何兆龍 靳鍇 何文志

摘要：針對現(xiàn)有智能無人系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、運(yùn)作流程繁瑣，難以合理高效地實現(xiàn)各部分功能、協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)工作的問題，建立了完善的指揮控制系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)進(jìn)行指揮控制與輔助決策。對智能無人系統(tǒng)指揮控制的概念與需求分別進(jìn)行了建模與分析，結(jié)合信息化發(fā)展帶來的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念，提出了信息時代的指揮控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心結(jié)構(gòu)，并結(jié)合智能Agent技術(shù)設(shè)計了指揮控制系統(tǒng)，通過再入投送系統(tǒng)仿真驗證了指揮控制系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：指揮控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)；智能體；再入投送

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2022）05-50-4

0引言

指揮控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心、多種技術(shù)設(shè)備為輔，由指揮人員構(gòu)成的指揮層，能夠?qū)θ蝿?wù)部隊及主戰(zhàn)武器裝備實施指揮控制，實現(xiàn)全時全域的動態(tài)高效控制。

在指揮控制系統(tǒng)理論方面，大量專家學(xué)者開展了廣泛深入的研究。Drillings[1]、Pascual[2]和Klein[3]針對自然指揮控制決策問題展開了研究，以空軍作戰(zhàn)為背景，通過自然決策的方法解決了可視化困難與戰(zhàn)場條件變化情況下給出實時命令的問題。Sarter[4]針對高風(fēng)險區(qū)域，在規(guī)定時間、信息不確定的情況下對指揮控制決策的問題展開研究，對2種不同的決策信息支持系統(tǒng)的有限性進(jìn)行了討論。唐立軍[5]研究了有關(guān)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的概念與特點，提出了應(yīng)用信息化帶來的便利條件，構(gòu)建了以網(wǎng)絡(luò)為中心的指揮控制決策系統(tǒng)，替代了以平臺為中心的傳統(tǒng)設(shè)計方式，適應(yīng)了系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢與要求。李奎[6]對地面武器機(jī)器人的指揮控制需求進(jìn)行了全面的分析，根據(jù)研究對象特點構(gòu)建了適應(yīng)任務(wù)的指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，依據(jù)任務(wù)需求，定義了輔助決策概念，設(shè)計了輔助決策系統(tǒng)。

針對現(xiàn)有指揮控制系統(tǒng)的不足，開展Agent指揮控制系統(tǒng)設(shè)計研究，提出了基于Agent的指揮控制輔助決策系統(tǒng)。

1網(wǎng)絡(luò)中心指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)并不是關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)爭，而是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，包含信息領(lǐng)域的各種技術(shù)，是一種指揮控制理念。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種應(yīng)用系統(tǒng)從平臺中心化向網(wǎng)絡(luò)中心化過渡。以往主要是圍繞平臺執(zhí)行任務(wù)，在行動過程中，各平臺自行獲取信息，通過決策系統(tǒng)進(jìn)行決策，最終由指揮控制系統(tǒng)實現(xiàn)任務(wù)。而隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，由相互聯(lián)接的通信、指揮、控制系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)也有了長足進(jìn)步，將平臺中心轉(zhuǎn)移至網(wǎng)絡(luò)中心成為了實現(xiàn)高效指揮控制決策的有效方法。

1.1網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)網(wǎng)格設(shè)計

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的強(qiáng)大優(yōu)勢，建立其網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，按功能可以把智能無人系統(tǒng)的整個網(wǎng)絡(luò)分為3個互相連接的部分：以通信為基礎(chǔ)的信息網(wǎng)格、以傳感器為基礎(chǔ)的傳感器網(wǎng)格和以平臺為基礎(chǔ)的平臺網(wǎng)格。其中信息網(wǎng)格以各種軟件為主，包括各種計算、優(yōu)化、策略軟件等；傳感器網(wǎng)格與投送網(wǎng)格屬于硬件設(shè)施，其中傳感器網(wǎng)格包括各種通信、控制設(shè)備；平臺網(wǎng)格主要包括軌道平臺。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

所有探測裝置諸如衛(wèi)星、偵察機(jī)、艦艇和雷達(dá)等共同組成了傳感器網(wǎng)格，各系統(tǒng)之間相互配合相互支持。與此同時，平臺網(wǎng)格能夠充分使用傳感器網(wǎng)格獲得的信息，通過自身的決策技術(shù)對信息進(jìn)行有效處理，從而進(jìn)行有效的投送任務(wù)。信息網(wǎng)格則為傳感器網(wǎng)格和平臺網(wǎng)格提供鏈接支撐，實現(xiàn)2個網(wǎng)格之間的信息傳遞。

1.2網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)映射域設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的整個概念框架可以映射到3個領(lǐng)域：物理領(lǐng)域、信息領(lǐng)域和認(rèn)知領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)映射如圖2所示。

物理領(lǐng)域是包括所有硬件在內(nèi)的系統(tǒng)，這里主要是指智能無人平臺與各種支持系統(tǒng)。信息領(lǐng)域包括與通信有關(guān)的一切內(nèi)容，主要涵蓋信息收集、處理、共享。認(rèn)知領(lǐng)域是所有算法、策略、優(yōu)化的總和，是決策過程的核心內(nèi)容。

2基于Agent的輔助決策

2.1 Agent技術(shù)

Agent技術(shù)屬于人工智能技術(shù)，是一種與其周圍環(huán)境進(jìn)行交互的、自主運(yùn)行的實體。其主要特點是自主性和協(xié)作性。Agent具有獨(dú)立于其他實體并自主行動的能力，能將推理與知識相結(jié)合。將Agent技術(shù)用于智能無人系統(tǒng)的指揮控制，能滿足快速性與多平臺協(xié)調(diào)性的需求。Agent的典型抽象視圖如圖3所示。

2.2 Agent輔助決策設(shè)計

2.2.1指揮決策Agent的提出

指揮控制系統(tǒng)輔助決策是通過傳感器得到數(shù)據(jù)，經(jīng)過算法、策略以及優(yōu)化實現(xiàn)任務(wù)，同時，對照規(guī)則和制約條件，提出相應(yīng)的方案供選擇。每一個決策過程中，需要根據(jù)平臺本身的性能、目標(biāo)信息、任務(wù)需求等進(jìn)行決策。而Agent具有的特點滿足了輔助決策需求，因此提出基于Agent理論及方法的輔助決策概念。

2.2.2基于Agent的決策結(jié)構(gòu)

根據(jù)智能無人系統(tǒng)的特點，結(jié)合Agent輔助決策技術(shù)，Agent決策結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖中每個虛線框都是一個Agent結(jié)構(gòu)，所以整個決策Agent也就是一個由多Agent共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

決策Agent的工作原理和過程為：

①通信模塊和感知模塊：通信模塊主要負(fù)責(zé)平臺與外部通信聯(lián)絡(luò)，如與監(jiān)測系統(tǒng)信息交互、指揮命令下達(dá)等；而感知模塊主要是感知外部環(huán)境變化，并將結(jié)果傳送給信息處理模塊。

②信息處理模塊：接收來自感知模塊及通信模塊的信息，包括環(huán)境信息、系統(tǒng)自身信息，然后將其進(jìn)行處理，實現(xiàn)對決策模塊的支撐。在特殊情況下可以采用應(yīng)急模塊進(jìn)行處理。

③態(tài)勢評估模塊：收到從信息處理模塊傳來的信息，并結(jié)合已有知識庫，進(jìn)行環(huán)境分析（天氣情況、地形分析）、任務(wù)分析等，并將結(jié)果送入決策模塊。

④決策模塊：決策Agent的核心，通過任務(wù)規(guī)劃生成任務(wù)決策，通過指揮控制進(jìn)行執(zhí)行。針對不同平臺、具體的任務(wù)規(guī)劃與決策功能，可采用不同的智能算法與優(yōu)化算法進(jìn)行有效求解。

⑤應(yīng)急反應(yīng)模塊：平臺功能有限，任務(wù)千變?nèi)f化，當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)特殊情況后，需要應(yīng)急反應(yīng)模塊進(jìn)行處理，將應(yīng)急反應(yīng)模塊單獨(dú)列出。

⑥知識庫：進(jìn)行決策的知識來源，包括地球、大氣模型、平臺信息、地理情況和氣候環(huán)境等，還包括任務(wù)規(guī)則、策略、優(yōu)化知識庫。

3再入投送平臺指揮控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真

再入投送平臺是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，投送飛行器平時部署于衛(wèi)星軌道平臺，執(zhí)行任務(wù)時通過軌道機(jī)動與再入機(jī)動，實現(xiàn)高超聲速精確對地投送。一旦平臺部署完成，在執(zhí)行對確定目標(biāo)點的投送任務(wù)時，面臨復(fù)雜的指揮控制問題。投送系統(tǒng)是由多個軌道面構(gòu)成，而每一個軌道面又是由多個平臺構(gòu)成，可能會存在同一時間有多個平臺都可執(zhí)行投送任務(wù)，但是實現(xiàn)投送任務(wù)的代價與完成效率并不相同，針對該問題采用本文提出的基于Agent的指揮控制系統(tǒng)進(jìn)行決策。

3.1再入投送任務(wù)

3.1.1平臺部署

為實現(xiàn)全球區(qū)域覆蓋，衛(wèi)星平臺部署采用雙傾角條帶覆蓋設(shè)計，采用軌道傾角為69.81°的3條大傾角軌道和軌道傾角為43.62°的3條小傾角軌道，每個軌道面內(nèi)均勻分布6個平臺，雙傾角條帶覆蓋軌道參數(shù)如表1所示。

同時，平臺搭載再入飛行器，最大橫程機(jī)動地心角為20°，最大縱程機(jī)動地心角為120°，全球覆蓋緯度區(qū)域為80°，重點覆蓋緯度區(qū)域為40°。

3.1.2任務(wù)描述

軌道平臺系統(tǒng)正常工作。在0=0.00 s時刻，西經(jīng)90°、北緯40°出現(xiàn)威脅目標(biāo)T，此時平臺星下點經(jīng)緯度（東經(jīng)、北緯為正）以及速度方向（由南至北為1）參數(shù)如表2所示。

3.2再入投送指揮控制系統(tǒng)設(shè)計

本文采用基于Agent的指揮控制系統(tǒng)設(shè)計方法，投送流程圖如圖5所示，描述再入系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中的主要工作，給出整個系統(tǒng)的運(yùn)行過程與節(jié)點。系統(tǒng)主要任務(wù)包括目標(biāo)區(qū)域監(jiān)測、通信、任務(wù)規(guī)劃、平臺分配、飛行器制導(dǎo)與控制、投送效果評估等。

當(dāng)覆蓋區(qū)域出現(xiàn)投送任務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)中心下的所有觀測系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行信息獲取與反饋。對收集的信息進(jìn)行處理，并將信息發(fā)送給指揮人員，由其決定是否采用再入投送系統(tǒng)進(jìn)行投送。當(dāng)決定采用再入系統(tǒng)進(jìn)行投送，則由任務(wù)優(yōu)化Agent完成滿足提前預(yù)設(shè)最優(yōu)指標(biāo)的任務(wù)規(guī)劃，從而選取合適平臺進(jìn)行離軌機(jī)動，完成最優(yōu)過渡軌道，到達(dá)最優(yōu)再入點。飛行器進(jìn)入大氣層內(nèi)，通過大氣層內(nèi)機(jī)動實現(xiàn)最優(yōu)再入軌跡與制導(dǎo)，直到到達(dá)目標(biāo)。最后，再次通過觀測系統(tǒng)進(jìn)行投送任務(wù)完成效果評估，如果滿足要求則投送任務(wù)完成，如若不滿足任務(wù)要求，則需要再一次進(jìn)行投送任務(wù)。

投送任務(wù)過程中再入飛行器仿真結(jié)果如圖6所示，包括再入過程中高度、速度、經(jīng)度和緯度變化曲線。

4結(jié)束語

本文針對智能無人平臺指揮控制系統(tǒng)設(shè)計開展了研究。首先，對指揮控制決策的概念進(jìn)行了闡述，對研究對象進(jìn)行了需求分析。然后，介紹了網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的概念，提出了信息時代的指揮控制決策系統(tǒng)的特點，從信息角度建立了指揮控制決策系統(tǒng)框架。接著，針對此類系統(tǒng)的任務(wù)特點，選擇采用智能Agent技術(shù)實現(xiàn)指揮控制決策。在對智能Agent技術(shù)進(jìn)行了介紹后，將智能Agent輔助決策技術(shù)引入決策系統(tǒng)進(jìn)行完善，保證指揮控制決策的快速性、協(xié)調(diào)性。然后，結(jié)合系統(tǒng)與任務(wù)特點設(shè)計了投送系統(tǒng)空間概念圖與投送流程圖，對整個系統(tǒng)的任務(wù)過程從時間與空間上進(jìn)行了描述和分析。最后，針對一個特定點的投送任務(wù)進(jìn)行仿真，驗證了本文方法的有效性。

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