基于Multi-Agent的电子信息装备体系作战效能评估方法

于少波，李新明，刘　东，闫雪飞

(装备学院 复杂电子系统仿真实验室，北京　101416)

基于Multi-Agent的电子信息装备体系作战效能评估方法

于少波，李新明，刘东，闫雪飞

(装备学院 复杂电子系统仿真实验室，北京101416)

摘要：阐述了电子信息装备体系及体系效能评估的概念，分析了装备体系评估的主要方法和技术，通过对比分析现有装备体系效能评估方法的优缺点和适用范围，将多Agent方法引入到电子信息装备体系评估，提出了一种基于多Agent方法的作战效能评估方法。介绍了多Agent方法的概念、优缺点和基本结构，构建了电子信息对抗系统的作战效能度量指标，设计了电子信息对抗系统的作战效能仿真框架，并基于AnyLogicTM平台进行了仿真验证。基于Agent的评估方法既适应于电子信息对抗系统的作战效能评估，也适用于电子信息装备体系及其子系统的效能评估。

关键词：多Agent；电子信息装备体系；建模；作战效能；评估

Research on Method of Operational Effectiveness Evaluation for

Electronic Information Equipment Systems Based on Multi-Agent

电子信息装备体系(system of systems,SoS)[1]隶属于武器装备体系，是体系思想在电子信息装备发展中的应用，在高科技下的现代化战争中拥有举足轻重的地位和作用，是夺取信息优势，最终取得胜利的关键，它的优劣直接影响未来现代化战争的走势。如何去评价电子信息装备体系的好坏，如何促使电子信息装备体系发挥最大作用和效能，针对这些问题，就要求对其进行效能评估。电子信息装备体系作战效能评估作为效能评估研究中的一部分，与一般的效能评估相比具有以下2个特点：首先，电子信息装备体系效能评估是对体系的评估而不是对一般系统或者单件武器效能的评估；其次，电子信息装备体系效能评估需要对信息进行处理、传递和分析，这是其他评估中所没有的。

装备体系评估自被重视以来，已形成了一些比较被大家熟知的方法，包括解析法、试验统计法、作战模拟法、专家法和多指标综合法。其中，最简单的当属专家调查法，但存在主观性太强、缺乏理论指导的缺点；最真实可靠的当属试验统计法，因为现实情况的约束，这种方法现实起来特别困难；作战模拟法对硬件和软件的要求较高，解析法和多指标综合法应用最为广泛。目前，国内外关于效能评估的建模与仿真方法还比较少，针对诸如ADC方法难以反映系统动态运行过程的效能变化[2]、层次分析法(AHP)存在的一致性指标难以达到的问题[3]等解析法在体系效能评估中存在的不可修复的缺点；针对试验统计法对实验物质基础要求高而不宜实现的缺点[4]，本研究引入一种基于智能技术的新方法——多Agent方法，将多Agent评估方法引入到电子信息装备体系作战效能评估中来。体系是系统之系统，是复杂巨系统，理论上讲对系统的研究方法适用于对体系的分析和研究，而建模与仿真方法是完全可以由对系统的研究而转移到体系的研究。所以，以电子信息对抗系统为例，提出一种基于多Agent的电子信息装备体系作战效能评估方法，并给出了具体的建模过程和实验仿真结果从而验证本方法的合理性和可操作性。

1Agent方法

Agent方法是进行复杂体系仿真的一种有效手段，其基本思想是通过模拟现实世界，将复杂体系划分为与之相应的Agent个体(每个Agent具有各自的数据、模型以及接口等)，然后以自底向上的方式，通过对个体微观行为的仿真来获得系统宏观行为[5]。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社会性的智能实体，图1所示为Agent基本结构[6]。

Agent之所以在很多领域受到青睐与其具有显然优势是不可分割的[7]：① 与传统方法相比，Agent技术不仅提供了建模方法、给出问题的解，还可以用演示系统演化全部动力学特征，这是传统动力学方法或数值方法所无法达到的；② 对于无法求解，或当没有合适方法求解，或许多参数无法计算的系统和问题，采用Agent技术可详尽地研究系统多种特征，并对问题进行求解；③ 对于无法采用形式描述和数学计算的问题，仍然可以通过Agent交互来解决。

图1　Agent 基本结构

2Agent建模与仿真

电子信息装备体系作战效能评估包括对其作战效能度量指标的确定和效能评估方法的建立。武器系统的效能度量一般分为单项效能、系统效能和作战效能[8]。本文只研究作战效能，作战效能也称为外部效能，是指在规定条件下，运用电子信息装备体系的作战能力执行作战任务所能达到预期目标的程度[9]。针对考虑其执行作战任务的整个过程来说，通过建模与仿真的方法实现评估是一种非常合适的手段。

前面已经介绍了Agent方法。本研究就利用这种方法进行仿真的设计与集成，以满足电子信息装备体系作战效能评估的需求。运用基于Agent建模与仿真实现的方法对电子信息装备体系作战能力效能进行评估，有效反映体系间的交互关系，在确立电子信息装备体系作战能力度量指标后，凭借电子信息装备体系结构确定其多Agent结构及Agent模型结构，建立了电子信息装备体系的Agent模型，从而确定影响其效能指标的关键的因素，文中的Agent方法可以归属为作战模拟法。

2.1　作战效能评估度量指标的构建

下面以电子信息对抗系统作战效能评估来说明Agent评估方法在电子信息装备体系效能评估中的具体应用。典型的电子对抗信息系统由侦察传感、信号处理、显示控制、干扰执行和系统通信5部分组成[10]。其中侦察部分主要作用是能够获得敌方电子信息系统或设备的状态、参数、通信内容等情报信息及战场综合电磁态势，并且提供电子情报支援；信号处理是指对信号的收集、识别，而后进行分析从而能够辅助决策；显示部分主要是进行人机交互；干扰执行是降低敌方各大系统的工作效能，能够摧毁或严重损坏敌人的整体战斗力，并且能够支援和掩护己方作战部队等进行安全突防，并有效对抗敌方的电子侦察和干扰，从而扰乱敌方设备的正常工作。如图2所示为电子信息对抗系统组成示意图。

图2　电子信息对抗系统组成示意图

根据上述各单元的功能及其相互关系对应的度量指标建立如表1所示。

表1　电子信息对抗系统效能度量指标

2.2　作战效能评估仿真框架的设计

构造电子信息对抗系统的仿真框架，依据其组成结构可以归纳为以下3个部分，也即Agent单元划分、Agent模型建立和Agent仿真框架总体设计。

2.2.1Agent单元划分

基于作战效能评估的基本目的，为简化设计模型，以陆基雷达电子对抗系统为研究对象，从其的组成结构出发，依据每个单元不同的功能和作用，作为单元划分的标准，建立以下5类Agent模型，包括：侦察机、导弹、雷达、信息处理中心几类模型，每个个体都由一个Agent智能体来仿真。

2.2.2Agent模型建立

参考美国“网络中心战”的概念，本研究从物理层、信息层和知识层3个层次建立了慎思型Agent仿真模型，根据不同功能对其进行不同层次的仿真，如图3所示。

图3　Agent 仿真模型

物理层包括侦察传感、系统通信和干扰执行3类模型，仿真Agent物理功能的实现。① 在侦察传感模型方面，一个Agent模型包括多台雷达，考虑雷达系统的作用覆盖范围，作用有效距离，作用目标类型，发现目标概率及定位精度等数据。② 在系统通信建模方面，一个Agent可能携带电缆或通信设备，可实现有线通信或无线通信，根据每种器材的工作模式、通信链路连通性来计算内部传递及外部传递的传输速率和传输距离计算、传输延迟时间。③ 在干扰打击建模方面，一个Agent可以是一架电子对抗机或机群并携带导弹，根据对抗机发射干扰信号强度、压制防空雷达和指挥通信链路的能力，掩护作战飞机空袭的本领等。

信息层仿真信息产生、信息传输、信息存储、信息处理、信息分发的过程。把在Agent个体之间直接传输的信息定义为可用侦察信息，这类信息可以用来对目标信息进行分析，从而辅助决策。把不能在Agent个体间直接传输的信息定义为原始侦察信息，这类信息需要信息处理中心对其进行处理转化，才能在Agent个体之间共享。最后定义一种指挥控制信息，它是Agent个体在知识层生成的。

信息产生主要指通过雷达探测到的目标信息；信息传输是指在Agent个体上如果携带的通信设备指定通信链路，则拥有这些通信设备的Agent个体间可直接实现互联互通；信息存储是指利用2个数据库分别存储指挥控制信息和可用侦查信息，定期对没有实时使用价值的信息进行自动删除；信息处理是指那些通过雷达传感器直接截获的目标的原始侦查信息到可用侦查信息的转换；信息分发是指在显示控制单元做出决策后对干扰单元下发命令和干扰单元内部命令的传达和反馈。其中涉及到的信息传输延迟、信息处理延迟等指标。

知识层仿真Agent的信息感知和决策生成。当Agent单元对信息列表中的内容进行处理时，如果发现信息内容和自身状态满足逻辑条件时，Agent就会依据规范则自动生成指挥控制信息，对目标进行对抗干扰。在每个仿真内Agent都执行如图4所示流程。

图4　Agent 仿真执行流程

这样，已方Agent直接通过信息传输形成了协作关系；敌对双方Agent之间则通过侦查、干扰打击形成对抗；2类交互关系形成了作战过程。显然，这种仿真产生的作战过程是自发形成的，无法事先进行预测，这也反映了作战的复杂性特征。

2.2.3Agent仿真框架设计

系统仿真框架如图5所示。整个框架共分3层，也即底层数据库层、中间层是仿真层，最上层是效能指标层。数据库层包括4个基本数据库，其中作战想定数据库存储了电子信息对抗系统作战效能评估所需的一些典型作战任务想定；信息数据库包含各种数据信息；武器数据库主要指雷达、干扰机等武器装备相关数据；设备数据库是指在各大单元中用到的各种设备数据的集合，为了更方便各单元的支配和掌控。第二层为作战仿真模块。第三层是效能指标层，该层是完成效能指标的最终计算，也是最后部分。

图5　电子信息对抗系统仿真框图

3Agent平台实现

AnyLogicTM建模语言已经成功应用于对大规模和复杂系统的建模，而且其是运行Agent建模与仿真的有效工具，所以本文以AnyLogicTM开发环境开发和运行Agent模型。本研究基于AnyLogicTM平台，依据陆基雷达电子对抗系统的系统学模型和Agent建模结果，对上文中所提出的作战效能评估方法进行仿真验证，以某集团军下属的一个军事基地为例，此基地装备着最先进的陆基雷达电子信息对抗系统，据上述建模过程，Agent个体包括侦察机、导弹(其中，把进行对抗简化为凭借导弹个体进行轰敌方侦察机)、雷达(本文仿真拟为3台雷达，组成雷达群)、信息处理中心(同指挥所共同一个智能体，辅助决策)几类模型进行仿真。如图6所示。

如6图(a)所示，为电子信息对抗系统仿真主界面，当点击运行(Run)按钮，就可以进行仿真试验。如图6(b)所示，为电子信息对抗系统仿真2D运行界面，军事基地的3部路基雷达可实现全天候、全方位的侦察监视。当敌机进入雷达可探测范围内，被雷达探测到，将敌机相关信息下传到指控中心,指控中心会下令火力打击模块，对敌机进行打击摧毁。

4结束语

本研究把基于Agent建模与仿真方法引入到电子信息装备体系效能分析中，以电子信息对抗系统为例，基于海防某军事基地为背景，进行了建模、仿真和实现的整个过程。在仿真实现过程中，依靠Agent模块的智能性，减少人工的消耗，为模拟电子对抗系统发挥作用起到事半功倍的作用。基于Agent的评估是值得推荐并高度重视的一种方法，在信息化条件下的高科技战争中将发挥重要作用。

图6　电子信息对抗系统仿真界面

参考文献：

[1]李新明, 杨凡德.电子信息装备体系概论[M].北京: 国防工业出版社, 2014: 7-8.

[2]黄国庆, 王明绪.基于ADC模型的多机协同作战效能评估[J].火力与指挥控制, 2013, 38(10): 126-129.

[3]项磊, 杨新, 张扬,等.基于层次分析法与模糊理论的卫星效能评估[J].计算机仿真, 2013, 30(2): 55-61.

[4]胡玉农, 夏正洪, 王俊峰,等.复杂电子信息系统效能评估方法综述[J].计算机应用研究, 2009, 26(3): 820-821.

[5]胡晓峰. 战争模拟引论[M].北京: 国防大学出版社, 2004: 25-27.

[6]卢宏锋, 孙琰. 基于Agent的武器装备体系多分辨率建模研究[J].兵工自动化, 2008,27(9): 12-13.

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[8]张最良. 军事运筹学[M].北京:军事科学出版社,1992: 13-14.

[9]吴炜琦, 张育林. 基于Agent的卫星体系效能评估仿真方法[J].计算机仿真, 2007, 24(7): 48-50.

[10]童志鹏. 综合电子信息系统[M].北京: 国防工业出版社, 2010: 344-346.

(责任编辑杨继森)

收稿日期：2015-02-12

基金项目：部委级基金资助项目资助；实验室基础研究项目资助

作者简介：于少波(1990—)，男，硕士研究生， 主要从事数据可视化、武器装备体系评估研究；李新明(1965—)，男，博士，研究员，博士生导师，主要从事大数据分析、电子信息装备体系评估研究；刘东(1981—)，男，博士，助理研究员，主要从事大数据析、装备联合论证研究；闫雪飞(1989—)，男，博士研究生，主要从事武器装备体系评估研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.020

中图分类号：N949；E917

文献标识码：A

文章编号：1006-0707(2015)07-0079-04

本文引用格式：于少波，李新明，刘东，等.基于Multi-Agent的电子信息装备体系作战效能评估方法[J].四川兵工学报，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

【后勤保障与装备管理】