基於MAS的區域反導發射車協同攔截規劃研究

引言

區域高低兩層協同攔截速度高、進攻能力強的戰術彈道導彈（tacticalballistic missile, TBM）逐漸成為反導系統發展的主要趨勢之一。在戰術級的目標分配後，高低兩層攔截系統如何規劃所屬發射車生成最優協同攔截方案是亟待解決的決策問題。然而由於高低兩層攔截系統所屬發射車分布於不同的地理空間，跨度較大，而協同攔截決策的時間極為有限，傳統自上而下的協同攔截規劃方式，難以規劃每個發射車相對精確的攔截策略，難以滿足反導戰場複雜多變的態勢變化。本文從發射車出發，將高低兩層攔截系統看成發射車組成的一個異構、分布和鬆散耦合的複雜智能控制系統，採用MAS相關原理研究了高低兩層協同攔截規劃問題。

1協同攔截分析

1.1物質基礎及過程分析

基於區域反導指揮控制系統的協同攔截物質基礎見圖1。

圖1區域反導協同攔截物質基礎

區域反導指控系統基於精確的預警信息，下達特定的攔截任務到高低兩層攔截系統；高層指控系統結合每個發射車的部署空間，計算每個發射車的發射區、最佳發射時機及選擇最優攔截模式，然後協調控制發射車實施攔截；地基雷達觀測整個攔截過程所得觀測數據提供給區域指控系統，以便評估攔截彈是否成功攔截TBM，判斷是否進行二次攔截；一旦高層攔截系統不具備攔截條件或沒有達到預定的攔截概率的，區域指控系統把TBM交給低層攔截系統進行再次攔截，相應低層攔截系統所屬發射車執行區域低層指控作戰指令，協同各發射車攔截。詳見圖2。

圖2區域高低兩層協同攔截過程

由圖2可知，攔截系統攔截TBM時，高低兩層哪幾個發射架採取怎樣的攔截策略和攔截時機，直接關係到攔截資源的消耗和攔截效能的提高。

1.2特點分析

在現代高技術條件下，對比防空協同決策的特點，區域反導協同攔截規劃的主要特點分析如下：

（1）協同方案動態變化。末段的TBM速度極高，留給協同攔截決策的時間極為有限，從而協同攔截規劃方案時刻面對快速動態變化的環境，因此，協同攔截決策方案隨著戰場環境的變化應實時變化。

（2）協同信息豐富。不僅發射車之間需要信息共享，協同攔截，而且又有避免攔截衝突而進行的協同。比如在集火射擊時，不同發射車的攔截點需要一定程度錯開等等。

2MAS概述

2.1 MAS的特點

智能Agent是指在一定環境中運行，根據自身能力、狀態、資源、相關知識以及外部環境信息，通過協同規劃、推理和決策，靈活、自主地採取行動以實現其既定目標的實體。MAS可定義為能對環境的變化具有適應力及相應的自我調節能力，並能通過與其他智能Agent進行交互的方式共同完成複雜問題求解的智能系統，具有學習、推理、規劃、決策和創新能力。作為一個鬆散且耦合的智能體網路，MAS具有如下一些特點：

（1）分布性：各智能Agent主體分布於地理上不同位置的多個處理器，系統的各個主體可能是異構的；

（2）自主性：各智能Agent是擁有一定的計算資源，能夠獨立進行問題求解和決策大粒度的計算實體；

（3）協作性：各智能Agent求解問題能力有限，全局目標的完成需要各智能Agent相互協作共同實現，各智能Agent之間是非對抗的。

2.2 MAS體系結構建立原則

MAS體系結構是用於定義MAS體系網路的節點數量、節點內部結構、節點之間的相互關係以及對節點的約束條件的一套規則。MAS體系結構建立原則如下：

（1）提供滿足系統需求的網路框架；

（2）便於在高層抽象級別上討論、設計系統功能；

（3）支持系統資源的可重用，即能被多次調用；

（4）具有可擴展性，支持開放式的分散式應用；

（5）兼容當前和未來的軟體工程技術的集成方法；

（6）便於驗證系統結構與多智能體統結構的一致性。

建立基於MAS的協同攔截作戰體系結構，確定高低兩層攔截系統多個發射車協同攔截作戰體系結構，集成多個發射車的攔截能力，力求攔截單個發射車無法成功攔截的TBM。

3基於MAS協同攔截模型

3.1協同攔截Agent分類

分析區域協同攔截過程，從實施協同攔截實體的角度分析，需要設置的Agent主要包括：戰場感知Agent、區域指控Agent、高層指控Agent、低層指控Agent、發射單元Agent、通信Agent，各Agent之間的交互關係見圖3。

圖3各Agent之間的交互關係

各組成Agent的作用描述如下：

戰場感知Agent：融合來自感測器網的信息，形成一定精度的預測彈道和統一的態勢圖，分析TBM威脅；

區域指控Agent：根據戰場態勢，按照一定準則，進行高低兩層攔截系統的攔截規劃，制定初步的攔截方案，並分配到兩級指控，監控高低攔截系統的攔截情況；

高層指控Agent、低層指控Agent：依據區域指控的戰術要求，結合所屬發射車的狀態、部署位置和TBM運動參數，選取最優的發射車的攔截模式和最佳攔截時機並實時地上報攔截情況到區域指控Agent；

發射單元Agent：執行指控Agent的作戰方案，攔截TBM；

通信Agent：負責攔截規划過程中高低兩級指控Agent與區域指控Agent、發射單元Agent間協作與協調的相關通信，不負責信息的處理。

3.2基於MAS協同攔截模型

在區域反導協同攔截過程中，如果僅將各個作戰實體抽象為獨立的作戰Agent，一方面，雖能整體分析協同攔截的流程，但難以精確描述協同攔截的內部機制；另一方面，由於攔截資源的有限性，各作戰Agent自主化的制定攔截方案容易造成資源的衝突，並且難以實現統一的戰術目標。例如採取「發射——發射」的攔截模式，獲取了最大的殺傷概率，但可能佔用了大量的攔截資源，大大降低了攔截系統的持續作戰能力。

為此，本文從高低兩級指控規劃發射車攔截的功能流程角度出發，建立了基於MAS協同攔截規劃模型，見圖4。

圖4基於MAS協同攔截規劃模型

各組成Agent的作用描述如下：

可攔截性Agent：依據感測器網的目標指示信息，從時間、空間和物質約束三個方面進行可攔截性分析，確定可攔截特定TBM的發射車集合；

發射區域Agent：結合TBM的跟蹤預測信息和發射車的殺傷區域，計算每個可攔截TBM的發射車的發射區域；

發射時間Agent：結合TBM的跟蹤預測信息和發射車的殺傷區域，按照一定的方法，計算每個可攔截TBM的發射車的可發射時間；

攔截模式Agent：結合發射區域和可發射時間，根據發射車的最小可發射間隔，計算最大可攔截次數，組合「發射——發射」和「發射——觀察——發射」兩種基本攔截模式，規劃每個可攔截TBM的發射車的最優複合攔截模式，以達到最佳攔截效果；

高層指控Agent、低層指控Agent：一方面，實現可攔截性判斷、發射區域計算、發射時間計算、攔截模式的規劃和控制發射車實施攔截；另一方面，聯合、協調不同的發射車實施攔截，平衡攔截衝突，提高攔截效費比；

協同規劃Agent：集成高低兩層協同攔截規劃方案；結合高層攔截系統的攔截策略和攔截效果，實時修正低層攔截系統的攔截方案；平衡高低兩層攔截系統的攔截衝突。

3.3協同攔截規劃演算法

step1、協同規劃Agent基於預警信息，初步規劃高低兩層協同攔截方案，下傳到高低兩級指控Agent；

step2、高層指控Agent依次確定可攔截TBM的發射架集合及其發射區域、可發射時間、最優攔截模式；

step3、高層指控Agent確定協調若干發射車實施攔截的最優方案，評估該方案並上報協同規劃Agent；

step4、若方案足以攔截，該方案就是最優協同攔截規劃方案，規劃終止；否則，協同規劃Agent向若干個低層指控Agent下達協同攔截指令，補充攔截；

step5、低層指控Agent確定可攔截TBM的發射架集合及其發射區域、可發射時間、攔截模式，確定協調若干發射車實施攔截的最優方案；

step6、低層指控Agent確定協調若干發射車實施攔截的最優方案，並上報協同規劃Agent；

step7、協同規劃Agent得到最終的協同攔截規劃方案。

基於MAS協同攔截規劃模型採取自下而上的分散式決策方式，是基於火力單元級指空系統控制發射車實施攔截實現的，減少了區域指控的信息處理量，提高了協同攔截決策效率；協同決策方案是綜合集成了高低兩層決策方案，保證了協同攔截方案的科學性。基於MAS協同攔截規劃模型更善於處理複雜多變的反導協同攔截規劃問題，

4結束語

區域反導協同攔截是涉及到戰場態勢、發射車空間部署和戰技參數等多因素的規劃問題，鑒於協同攔截規劃的複雜性，本文初步探討了協同攔截的物質基礎、過程分析、特點分析，並提出了了基於MAS的協同攔截規劃模型及規劃演算法，力求實現高低兩層攔截系統級協同攔截規劃頂層設計。下一步工作，深入分析發射車的最佳攔截時機、最優攔截模式。

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