牟之英 劉博

隨著網(wǎng)絡中心戰(zhàn)概念的提出,戰(zhàn)爭形式已不再是過去平臺對平臺的離散式對抗,而是體系與體系的對抗[1].在體系對抗環(huán)境下,作戰(zhàn)飛機所面臨的電磁環(huán)境十分惡劣,誘餌干擾非常復雜,加上新的作戰(zhàn)模式不斷涌現(xiàn),對傳統(tǒng)單平臺單傳感器的探測方式提出了挑戰(zhàn).新一代作戰(zhàn)飛機往往會配備有源無源等多種探測傳感器,為擴大探測的空域、頻域、時域的覆蓋范圍,實現(xiàn)對戰(zhàn)場態(tài)勢的及時有效感知,必須根據(jù)作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)態(tài)勢對有源無源傳感器進行多模配置,并對其他參戰(zhàn)平臺傳感器進行協(xié)同探測管理,利用多平臺多傳感器的冗余、互補信息提高復雜對抗環(huán)境中對復雜目標的檢測、跟蹤、識別能力.

無人機編隊或集群執(zhí)行作戰(zhàn)任務的過程中,具有分布式與智能化的特點,而為保證作戰(zhàn)任務的有效執(zhí)行,無人系統(tǒng)分布式自組織態(tài)勢感知和智能化管理是前提,需要充分利用整個系統(tǒng)的資源,發(fā)揮各異類平臺的探測優(yōu)勢,把各平臺/傳感器探測節(jié)點置于一個相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴的網(wǎng)絡上,形成分布式組網(wǎng)探測與最大限度的空域/頻域/時域覆蓋,以實現(xiàn)對空中、地面復雜目標的分布式快速精確探測、跟蹤、識別,實現(xiàn)探測任務統(tǒng)一部署、功能統(tǒng)一調(diào)度、資源統(tǒng)一管理,提升整個系統(tǒng)的攻防能力、生存能力與任務完成率.

1 問題的提出

分布式異構(gòu)多平臺協(xié)同探測管理的難點在于:當多個平臺多個傳感器同時用于多目標的檢測、跟蹤和識別時,必須解決平臺、傳感器與目標、任務之間的資源分配問題[2];此外,如何平衡系統(tǒng)的生存能力和跟蹤識別精度要求,選用合適的有源無源協(xié)同探測模式和組網(wǎng)方式來減少系統(tǒng)輻射時間和輻射能量;如何根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢變化同時或交替使用不同平臺不同傳感器來實現(xiàn)對目標的連續(xù)、穩(wěn)定、精確的跟蹤,并解決由此帶來的多平臺多傳感器協(xié)同搜索動態(tài)規(guī)劃以及相互引導、目標快速交接問題,這些都對當前機載傳感器控制與管理技術提出了挑戰(zhàn)[3?6].

異構(gòu)多平臺傳感器智能控制與管理的目標應該是綜合考慮系統(tǒng)各方面需求(如:檢測需求、跟蹤識別需求、隱身需求、攻擊需求、協(xié)同需求等),使得系統(tǒng)在探測范圍、檢測概率、截獲概率、輻射能量、航跡精度、目標丟失概率等各方面獲得整體性能最優(yōu).在文獻[7?9]中,提出了一個開放式多源傳感器管理的實現(xiàn)結(jié)構(gòu),文獻[10]基于該結(jié)構(gòu)進一步給出了面向多任務的單平臺多傳感器管理系統(tǒng)設計方法.由于目前傳感器管理技術已向多平臺、多任務、網(wǎng)絡化發(fā)展,需要考慮體系化作戰(zhàn)情況下分布式多異構(gòu)平臺的協(xié)同需求以及系統(tǒng)的整體任務完成率與生存能力,本文在文獻[10]的基礎上,針對以往的研究缺陷,提出了一種基于多智能體的異構(gòu)多平臺傳感器管理系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與設計方法,從系統(tǒng)設計的角度來解決分布式多異構(gòu)平臺協(xié)同探測模式下的多機多探測通道任務分配與智能協(xié)同難題.

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

2.1 多智能體構(gòu)架體系

實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境下多機多探測通道任務分配與智能協(xié)同的最佳方式就是應用多智能體技術(Multi-Agent Technology,MAT),即把探測網(wǎng)中的傳感器看作一個智能體(Agent),單個傳感器Agent可以單獨執(zhí)行任務,也可以和其他傳感器Agent組成多Agent系統(tǒng)共同完成任務,以解決單個Agent不能解決的復雜問題,體現(xiàn)傳感器的自主性和協(xié)作性.

多異構(gòu)平臺分布式作戰(zhàn)體系可以由3類智能體組成,即指揮機傳感器管理Agent、作戰(zhàn)平臺傳感器管理Agent、傳感器成員Agent.如圖1所示,指揮機傳感器管理Agent除了完成任務的產(chǎn)生以及對各平臺的任務分配外,還要完成本平臺各傳感器Agent的管理與調(diào)度,并負責各平臺之間的任務協(xié)調(diào)、協(xié)商與相互牽引,通過與其他平臺的傳感器管理Agent進行信息交互,監(jiān)視其任務完成情況.每個作戰(zhàn)平臺的傳感器管理Agent,其職能主要是將指揮機下發(fā)的任務分配給本平臺內(nèi)各傳感器成員Agent,對整個任務的執(zhí)行過程進行監(jiān)控,并協(xié)助不同傳感器成員Agent之間進行信息交流.傳感器成員Agent根據(jù)傳感器管理平臺Agent的任務請求完成相應的探測任務,也能夠調(diào)度傳感器各方面資源自主完成空域時域頻域范圍內(nèi)的探測.傳感器成員Agent直接作用于未知的或具備一定先驗信息的目標環(huán)境.

我們將異構(gòu)多平臺傳感器管理系統(tǒng)分為協(xié)同管理、宏觀管理和微觀管理3層.協(xié)同層管理用以支持各平臺的互補、合作和協(xié)同搜索能力,主要完成多異構(gòu)平臺協(xié)同探測任務的提取分析,并進行編隊飛機的空域分配、任務分配、目標分配以及相互引導計算;宏觀管理主要在綜合考慮系統(tǒng)各方面需求的基礎上,確定傳感器服務列表并進行服務優(yōu)先級排序,制定在各任務階段各傳感器的負荷分配和工作方式,形成傳感器的調(diào)度計劃表.而微觀管理則根據(jù)宏觀管理形成的調(diào)度計劃,確定最佳工作參數(shù),如雷達波束分配、波束指向、駐留時間、輻射能量、輻射頻率、輻射波形、脈沖重復頻率、脈沖調(diào)制方式等.

根據(jù)各類Agent所需完成的功能,指揮機(預警機或長機平臺)平臺傳感器管理Agent包括協(xié)同管理層、宏觀管理層、微觀管理層;各參戰(zhàn)平臺傳感器管理Agent包括宏觀管理層和微觀管理層;傳感器成員Agent主要完成自身的微觀管理.

2.2 多平臺傳感器管理實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

圖2以指揮機平臺為例給出了多平臺傳感器管理系統(tǒng)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu),它由協(xié)同管理層、宏觀管理層、微觀管理層組成(由于對不同的傳感器,微觀管理實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)不同,所以圖中未畫出微觀管理具體結(jié)構(gòu)).

如圖2所示,協(xié)同管理層由任務分析與提取、協(xié)同機會識別、相互牽引計算、協(xié)同任務分配、協(xié)同搜索規(guī)劃等功能模塊組成.其中,任務分析與提取模塊根據(jù)系統(tǒng)當前的任務活動、智能決策中心的任務規(guī)劃,結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢,分析并提取下一拍系統(tǒng)對平臺傳感器的任務需求,然后進行分類和優(yōu)先級排序,形成任務列表;協(xié)同機會識別模塊確定哪些任務需要多架戰(zhàn)機協(xié)同完成,并選擇可協(xié)同的戰(zhàn)機形成聯(lián)盟;協(xié)同任務分配模塊以最大效能為原則,將智能決策中心規(guī)劃的多個任務分配給協(xié)同作戰(zhàn)的單機平臺或動態(tài)組建的聯(lián)盟;相互牽引計算模塊分析哪些任務需要交接,并以交接成功概率為目標、交接時間為代價,確定需要交接的平臺和任務.協(xié)同搜索規(guī)劃模塊考慮作戰(zhàn)平臺的探測能力、機動能力和生存能力需求,對所需搜索的已知或未知空域進行動態(tài)分配,形成時空覆蓋計劃.

宏觀管理層由傳感器服務請求處理、服務優(yōu)先級劃分、傳感器負荷分配、傳感器搜索空域定義、傳感器監(jiān)視、工作時序管理、工作模式/工作參數(shù)計算模塊、傳感器控制等組成[10],如圖2所示.其中,服務請求處理主要根據(jù)協(xié)同探測管理模塊的任務需求、駕駛員控制命令、火控需求以及傳感器監(jiān)視模塊的突發(fā)事件信息等,確定下一拍航跡服務需求,并判斷哪些傳感器可以加以利用、哪些服務請求會被拒絕.服務請求處理的結(jié)果是輸出一個航跡服務列表,它包括服務請求的內(nèi)容、來源及所請求傳感器的可用性.服務請求處理還記錄一段時間內(nèi)被拒絕和未分配的服務請求,以確定該服務請求是否可列入當前航跡服務列表或是否需要友機支持,對確實不能滿足的服務請求應立即作出響應,并向協(xié)同管理中心發(fā)出協(xié)同需求.服務請求優(yōu)先級劃分主要對被接受的服務,確定其優(yōu)先級.搜索空域定義主要定義了各傳感器在各種任務活動、各種工作模式下的搜索空域范圍及約束;傳感器負荷分配模塊,結(jié)合目標航跡服務列表及其優(yōu)先級排序,按一定準則進行最終裁決,形成傳感器任務分配列表,并將未完成的任務分配反饋給服務請求處理模塊,由服務請求處理模塊進行統(tǒng)計,將一段時間未完成的任務反饋給協(xié)同管理中心,以發(fā)起協(xié)同需求;工作時序管理、工作模式/工作參數(shù)計算模塊進一步確定傳感器工作模式、工作時間與主要工作參數(shù),形成傳感器調(diào)度計劃.傳感器控制根據(jù)傳感器調(diào)度計劃生成相應傳感器控制信號.傳感器監(jiān)視主要接收傳感器當前的工作狀態(tài)信息,分析傳感器任務完成情況,監(jiān)視其完好狀態(tài),并將其儲存起來以便以后傳感器選擇及負荷分配時參考,另一方面?zhèn)鞲衅髫撠煴O(jiān)視并及時報告未預測的突發(fā)事件.

圖2 指揮機平臺的傳感器管理實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

3 功能模塊設計

文獻[10]給出了宏觀管理層各模塊的功能設計,本文在此基礎上進一步給出協(xié)同管理層各模塊的功能設計.

3.1 任務提取與分析模塊

智能決策中心根據(jù)作戰(zhàn)態(tài)勢及作戰(zhàn)任務目標進行任務規(guī)劃,形成每個階段的任務命令、協(xié)同方式以及輻射等級限制等,多平臺多傳感器管理系統(tǒng)收到命令后,首先要根據(jù)系統(tǒng)當前的任務活動、智能決策中心的任務規(guī)劃(包括協(xié)同規(guī)劃、攻擊規(guī)劃、對抗防御規(guī)劃),結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢,分析并提取下一拍系統(tǒng)對整個編隊各平臺傳感器的任務需求及使用命令,然后進行任務分類和優(yōu)先級排序,形成需要編隊執(zhí)行的任務列表.

需要將任務進行分類,如:搜索類、目標交接類、跟蹤類、識別類、干擾類、攻擊類.每一類任務需求都需要標注需求來源、性能要求,如對搜索類應標注搜索時間窗口、搜索速度需求;對跟蹤類應標注跟蹤精度要求、數(shù)據(jù)更新率;對引導類應標注引導成功概率要求、引導時間要求;對識別類應標注識別置信度要求、識別速度要求(或時間要求);對攻擊類,應標注照射時間要求、攻擊精度(或跟蹤精度)要求;對干擾類,需要標注干擾類型(有源、無源、自衛(wèi)、支援)、干擾時間.

3.2 協(xié)同機會識別

協(xié)同機會識別是多平臺協(xié)同任務分配的前提,只有及時準確地識別協(xié)同機會,才能圍繞協(xié)同機會采取各種優(yōu)化措施和方法,取得相應的效果.多平臺傳感器管理系統(tǒng)收到命令后,首先要確定哪些任務需要多架戰(zhàn)機協(xié)同完成以及協(xié)同方式(如:無源組網(wǎng)協(xié)同定位、有源組網(wǎng)協(xié)同探測、有源無源復合探測、有源無源融合跟蹤、多平臺融合識別、目標交接等等);其次要根據(jù)一定準則,在滿足一定的幾何條件、傳感器配置、武器配置的多平臺之間尋找可協(xié)同的平臺,組建多平臺動態(tài)聯(lián)盟,共同完成協(xié)同搜索、定位、跟蹤、識別任務.

協(xié)同機會識別可以從任務需求分析和平臺協(xié)同條件、性能互補等多個方面進行.當滿足協(xié)同條件的聯(lián)盟有多個時,選擇具有最小聯(lián)盟成員的聯(lián)盟.

3.3 相互牽引計算

相互牽引計算模塊首先要分析哪些任務需要交接,并考慮所需交接平臺的傳感器配置、武器配置需求及所處的地理位置,選擇合適的交接平臺,然后計算對每個交接平臺的交接成功概率、交接時間,以交接成功概率為目標、交接時間為代價,確定需要交接的平臺、任務以及交接平臺傳感器所需搜索的區(qū)域.

需要進行多平臺之間相互牽引(引導)和交接的原因有如下幾種:

1)當一個目標即將脫離某一平臺傳感器的監(jiān)測控制而進入另一平臺傳感器的探測范圍時,應該及時提示該平臺傳感器,以使它們迅速搜索并截獲該目標.

2)在多機協(xié)同攻擊中,經(jīng)常采用它機探測、本機發(fā)射+制導、他機探測+制導、本機發(fā)射、接力制導等多種模式,這些都需要兩個平臺之間進行目標指示和交接.

3)在異構(gòu)多無人機編隊中,由于每架無人機配置的載荷有限,當一架無人機對目標的跟蹤識別精度不能滿足任務需求時,需要將目標交接給另一架無人機或與另一架無人機協(xié)同跟蹤.

一般情況下,視場大、分辨率低的引導視場小分辨率高的傳感器、無源傳感器引導有源傳感器.

在目標指示和交接過程中必須進行兩類處理:指示平臺必須向被指示平臺傳感器提供需要交接的目標信息以及快速搜索區(qū)域,被指示的平臺傳感器必須到指定的區(qū)域內(nèi)去搜索那個目標,并證實已經(jīng)截獲了該目標,才算交接成功.因此,引導傳感器(或平臺)必須根據(jù)引導成功概率要求計算出合適的引導區(qū)域,發(fā)送至被引導傳感器(或平臺),如果引導區(qū)域過大,會增加目標交接時間,不能滿足交接時效性要求.但引導區(qū)域過小,則目標可能跑出引導區(qū)域,無法完成目標交接;被引導傳感器(或平臺)在引導區(qū)域內(nèi)應采取一定的快速搜索策略,在最短的時間內(nèi)截獲該目標,并盡量減小誤交接概率.

3.4 協(xié)同任務分配

協(xié)同任務分配模塊是將任務提取與分析模塊形成的任務列表,以整體效能最大為原則,分配給協(xié)同作戰(zhàn)的各單機平臺或多機平臺組成的聯(lián)盟,以形成每個平臺的任務列表(包括任務來源、任務內(nèi)容、目標指示信息、跟蹤識別精度要求等),確定需要交付的目標信息,并將引導信息及任務分配信息,通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送至編隊友機平臺.

科學合理的協(xié)同任務分配方法是綜合考慮和平衡系統(tǒng)各方面的需求,使得系統(tǒng)在探測范圍、檢測概率、輻射能量、航跡精度、目標丟失概率等各方面獲得整體性能最優(yōu).因此,為實現(xiàn)多平臺多傳感器資源的合理分配,首先要根據(jù)任務活動任務目標建立面向任務的綜合效能函數(shù)和約束條件,在滿足系統(tǒng)各方面約束的條件下,使系統(tǒng)的綜合效能值最大[11].

系統(tǒng)的綜合效能函數(shù)由收益函數(shù)和代價函數(shù)(或浪費函數(shù))加權(quán)組成,應按不同任務目標、任務活動(協(xié)同搜索、定位、跟蹤、識別、攻擊)分別定義,收益函數(shù)可考慮探測目標總數(shù)、目標檢測概率、截獲概率、目標定位精度、跟蹤精度、跟蹤穩(wěn)定性、識別準確性、識別速度、目標擊毀概率、任務完成率等指標,對特定的任務可選擇使某幾項指標達到最優(yōu);代價函數(shù)可考慮平臺被截獲概率、傳感器資源代價、時間代價、航跡丟失概率等等,約束條件可考慮傳感器能力約束、資源約束、傳感器沖突、射頻隱身約束等.因此,多平臺協(xié)同任務的智能分配實際上是一個多約束條件下的多目標優(yōu)化問題,要用智能優(yōu)化算法解決.

3.5 協(xié)同搜索規(guī)劃

協(xié)同搜索規(guī)劃應考慮各作戰(zhàn)平臺的地理位置以及探測能力、機動能力和生存能力需求,以實現(xiàn)空域、頻域最大覆蓋為原則,對智能決策中心所規(guī)劃的搜索區(qū)域進行動態(tài)分配,形成多平臺協(xié)同搜索的時空覆蓋計劃,送各平臺傳感器管理系統(tǒng)進行有源無源傳感器協(xié)同搜索任務的分配.

協(xié)同搜索規(guī)劃應重點考慮時間因素的影響.由于體系對抗環(huán)境下,戰(zhàn)場態(tài)勢呈現(xiàn)復雜速變狀態(tài),每個待搜索區(qū)域都有對應的時間窗口,它定義了對該區(qū)域搜索的最早時間和最晚時間,形成協(xié)同搜索規(guī)劃必須保證對該區(qū)域的搜索時間要早于最遲搜索時間;不滿足時間約束條件時,傳感器可能無法在該區(qū)域搜索到目標,特別是時敏目標,造成分配失敗.

其次,由于體系對抗環(huán)境下常常存在欺騙、干擾,隨時都有被敵方導彈擊落的危險,協(xié)同搜索規(guī)劃不僅要考慮空域規(guī)劃,還要考慮對搜索區(qū)域的頻域覆蓋、射頻輻射限制、時間限制等因素.在資源和時間約束下,對未知空域盡可能進行多頻段覆蓋,使未發(fā)現(xiàn)目標的概率總和為最小;對有信息引導的已知空域,應使總的目標檢測概率最大.

3.6 傳感器管理專家知識庫

傳感器管理專家知識庫應包括面向各種任務活動的任務優(yōu)先級排序策略、各種探測條件下各種輻射等級限制下的傳感器配置策略、協(xié)同探測策略、輻射控制策略、傳感器使用規(guī)則和調(diào)度邏輯、傳感器性能模型等.

4 管理策略與實現(xiàn)方法

4.1 任務優(yōu)先級劃分策略

在任務優(yōu)先級劃分時,有以下原則:1)來自駕駛員的控制命令始終具有最高優(yōu)先級;2)火控需求(如要求傳感器對發(fā)射后的導彈進行制導等)的優(yōu)先級別應高于協(xié)同需求(如目標交接等);3)協(xié)同需求又高于融合系統(tǒng)需求(信息需求);任務的優(yōu)先級還需考慮任務階段、態(tài)勢威脅綜合評估結(jié)果、目標丟失的可能性等因素.

任務優(yōu)先級劃分的策略是先將來源于駕駛員手動控制命令置于最高優(yōu)先級,然后按任務類型進行優(yōu)先等級的初步劃分,最后在同一任務類型中再按目標威脅評估結(jié)果、時間的緊迫性以及信息需求高低進行優(yōu)先級排序.

顯然攻擊任務類優(yōu)先級最高,依次應為干擾類和目標交接類,最后是識別類、跟蹤類和搜索類.這是因為攻擊類、干擾類和目標交接類都有機會成本,而識別類、跟蹤類、搜索類都屬于信息需求類.

對攻擊類任務而言,應首先滿足目標照射(制導)需求,其次根據(jù)攻擊排序進行優(yōu)先級排序,攻擊排序本身就已考慮了時間成本;對干擾類任務優(yōu)先級劃分可根據(jù)威脅源狀態(tài)及威脅排序進行;對目標交接類任務則首先要滿足對友機的目標交接,其次可按威脅排序、時間限制進行;由于跟蹤類、識別類都屬于信息需求,可按以下規(guī)則排序:1)高威脅、高信息需求的敵方目標排在最前;2)低威脅、高信息需求的目標排在其次;3)對跟蹤而言,狀態(tài)不明的目標應靠后;對識別而言,身份確定的目標應靠后;4)我方及友方目標排在最后.對即將丟失目標的信息需求可定義為高信息需求,依次是補充信息需求和、目標狀態(tài)信息更新需求等.

4.2 協(xié)同機會識別方法

多平臺協(xié)同機會識別可以從以下多個方面進行:

1)從任務需求方面,主要分析任務活動類型、目標特性以及輻射等級限制、氣候、戰(zhàn)場環(huán)境等多方面因素對協(xié)同的需求,并確定相應的協(xié)同模式.

比如需要對目標執(zhí)行隱蔽探測任務時,由于單機無源定位需要做機動,會影響戰(zhàn)機攻擊效能,因此,可能需要2架或3架戰(zhàn)機進行無源組網(wǎng)協(xié)同完成,然后將目標定位信息交給攻擊機進行攻擊;對隱身藏匿目標進行探測時,由于目標不可能全向、全頻段隱身,因此,可選擇多架飛機組網(wǎng)、從不同方向、不同頻段進行復合探測、融合識別,提高目標檢測概率;一個平臺能探測到目標,但受輻射限制只能工作在無源狀態(tài)(有方位沒距離),或僅能提供一些有限信息(如有位置沒有識別信息等),在這種情況下,為了獲得目標更全面的信息,有必要另一平臺協(xié)同去收集所需要的其他信息.多機協(xié)同攻擊和聯(lián)合防御也需要多架飛機共同完成.

2)從平臺協(xié)同條件、性能互補方面,主要根據(jù)平臺的傳感器配置、武器配置、相對幾何位置、時空覆蓋范圍、最大過載分析是否滿足協(xié)同條件,根據(jù)協(xié)同探測誤差模型或性能分析、信息有效性分析計算協(xié)同帶來的收益和代價,進而組建滿足任務需求的動態(tài)聯(lián)盟.如:為實現(xiàn)遠距隱蔽接敵,需要進行無源探測,為更好地對多目標進行無源定位,并有效濾除虛假點,需要3個平臺無源組網(wǎng)聯(lián)合空間三角編隊對目標實現(xiàn)協(xié)同定位,如需同時發(fā)起攻擊,則需要選擇第4個平臺作為攻擊機,將無源融合定位信息傳遞給攻擊機,對目標偷偷地發(fā)起攻擊.

4.3 多平臺多傳感器協(xié)同探測策略

為減少戰(zhàn)機被截獲概率,需要盡可能采用無源探測[12].多平臺多傳感器協(xié)同探測管理策略如下:1)用多平臺ESM進行全空域覆蓋;2)遠距盡量采用多平臺無源組網(wǎng)探測模式,實現(xiàn)隱蔽接敵;3)根據(jù)系統(tǒng)輻射等級確定雷達輻射方式,如:等級=1:連續(xù)輻射;等級=2:間隙輻射或輪流輻射;等級=3:猝發(fā)輻射;等級=4:只能開通訊設備;等級=5:靜默;4)當檢測概率、虛警概率、頻率覆蓋、搜索時間、被截獲概率都滿足要求時,盡量用一個平臺來完成該區(qū)域的搜索任務,也就是各平臺的搜索區(qū)域盡量區(qū)分開來,以實現(xiàn)空域、頻域最大覆蓋;5)在雷達容許輻射的情況下,首先用雷達進行探測與跟蹤,如單平臺雷達不能滿足檢測或跟蹤精度要求,則可考慮與該平臺紅外協(xié)同搜索或跟蹤,如仍無法滿足要求,則可考慮與其他平臺的雷達或紅外協(xié)同;6)在雷達不容許輻射情況下,用雷達無源搜索和紅外協(xié)同探測,如單平臺雷達紅外協(xié)同搜索仍達不到檢測概率或跟蹤要求,則考慮與其他平臺協(xié)同;7)當單平臺在規(guī)定的時間內(nèi)(時間約束)達不到檢測概率要求,則考慮與其他平臺協(xié)同;8)當單平臺對搜索區(qū)域的頻段覆蓋達不到要求情況下,也需要考慮與其他平臺協(xié)同;9)當某個區(qū)域目標較多,需花費的搜索時間較長,可用別的平臺來分擔該區(qū)域的搜索任務;10)當對某個區(qū)域的雷達探測受到干擾時,檢測概率較低,虛警率較高,則需用紅外協(xié)同探測,以提高檢測概率,這時需要本平臺的紅外傳感器、ESM或另一個平臺的紅外傳感器、ESM(無人機平臺往往只能裝1-2種傳感器)輔助探測;11)對隱身目標,雷達的檢測概率較低,可能需要多個平臺的雷達組網(wǎng)從不同角度協(xié)同探測,進行能量積累,如果該區(qū)域有威脅,可采用輪流探測來降低被截獲概率;12)為了減少多平臺傳感器之間的相互干擾,協(xié)同探測的傳感器應選擇在不同的工作波段;若不可避免地選擇相同的工作波段,則制定工作時序或選擇不同的工作方式,即一個為主動式,一個被動式.

4.4 多平臺多傳感器任務分配算法

多平臺多傳感器動態(tài)協(xié)同任務分配是一個非線性、多目標、多約束、大規(guī)模和動態(tài)實時的NP—hard問題,需要用群體智能優(yōu)化算法來解決,經(jīng)典的群智能優(yōu)化方法有:禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法、模擬退火(Simulated Annealing,SA)算法、遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)、粒子群優(yōu)化算法(Particle swarm optimization,PSO)等等,但這些都是集中式的任務分配方法,隨著無人機分布式控制研究的迅猛發(fā)展,分布式任務分配與協(xié)調(diào)方法越來越受到人們的重視.分布式任務分配方法主要包括:基于合同網(wǎng)(Contract Net)市場競拍機制的方法、動態(tài)分布式約束優(yōu)化方法(Dynamic distributed constraint optimization,D-DCOP)、多智能體滿意決策論(Multi-agnet satisfying decision theory,MSDT)等[13?15].

合同網(wǎng)是將每架戰(zhàn)機看作是一個智能體,引入招標、投標競爭機制,通過協(xié)商獲得整體最優(yōu)的任務分配方案;近年來,合同網(wǎng)協(xié)議被廣泛應用到生產(chǎn)調(diào)度、無人機、多機器人系統(tǒng)等具體領域,展現(xiàn)出良好的動態(tài)性、擴展性、魯棒性,逐步取代了傳統(tǒng)的集中式任務分配方法,成為這些領域解決任務分配問題的重要手段.

圖3 基本合同網(wǎng)協(xié)議

基于合同網(wǎng)協(xié)議的多平臺多傳感器任務分配過程是:任何一個智能體(平臺或傳感器)都可以作為管理者發(fā)布要處理的任務列表,并隨機生成各智能體競拍的順序,宣布拍賣開始.各執(zhí)行智能體(平臺或傳感器)按順序根據(jù)任務列表和自身資源構(gòu)造所有可能的配對方案,并計算相應的配對函數(shù)和代價函數(shù),輪到自己競拍時,根據(jù)貪婪法則從構(gòu)造好的方案中選擇自認為最優(yōu)的方案,向管理者投標,所有的智能體競拍完成后,管理者對標書進行評估,消除沖突,得到一個多機目標分配方案,然后計算總的目標分配效能值,若時間允許,則進入下一輪拍賣,通過拍賣不斷尋求綜合效能最大的分配方案,直到時間超出限制為止,最后管理者才向投標者發(fā)布中標合同,完成一次任務分配過程[16].

限于篇幅,本文不詳細列出實現(xiàn)流程和仿真實驗結(jié)果.

5 結(jié)論

本文面向未來多異構(gòu)平臺分布式作戰(zhàn)場景,提出了一套異構(gòu)多平臺多傳感器智能控制與管理系統(tǒng)的設計方案,該方案能面向多任務多目標和多異構(gòu)平臺,綜合考慮和平衡系統(tǒng)各方面的需求(如:檢測需求、跟蹤識別需求、隱身需求、攻擊需求、協(xié)同需求等)等,使得系統(tǒng)在探測范圍、檢測概率,截獲概率,輻射能量、航跡精度、目標丟失概率等各方面獲得整體性能最優(yōu).本文提出了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、功能模塊設計的詳細描述,以及多平臺多傳感器協(xié)同探測管理策略和實現(xiàn)方法,目前該方案已在實驗室地面原理樣機中實現(xiàn),取得了很好的設計效果,實現(xiàn)了多平臺多傳感器協(xié)同探測任務的智能化分配與控制,有效提高了系統(tǒng)的協(xié)同能力、反應能力、生存能力和任務完成率.