基于MAS技术的舰载近防系统的研究＊

卢道华 穆兴兴

（江苏科技大学 镇江 212003）

1 引言

现代反舰武器的隐蔽与突防能力越来越强，水面舰艇的反导防御，尤其是对掠海飞行的反舰导弹的防御，越来越被各国海军所重视［1］。舰艇近防是指军舰在近距离对空中等近距离目标的防御。当今舰艇的主要近防对象是掠海飞行的反舰导弹等空中目标，本文的近防是指近距离防空，即舰艇利用舰艇近防武器对近距离空中目标的防御。

本文主要以某新型护卫舰为研究对象来构建基于MAS技术的舰艇近防系统。该系统能迅速、独立地对空中来袭目标做出防御，并且能够协同控制其内部Agent完成共同任务，是一种能够自我完善、经验积累和分享的新型智能舰载系统。

2 MAS近防系统的概念和原理

2.1 MAS近防系统的概念

2.1.1 Agent与 MAS的相关知识

Agent一词的主要意思是“代理（人）”，但这里的Agent还具有更多的含义。简单来说，Agent是一种实体，而且是一种具有智能的实体。这种实体可以是智能软件、智能设备、智能机器人或智能计算机系统等等，甚至也可以是人［2］。国内人工智能文献中对Agent的翻译称呼有智能体、主体、智能Agent等，现在则逐渐趋向于不翻译而直接使用Agent［3］。Agent的抽象模型是具有传感器和效应器，处于某一环境中的实体。它通过传感器感知环境；通过效应器作用于环境；它能运用自己所拥有知识进行问题求解；它还能与其它Agent进行信息交流并协同工作。

图1 Agent的结构模型（虚线内）

图2 MAS结构图

MAS是多Agent系统的简称，从Agent的特性可以看出，Agent的一个显著特点就是它的社会性。所以，Agent的应用主要是以多个Agent协作的形式出现。因而多Agent系统就成为Agent技术的一个重点研究课题［4］。多Agent系统是一个松散耦合的Agent网络，这些Agent通过交互、协作进行单个A-gent能力或知识所不及的问题求解［5］。MAS中每一个Agent都是自主的，它们可以由不同的设计方法和语言开发而成，因而可能是完全异质的。多A-gent系统具有如下特征：1）每个Agent拥有解决问题的不完全的信息或能力；2）没有系统全局控制；3）数据是分散的；4）计算是异步的。

2.1.2 MAS近防系统的定义

MAS近防系统是一种基于MAS技术的，控制舰载武器对近距离目标实施攻击或拦截的舰载火力控制系统。它的最大特点是其不仅具备A－gent的相关属性—自主性、反映性、适应性和社会性，而且从整体上还体现多Agent系统所包含的特点［6］。MAS舰艇近防系统的任务是根据作战指挥命令，利用可获取的各种战场信息、数据、对目标进行探测、跟踪，实时提供控制武器发射所需参数，协同的控制武器准确地对目标实施有效打击或拦截。MAS舰艇近防系统具有下列主要性质：

1）组成MAS舰艇近防系统的各Agent具有A-gent所具备的性质，即其既能够在没有人或别的A－gent的干预下，主动地自发地控制自身的行为和内部状态，并且还有自己的目标或意图，能够感知环境，并通过行为改变环境，能根据目标、环境等的要求和制约作出行动计划，并根据环境的变化，修改自己的目标和计划，与其它Agent在同一环境中协同工作。

2）能根据接收到的探测设备探测信息和自身探测信息判断并做出最佳的防御方案，并能通过近防武器将目标拦截，在紧急状态下，某一Agent能越过规划Agent迅速做出反应，如在只有舰载近防炮能拦截的区域内发现来袭导弹，近防炮Agent将直接做出反应，而不需要综合Agent的指挥。

3）协调控制多个Agent共同完成对目标的拦截，使拦截成功率最大。

4）MAS舰艇近防系统的又一大特点是其经验学习的能力，既通过训练以及实战来学习应对不同情况下对舰艇的不同威胁，并且可以在多艘舰艇的近防系统间进行交流学习，这样，在遇到相似情况下MAS近防系统就可以直接调用防御方案，并且，一艘舰参加战斗，其经验会分享给其他的舰艇。

2.2 MAS近防系统

2.2.1 MAS近防系统的组成结构

按硬件组成结构，如MAS舰艇近防系统由信息传感器、舰载武器及发射装置和指控设备组成，以国产某新型护卫舰为例，如图3所示，MAS舰艇近防系统由信息搜索跟踪制导设备（预警雷达、光电搜索设备、照射雷达、跟踪制导设备等）、指控显示设备（显控台、数据处理机等）、武器设备（包括防空导弹、主炮、近防炮、以及发射控制设备等）构成。

图3 MAS舰艇近防系统的硬件组成

按组成 MAS系统的Agent，如图4，MAS近防系统可分为信息综合Agent，任务规划Agent，协同控制Agent，防空导弹Agent，诱饵弹Agent，主炮Agent，速射炮Agent。

图4 MAS舰艇近防系统Agent组成

2.2.2 MAS舰艇近防系统的工作原理

组成MAS近防系统的各Agent通过协同控制共同完成拦截反舰导弹的任务。但其中各A－gent具有不同的作用：

1）信息综合Agent。负责接收整理舰艇探测设备的信息和舰艇其他信息，当探测到目标后与数据库信息比对得出目标的相关信息并判断是否需要拦截。且对威胁进行分级进而为其他Agent分配优先级，值得提出的是在某些Agent分配到了高优先级时，其可以跳过任务规划Agent的建议，去立刻对威胁作出反应，比如当近防炮分配到最高优先级时，说明来袭反舰导弹已经不在防空导弹以及主炮的拦截范围了，这时候近防炮将跳过MAS近防系统而立刻独自的进行拦截。

2）任务规划Agent。当确认来袭目标需要拦截时，根据其威胁等级并综合其他必要信息，且参照数据库的已有信息规划出最佳的拦截方案。

3）辅助控制Agent。负责MAS舰艇近防系统在不同时刻（训练、作战和系统检查维修）的经验总结与效能分析，并将这些经验写入数据库，供舰艇遇到相似情况能快速采取正确的防御方案，提高拦截成功率，它体现了MAS的自学习特点。

4）各近防武器Agent。各近防武器Agent都能自主拦截来袭目标，它们都有独立的软硬件设备。垂直发射的舰空导弹采用主动单脉冲雷达制导，它使用火阵雷达能同时制导多枚导弹对付不同目标，其作战目标为战术飞机、巡航导弹、战术空射型导弹、直升机和无人机，主要担负舰队防空系统中的近程防御任务，因此舰空导弹是近防系统的第一道防线；干扰分为有源干扰与无源干扰，舰上装有若干组工作在不同频段的有源干扰机，实施电磁波干扰，而无源干扰设备弹通过释放铝箔与红外诱饵来对来袭导弹进行电磁与红外干扰，是舰艇近防系统不可或缺的防御方式；主炮的射程介于导弹与速射炮之间，通过水幕射击这种面对面的防御方式来进行反导，在MAS舰艇近防系统的梯次拦截中填补了导弹最小有效距离与速射炮最佳有效距离间的拦截任务，起承上启下的作用［7］；速射炮系统安置于箱形的炮塔上面，该系统可以提供对反舰导弹、飞机、近岸目标、小型舰艇和水雷等目标的点防御，多管小口径火炮承担后续拦击和补充打击的任务，依靠舰载中央系统进行前期指挥，在自带的制导系统锁定目标后转入自动模式，以极高的射速在反舰导弹的路径构筑一道密集的弹幕，是舰艇的最后一道屏障［9］。

2.2.3 MAS舰艇近防系统的工作过程

以某新型护卫舰为研究对象，试想已完成了其各武器子系统的修改，并建立了MAS舰艇近防系统，则其工作过程描述为：

首先，在辅助控制Agent选择下的某一模式中（分为三个模式—训练、作战和系统检查维修），舰艇进行训练、作战或者系统检查维修的任务，并且在任务结束后，辅助控制Agent还承担对这次任务的经验总结与效能分析。

其次，综合信息Agent对舰艇探测的信息与数据库对比进行分析并预警，在确认来袭反舰导弹威胁后其将对威胁进行分级并交由任务规划Agent决定是否采取数据库中已有方案进行拦截，如果数据库中没有应对方案，则交由任务规划Agent规划拦截方案。

最后，通过各武器Agent的系统控制近防武器对来袭导弹进行拦截。

MAS舰艇近防系统的工作流程如图5所示。

图5 某国产新型护卫舰作战模式下的MAS舰艇近防系统

3 关键技术

3.1 协同控制技术

如何协同控制不同的舰载武器拦截来袭反舰导弹是MAS近防系统的重要任务，组成MAS近防系统的各舰载武器Agent都具备单个Agent所具备的各种特性，即各舰载武器都能依靠自己对来袭反舰导弹进行拦截，但由于各舰载武器的软硬设施不同，它们都有拦截来袭威胁的最佳防御手段，所以当遇反舰导弹来袭时如何协同控制各舰载武器，使它们能充分发挥其最佳拦截效果就成为了MAS近防系统协同控制的首要任务。MAS近防系统协同控制的解决方法是信息综合Agent对威胁的评估和分级，当来袭反舰导弹被舰载信息探测设备发现后，信息综合Agent根据其特征分析并与数据库比对并对威胁进行评估，并赋予其相应的威胁等级，进而为其他Agent分配优先级，任务规划Agent将根据各武器Agent的优先级规划出最佳的拦截手段，这样就可以避免当来袭反舰导弹被发现后舰载武器各自为战所造成的混乱与拦截效率问题，充分发挥分层拦截的优势，并且当受到饱和攻击时也能协同不同的舰载武器应对威胁，大大提高舰艇的抗饱和攻击能力，值得提出的是在某些Agent分配到了高优先级时，其可以跳过任务规划Agent的建议，立刻对威胁作出反应，比如当近防炮分配到最高优先级时，说明来袭反舰导弹已经不在防空导弹以及主炮的拦截范围了，这时候近防炮将跳过MAS近防系统立刻对威胁进行拦截。

3.2 智能学习技术

MAS舰艇近防系统的又一大特点是其经验学习的能力，既通过训练以及实战来学习如何应对不同环境下的不同威胁，并且可以在多艘舰艇的近防系统间进行交流学习，这样，当舰艇遇到相似情况下MAS近防系统就可以直接调用已有防御方案，并且，一艘舰参加战斗，其经验会分享给其他的舰艇。MAS舰艇近防系统有三种模式—训练、作战和系统检查维修，其学习功能贯穿舰艇的训练、作战和系统检查维修的任务中。当MAS舰艇近防系统完成三种模式中的某一任务后，辅助控制A-gent将对这次任务的结果进行分析，如果任务效果满足相应要求，辅助控制Agent便将本次任务的相关信息与任务规划结果存储到数据库中，在舰艇再次遇到相同任务时，系统便可以直接调用数据库中已有的解决方案来完成任务，从而大大缩短系统反应时间，提高了系统效率和在实战中提高了舰艇生存能力。MAS舰艇近防系统的学习能力还体现在舰艇的训练中，训练中的经验能直接提供给实战中的舰艇，从而提高了舰艇生存能力。

3.3 数据库技术

数据库是MAS系统的关键组成部分，在MAS舰艇近防系统中，其数据库由每个Agent的数据库共同构成，数据库中包含着近防目标的参数和特征、近防系统应对威胁的解决方案等信息，数据库信息以表的形式存储在专门的存储介质中，通过DBMS完成对数据的插入、查询、删除等，最后供舰艇的近防系统调用。信息综合Agent的数据库中包含有各种威胁的相关信息，如各型反舰导弹的相关特征参数，探测设备发现反舰导弹时的距离、高度、速度、方向角等信息，信息综合Agent将对威胁进行评估并赋予威胁等级；任务规划Agent的数据库中存储有各种威胁下的应对方案，如果威胁是已知等级则可直接调用相应威胁下的防御方案，如果是未知威胁，则由任务规划Agent根据信息规划解决方案；各武器Agent的数据库中则存有各种武器的发射参数等与武器发射相关的信息。需要指出的是虽然各Agent拥有其相应的数据库，但是在硬件上这些数据库可以存储在同一介质上，即使不在同一介质上，它们之间也是信息共享的，既各A-gent的数据库同属于MAS系统的总数据库，它们之间是共享的。MAS近防系统的数据库内容决定近防系统的防御能力，大量的训练与实战经验是系统数据库信息的来源，不同军舰间通过数据库的信息共享相互学习战斗等经验，从而快速提高军舰的近防能力。

4 结语

本文介绍了MAS近防系统的功能原理与组成，并重点介绍了MAS舰艇近防系统的几个关键技术。可以看出MAS近防系统具有拦截反应时间短、效率高，协同作战能力与抗饱和攻击能力强，拦截成功率高，系统安全性强，可对目标进行梯次拦截，环境适应能力突出等特点，通过对作战与训练的经验学习与共享，大大提高了舰艇的作战效果与生存能力。

［1］现代舰艇火控系统［M］.北京：国防工业出版社，2008：138～140

［2］陈莘萌，何炎祥.Agent和多Agent系统的设计与应用［M］.武汉：武汉大学出版社，2001：6～10

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［5］杨煜普.多智能体协作技术综述［J］.信息与控制，2001（8）：337～342

［6］程显毅，罗跃川.一个 MAS结构模型［J］.计算机工程与设计，2001，22（6）：22～24

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［8］郭锐，伍方明.水面舰艇作战能力研讨式评估软件设计［J］.计算机与数字工程，2009，37（11）

［9］熊焰，腾宗平，郑华利.基于移动Ageng的分布式炮兵自动化指挥系统［J］.火力与指挥控制，2006，31（1）：52～54