究各作战要素对作战体系作战效能的影响具有重要的参考作用。

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