體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)仿真建模的新方法

郭秀梅

(中國電子科學(xué)研究院,北京 100041)

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工程與應(yīng)用

體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)仿真建模的新方法

郭秀梅

(中國電子科學(xué)研究院,北京 100041)

針對體系對抗下的電子干擾/雷達系統(tǒng)，本文提出了基于多分辨率的多Agent系統(tǒng)建模新方法。首先，闡述了體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)的仿真建模需求，并分析了多Agent系統(tǒng)建模技術(shù)及多分辨率建模技術(shù)。然后，提出了基于多分辨率的多Agent系統(tǒng)建模方法。最后，重點給出了該建模方法實現(xiàn)的技術(shù)途徑。

體系對抗；電子干擾/雷達系統(tǒng)；多分辨率建模；多Agent系統(tǒng)建模

0 引 言

目前電子干擾/雷達系統(tǒng)已經(jīng)從一對一的設(shè)備間對抗發(fā)展到系統(tǒng)對系統(tǒng)、體系對體系的對抗，敵我雙方的雷達電子對抗勝負不再取決于武器裝備的整體規(guī)模以及單個武器的先進性，而主要取決于雷達電子對抗武器裝備體系結(jié)構(gòu)的完整性和適應(yīng)性。體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)作為復(fù)雜軍事系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)多樣，作戰(zhàn)過程中隨機性、不確定性和有序性并存，這就給系統(tǒng)仿真建模提出了更高的要求。本文在分析體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模需求基礎(chǔ)上，提出了基于多分辨率的多Agent系統(tǒng)建模新方法，為電子干擾/雷達系統(tǒng)建模提供一定的技術(shù)解決手段。

1 建模需求分析

由于體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)屬于復(fù)雜武器裝備作戰(zhàn)系統(tǒng)，采用常規(guī)的仿真建模模式和方法，無法得到合理有效地仿真結(jié)果。這就需要針對真實戰(zhàn)場環(huán)境下電子干擾/雷達系統(tǒng)的特點以及特定應(yīng)用領(lǐng)域建模需求，深入分析當前體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模所面臨的問題；針對這些問題，找到適合的建模方法。經(jīng)過深入分析，當前體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模主要面臨著不確定性與不同層次兩大方面問題。

a.建模不確定性問題

在體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)中，各裝備實體之間、裝備實體與周圍作戰(zhàn)環(huán)境之間都存在著比較復(fù)雜的相互作用關(guān)系，每個裝備實體的行為都有可能受到其他裝備實體以及作戰(zhàn)環(huán)境的影響，這就導(dǎo)致在對體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模時面臨著諸多不確定性問題，例如模型數(shù)量、模型形式以及模型完備性等不確定性[1-2]。其中，表示模型數(shù)量的不確定性主要表現(xiàn)在參數(shù)個數(shù)、輸入輸出關(guān)系、初始化狀態(tài)等方面；模型形式的不確定性主要表現(xiàn)在函數(shù)關(guān)系、算法邏輯等方面；模型完備性方面的不確定性主要表現(xiàn)在模型質(zhì)量、仿真效果等方面，同時由于復(fù)雜系統(tǒng)固有的不確定性也決定了完全驗證模型的完備性是不可能的。

b.建模不同層次問題

體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)是一個由多級指揮控制、多層信息處理和多個基本雷達電子對抗實體構(gòu)成的綜合作戰(zhàn)體系對抗系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)各領(lǐng)域的研究人員而言，由于觀察角度與研究重點的不同，他們對電子干擾/雷達系統(tǒng)各自有著不同層面的建模仿真需求(比如對同一部雷達系統(tǒng)，不同級別的論證人員、試驗人員以及操作訓(xùn)練人員所關(guān)心的方面和詳細程度會有所不同)，這就需要建模時在不同層次上對體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)加以抽象和描述[2]。

2 建模技術(shù)分析

針對體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模面臨的不確定性與多層次問題，分別對當前用于復(fù)雜系統(tǒng)建模的多Agent系統(tǒng)建模技術(shù)、多分辨率建模技術(shù)進行研究分析：

a.多Agent系統(tǒng)建模技術(shù)

體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)屬于復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)，具有涌現(xiàn)、不確定性、交互性、非線性和主動性等特點。目前多Agent系統(tǒng)建模技術(shù)已成為解決現(xiàn)代這種復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)的新的建模方法[3]，通過對復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)中的基本元素及其之間相互關(guān)系的建模，既能夠描述整個作戰(zhàn)環(huán)境中各種因素之間錯綜復(fù)雜的關(guān)系，又能反映各裝備實體之間相互關(guān)系，實現(xiàn)微觀行為和宏觀“涌現(xiàn)”現(xiàn)象有機結(jié)合，具備對多維不確定性空間的大規(guī)模探索能力。

b.多分辨率建模技術(shù)

隨著仿真系統(tǒng)的日益復(fù)雜和不同層面研究需求的發(fā)展，利用多分辨率建模技術(shù)建立系統(tǒng)的不同分辨率模型并將這些模型有機結(jié)合起來進行仿真成為目前重要的研究手段[4]。多分辨率建模是結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)多層次的特點，針對特定的應(yīng)用場合和預(yù)期目的，對系統(tǒng)中各個對象建立不同粒度的數(shù)學(xué)模型，并具有使同一對象模型能夠根據(jù)需要動態(tài)改變其分辨率的能力，以達到多層次、多角度研究的目的，彌補基于單一模型進行分析綜合的局限性，同時對于提高仿真的可信性、可用性、可重用性和互操作性等都具有非常重要的意義。

鑒于此，本文針對體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模不確定性、多層次等問題，提出了基于多分辨率的多Agent系統(tǒng)建模新方法。該方法能夠?qū)Ⅲw系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)相互作用的微觀行為和宏觀“涌現(xiàn)”現(xiàn)象有機結(jié)合，在一定程度上解決系統(tǒng)不確定性建模，同時通過建立不同分辨率模型滿足系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用中多層次需求。

3 基于多分辨率的多Agent建模新方法

3.1 建模思路

基于多分辨率的多Agent建模方法是在體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)多Agent系統(tǒng)建模方法基礎(chǔ)上，引入多分辨率建模技術(shù)，將每個建模對象作為一個Agent成員，內(nèi)部建立多分辨率模型。在仿真運行過程中，各個Agent成員可以動態(tài)感知其他Agent成員構(gòu)成的外部環(huán)境變化，同時了解自身模型運行的環(huán)境以及其他相關(guān)模型的運行分辨率，并可據(jù)此按需動態(tài)調(diào)整自身的模型分辨率。

3.2 建模過程設(shè)計

利用基于多分辨率的多Agent系統(tǒng)建模方法對體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模時，可按照需求確定、總體設(shè)計和詳細設(shè)計等三個過程開展[3]。

a.需求分析

需求分析時重點要明確用戶的真正需求，對要建模的電子干擾/雷達系統(tǒng)與構(gòu)建的仿真系統(tǒng)要形成一個清晰的認識，主要包括了解建模的目的與應(yīng)用的場景以及相應(yīng)仿真系統(tǒng)的邊界范圍、規(guī)模大小、層次結(jié)構(gòu)等，以此來約束Agent建模以及多分辨率模型體系構(gòu)建的范圍。

b.總體設(shè)計

總體設(shè)計時重點對仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進行建模和分析，主要包括Agent成員的選取以及多分辨率模型體系的確定。首先根據(jù)系統(tǒng)建模需求與范圍進行Agent成員的抽取，描述每個Agent成員的目標和能夠提供的服務(wù)，并分析和確定多個Agent之間的相互關(guān)系；然后構(gòu)建整個仿真系統(tǒng)的多分辨率模型體系，明確多分辨率模型體系層次組成以及每一層次多分辨率模型的建模對象，并確定各層次多分辨率模型之間的對應(yīng)關(guān)系；最后建立Agent成員與多分辨率模型之間的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計每一個Agent成員中所包含的模型分辨率。

c.詳細設(shè)計

詳細設(shè)計時重點是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，對每個Agent成員以及每一分辨率仿真模型實現(xiàn)進行具體設(shè)計。

一方面，對每個Agent成員內(nèi)部以及外部交互關(guān)系(與其他Agent成員之間的)進行詳細設(shè)計，描述Agent具體服務(wù)的實現(xiàn)，即Agent如何處理服務(wù)請求，并提供服務(wù)的具體過程；設(shè)計Agent的規(guī)劃，主要是Agent自主行為的設(shè)計，即Agent怎樣根據(jù)系統(tǒng)和環(huán)境的具體情況，自主選擇相應(yīng)的行為；設(shè)計Agent的通信，需要選擇Agent通信描述語言，同時對于系統(tǒng)的每一個功能設(shè)計出詳細的Agent服務(wù)交互圖。

另一方面，對每一分辨率模型以及不同分辨率模型之間關(guān)系進行詳細設(shè)計，分析不同分辨率模型間的聚合/解聚關(guān)系，建立多分辨率模型之間屬性關(guān)聯(lián)圖；在此基礎(chǔ)上初步確定模型的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計多分辨率模型之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)以及相關(guān)約束條件。

3.3 Agent成員與多分辨率模型設(shè)計

a.Agent成員設(shè)計

Agent成員的劃分需要綜合考慮領(lǐng)域知識、仿真的粒度和模型的復(fù)雜度、網(wǎng)上的信息流量等多種因素。圖1給出了體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模中Agent成員劃分示例，包括雷達組網(wǎng)、電子干擾組網(wǎng)、雷達組網(wǎng)中心、雷達裝備、電子干擾裝備、電子干擾組網(wǎng)中心等共計6個Agent成員。

圖1 Agent成員劃分示例

b.多分辨率模型體系設(shè)計

結(jié)合不同的仿真需求，這里將體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)仿真模型劃分為系統(tǒng)層、裝備層、技術(shù)層三個層次，構(gòu)建的多分辨率仿真模型體系如圖2所示[6]，各層次模型的具體組成以及對應(yīng)關(guān)系詳見本文作者發(fā)表的《體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)多分辨率模型體系設(shè)計》參考文獻。

圖2 電子干擾/雷達系統(tǒng)多分辨率模型體系

c.Agent成員與多分辨率模型對應(yīng)關(guān)系設(shè)計

在設(shè)計具有多分辨率建模功能的Agent成員時，不同分辨率的對象如何配置到不同的Agent成員中去，是一個必須解決的重要問題。這里采用對象部分分布模式原則，低分辨率的對象在一個Agent成員中實現(xiàn)，與之對應(yīng)的所有高分辨率的對象在另一個Agent成員中實現(xiàn)，這樣可以有效地減少Agent成員數(shù)量，也可以保證一定的可重用性。結(jié)合電子干擾/雷達系統(tǒng)模型體系，設(shè)計Agent成員與多分辨率模型對應(yīng)關(guān)系(如圖3所示)具體如下：

(1)在雷達組網(wǎng)Agent成員中實現(xiàn)雷達組網(wǎng)系統(tǒng)實體模型；在雷達裝備Agent成員中實現(xiàn)雷達裝備實體模型以及更高分辨率實體模型；雷達組網(wǎng)中心Agent成員中實現(xiàn)組網(wǎng)中心實體模型以及更高分辨率實體模型。

(2)在電子干擾組網(wǎng)Agent成員中實現(xiàn)電子干擾組網(wǎng)系統(tǒng)實體模型；在電子干擾裝備Agent成員中實現(xiàn)電子干擾裝備實體模型以及更高分辨率實體模型；在電子干擾組網(wǎng)中心Agent成員中實現(xiàn)組網(wǎng)中心實體模型以及更高分辨率實體模型。在實際應(yīng)用仿真系統(tǒng)中，電子干擾裝備Agent成員可以是偵察設(shè)備、有源干擾機、無源箔條等Agent成員。

圖3 Agent成員與多分辨率模型對應(yīng)關(guān)系示意圖

4 結(jié) 語

本文針對體系對抗下電子對抗/雷達系統(tǒng)建模需求，提出了基于多分辨率的多Agent建模新方法，并對建模方法的實現(xiàn)過程以及多分辨率模型體系劃分、多Agent成員與多分辨率模型關(guān)系等重點問題進行了研究。該建模方法能夠為體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模提供方法指導(dǎo)，對電子干擾/雷達體系對抗系統(tǒng)論證、研制與評估等相關(guān)仿真系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用具有一定的推動與促進作用。為進一步提高建模效率與可操作性，后續(xù)將開展建?？蚣芄ぞ?、建模標準化等研究工作。

[1] 宋憑.空間任務(wù)仿真中的多分辨率建模研究[M].中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所博士學(xué)位論文.2003,09．

[2] 陳永科,江敬灼,張俊學(xué)等.基于多Agent的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)仿真研究[J].軍事運籌與系統(tǒng)工程,2006，20(3):3-7.

[3] 盧宏峰,孫琰等.基于多Agent的武器裝備體系多分辨率建模研究[J]．兵器自動化，2006,21(2):317-319.

[4] 劉寶宏.多分辨率建模的理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[M]．國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文，2003,09.

[5] 吳浩,王積鵬.一種基于SOA的MAS設(shè)計方法[J]．中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2007,11(4):22-23.

[6] 郭秀梅.體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)多分辨率模型體系設(shè)計[J]．中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2016,11(4):454-455.

New Modeling Method For an Electronic Jamming/Radar System in System Confrontation

GUO Xiu-mei

(China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing, 100041，China)

For an electronic jamming/radar system in system confrontation, a new method of multi-agent system modeling based on multi-resolution is proposed. First of all, modeling requirements of the electronic jamming/radar system are described. Then, multi-agent system modeling and multi-resolution modeling technologies are analyzed. A new method of multi-agent system modeling based on multi-resolution modeling is proposed. Finally, we present the technology strategy for realizing the proposed modeling method.

System Confrontation； Electronic Jamming/Radar System； Multi-Resolution Modeling； Multi-Agent System Modeling

10.3969/j.issn.1673-5692.2017.03.009

2017-04-01

2017-06-05

適用于體系對抗下電子干擾/雷達系統(tǒng)建模新方法

TN97

A

1673-5692(2017)03-267-04

郭秀梅(1978—)，女，河北人，高級工程師，主要研究方向為系統(tǒng)仿真與建模技術(shù)。

E-mail: 15010305215@163.com