【深度】体系对抗下电子干扰/雷达系统仿真建模的新方法

Original 学术plus 学术plus 2022-07-29

今日荐文

今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家郭秀梅。本篇节选自论文《体系对抗下电子干扰/雷达系统仿真建模的新方法》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第3期。

摘要：针对体系对抗下的电子干扰/雷达系统，本文提出了基于多分辨率的多Agent系统建模新方法。首先，阐述了体系对抗下电子干扰/雷达系统的仿真建模需求，并分析了多Agent系统建模技术及多分辨率建模技术。然后，提出了基于多分辨率的多Agent系统建模方法。最后，重点给出了该建模方法实现的技术途径。

关键词: 体系对抗；电子干扰/雷达系统；多分辨率建模；多Agent系统建模

引言

目前电子干扰/雷达系统已经从一对一的设备间对抗发展到系统对系统、体系对体系的对抗，敌我双方的雷达电子对抗胜负不再取决于武器装备的整体规模以及单个武器的先进性，而主要取决于雷达电子对抗武器装备体系结构的完整性和适应性。体系对抗下电子干扰/雷达系统作为复杂军事系统，结构多样，作战过程中随机性、不确定性和有序性并存，这就给系统仿真建模提出了更高的要求。

本文在分析体系对抗下电子干扰/雷达系统建模需求基础上，提出了基于多分辨率的多Agent系统建模新方法，为电子干扰/雷达系统建模提供一定的技术解决手段。

1 建模需求分析

由于体系对抗下电子干扰/雷达系统属于复杂武器装备作战系统，采用常规的仿真建模模式和方法，无法得到合理有效地仿真结果。这就需要针对真实战场环境下电子干扰/雷达系统的特点以及特定应用领域建模需求，深入分析当前体系对抗下电子干扰/雷达系统建模所面临的问题；针对这些问题，找到适合的建模方法。经过深入分析，当前体系对抗下电子干扰/雷达系统建模主要面临着不确定性与不同层次两大方面问题。

a. 建模不确定性问题

在体系对抗下电子干扰/雷达系统中，各装备实体之间、装备实体与周围作战环境之间都存在着比较复杂的相互作用关系，每个装备实体的行为都有可能受到其他装备实体以及作战环境的影响，这就导致在对体系对抗下电子干扰/雷达系统建模时面临着诸多不确定性问题，例如模型数量、模型形式以及模型完备性等不确定性。

其中，表示模型数量的不确定性主要表现在参数个数、输入输出关系、初始化状态等方面；模型形式的不确定性主要表现在函数关系、算法逻辑等方面；模型完备性方面的不确定性主要表现在模型质量、仿真效果等方面，同时由于复杂系统固有的不确定性也决定了完全验证模型的完备性是不可能的。

b. 建模不同层次问题

体系对抗下电子干扰/雷达系统是一个由多级指挥控制、多层信息处理和多个基本雷达电子对抗实体构成的综合作战体系对抗系统。对于该系统各领域的研究人员而言，由于观察角度与研究重点的不同，他们对电子干扰/雷达系统各自有着不同层面的建模仿真需求（比如对同一部雷达系统，不同级别的论证人员、试验人员以及操作训练人员所关心的方面和详细程度会有所不同），这就需要建模时在不同层次上对体系对抗下电子干扰/雷达系统加以抽象和描述。

2 建模技术分析

针对体系对抗下电子干扰/雷达系统建模面临的不确定性与多层次问题，分别对当前用于复杂系统建模的多Agent系统建模技术、多分辨率建模技术进行研究分析：

a. 多Agent系统建模技术

体系对抗下电子干扰/雷达系统属于复杂作战系统，具有涌现、不确定性、交互性、非线性和主动性等特点。目前多Agent系统建模技术已成为解决现代这种复杂作战系统的新的建模方法，通过对复杂作战系统中的基本元素及其之间相互关系的建模，既能够描述整个作战环境中各种因素之间错综复杂的关系，又能反映各装备实体之间相互关系，实现微观行为和宏观“涌现”现象有机结合，具备对多维不确定性空间的大规模探索能力。

b. 多分辨率建模技术

随着仿真系统的日益复杂和不同层面研究需求的发展，利用多分辨率建模技术建立系统的不同分辨率模型并将这些模型有机结合起来进行仿真成为目前重要的研究手段。多分辨率建模是结合复杂系统多层次的特点，针对特定的应用场合和预期目的，对系统中各个对象建立不同粒度的数学模型，并具有使同一对象模型能够根据需要动态改变其分辨率的能力，以达到多层次、多角度研究的目的，弥补基于单一模型进行分析综合的局限性，同时对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义。

鉴于此，本文针对体系对抗下电子干扰/雷达系统建模不确定性、多层次等问题，提出了基于多分辨率的多Agent系统建模新方法。该方法能够将体系对抗下电子干扰/雷达系统相互作用的微观行为和宏观“涌现”现象有机结合，在一定程度上解决系统不确定性建模，同时通过建立不同分辨率模型满足系统建模仿真应用中多层次需求。

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建模方法是在体系对抗下电子干扰/雷达系统多Agent系统建模方法基础上，引入多分辨率建模技术，将每个建模对象作为一个Agent成员，内部建立多分辨率模型。在仿真运行过程中，各个Agent成员可以动态感知其他Agent成员构成的外部环境变化，同时了解自身模型运行的环境以及其他相关模型的运行分辨率，并可据此按需动态调整自身的模型分辨率。

3.2 建模过程设计

利用基于多分辨率的多Agent系统建模方法对体系对抗下电子干扰/雷达系统建模时，可按照需求确定、总体设计和详细设计等三个过程开展。

a. 需求分析

需求分析时重点要明确用户的真正需求，对要建模的电子干扰/雷达系统与构建的仿真系统要形成一个清晰的认识，主要包括了解建模的目的与应用的场景以及相应仿真系统的边界范围、规模大小、层次结构等，以此来约束Agent建模以及多分辨率模型体系构建的范围。

b. 总体设计

总体设计时重点对仿真系统的体系结构进行建模和分析，主要包括Agent成员的选取以及多分辨率模型体系的确定。首先根据系统建模需求与范围进行Agent成员的抽取，描述每个Agent成员的目标和能够提供的服务，并分析和确定多个Agent之间的相互关系；然后构建整个仿真系统的多分辨率模型体系，明确多分辨率模型体系层次组成以及每一层次多分辨率模型的建模对象，并确定各层次多分辨率模型之间的对应关系；最后建立Agent成员与多分辨率模型之间的对应关系，设计每一个Agent成员中所包含的模型分辨率。

c. 详细设计

详细设计时重点是在总体设计的基础上，对每个Agent成员以及每一分辨率仿真模型实现进行具体设计。

一方面，对每个Agent成员内部以及外部交互关系（与其他Agent成员之间的）进行详细设计，描述Agent具体服务的实现，即Agent如何处理服务请求，并提供服务的具体过程；设计Agent的规划，主要是Agent自主行为的设计，即Agent怎样根据系统和环境的具体情况，自主选择相应的行为；设计Agent的通信，需要选择Agent通信描述语言，同时对于系统的每一个功能设计出详细的Agent服务交互图。

另一方面，对每一分辨率模型以及不同分辨率模型之间关系进行详细设计，分析不同分辨率模型间的聚合/解聚关系，建立多分辨率模型之间属性关联图；在此基础上初步确定模型的结构，并设计多分辨率模型之间的转换函数以及相关约束条件。

3.3 Agent成员与多分辨率模型设计

a. Agent成员设计

Agent成员的划分需要综合考虑领域知识、仿真的粒度和模型的复杂度、网上的信息流量等多种因素。图1给出了体系对抗下电子干扰/雷达系统建模中Agent成员划分示例，包括雷达组网、电子干扰组网、雷达组网中心、雷达装备、电子干扰装备、电子干扰组网中心等共计6个Agent成员。

图1 Agent成员划分示例

b. 多分辨率模型体系设计

结合不同的仿真需求，这里将体系对抗下电子干扰/雷达系统仿真模型划分为系统层、装备层、技术层三个层次，构建的多分辨率仿真模型体系如图2所示，各层次模型的具体组成以及对应关系详见本文作者发表的《体系对抗下电子干扰/雷达系统多分辨率模型体系设计》参考文献。

图2 电子干扰/雷达系统多分辨率模型体系

c. Agent成员与多分辨率模型对应关系设计

在设计具有多分辨率建模功能的Agent成员时，不同分辨率的对象如何配置到不同的Agent成员中去，是一个必须解决的重要问题。这里采用对象部分分布模式原则，低分辨率的对象在一个Agent成员中实现，与之对应的所有高分辨率的对象在另一个Agent成员中实现，这样可以有效地减少Agent成员数量，也可以保证一定的可重用性。结合电子干扰/雷达系统模型体系，设计Agent成员与多分辨率模型对应关系（如图3所示）具体如下：

（1）在雷达组网Agent成员中实现雷达组网系统实体模型；在雷达装备Agent成员中实现雷达装备实体模型以及更高分辨率实体模型；雷达组网中心Agent成员中实现组网中心实体模型以及更高分辨率实体模型。

（2）在电子干扰组网Agent成员中实现电子干扰组网系统实体模型；在电子干扰装备Agent成员中实现电子干扰装备实体模型以及更高分辨率实体模型；在电子干扰组网中心Agent成员中实现组网中心实体模型以及更高分辨率实体模型。在实际应用仿真系统中，电子干扰装备Agent成员可以是侦察设备、有源干扰机、无源箔条等Agent成员。

图3 Agent成员与多分辨率模型对应关系示意图

结语

本文针对体系对抗下电子对抗/雷达系统建模需求，提出了基于多分辨率的多Agent建模新方法，并对建模方法的实现过程以及多分辨率模型体系划分、多Agent成员与多分辨率模型关系等重点问题进行了研究。该建模方法能够为体系对抗下电子干扰/雷达系统建模提供方法指导，对电子干扰/雷达体系对抗系统论证、研制与评估等相关仿真系统建设和应用具有一定的推动与促进作用。为进一步提高建模效率与可操作性，后续将开展建模框架工具、建模标准化等研究工作。

【参考文献】

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[6]郭秀梅.体系对抗下电子干扰/雷达系统多分辨率模型体系设计[J]．中国电子科学研究院学报，2016,11(4):454-455.

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