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发布时间:2023-11-05 06:48:47   来源:文档文库   
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维普资讯http://www.cqvip.com第24卷 第o4期 文章编号:1006—9348(2007)04—0001—0 计 算 机 仿 真 007年04月 种基于ABD的网络中心战概念级仿真模型 李宝,吴集,金士尧 (国防科技大学计算机学院PDL重点实验室,湖南长沙410073) 摘要:未来战场上的主体是分布、网络化的作战力量,网络中心战将成为信息时代崭新的作战样式。现有的作战仿真系统不 足以胜任对网络中心战的建模和仿真。以军事复杂系统理论研究为背景,采用基于智能体抽象建模仿真(Agent Based DistIatons,ABD)的方法,提出了一种网络中心战概念级仿真模型,对模型中作战/指挥单元的能力模型、决策模型以及 关系网络模型进行了详细介绍。最后构建了一个仿真示例想定,仿真结果证明了模型具有一定的有效性。 关键词:网络中心战;基于智能体抽象建模;概念级仿真模型 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A An ABD-—based Conceptual Level Simulation Model f0r Network Centric Warfare LI Bao,WU ji,JIN Shi—yao (Natonal Laboratory for Paralel&Dibuted Processing,Changsha Hunan 410073,China) ABSTRACT:Distributed and networked forces wil be the principal pans of future battlefield,and network cent warare(NCW)wi be he new combat style of he nformaton age.However,exing combat simulaton systems are not competent fr the modeling and simulation of the NCW.Grounded upon the research on the theor of miar complex system,thi paper proposes an ABD(Agent Based Diatons)一based conceptual level simulation model of NCW.and describes the ability mode1.decision model and relationship network model of the combat and command&control unit in detail.Finally,a demo scenario is planned,and the simulation results verify the effectiveness of the mode1.  KEYWORDS:Network centric warfare;Agent based distillation;Conceptual level simulation model 导和方法支持。近几年,战争作为一种复杂适应系统不断得 1 引言 20世纪90年代以来,随着信息技术的发展,出现了充分 利用先进的信息技术、以网络为中心的崭新的经济运作模 式。在这种网络化趋势引导下,军事领域也出现了从“平台中 心战”到“网络中心战”的根本性转变。“网络中心战”的目 到研究人员的共识,他们在复杂适应系统(Complex Adaptve System,CAS)理论的指导下,应用基于ABD的建模仿真方 法,开发了多个作战仿真系统,包括美国海军陆战队作战发 展司令部开发的ISAAC和EINSTein ,新西兰国防科技中心 开发的MANA,以及澳大利亚新南威尔士大学国家防务学院 分院(UNSW@ADFA)开发的CROCADILE 和WISDOM。 的是构建一个强大的网络平台,使各级作战单元实现战场态 势共享,从而有效地进行协同作战,大幅度提高作战效能…。 “网络中心战”虽然被认为是信息时代的先进作战理 念,但自其提出以来,也受到了一些质疑,其中最主要的一点 是“网络中心战”的作战样式和效能无法在实际战争中得到 充分的证明。幸而,基于ABD(Agent—based Distaton)的 仿真方法、复杂系统理论、网络理论以及其它现代信息技术 的出现,为我们理解与把握网络中心战提供了有力的理论指 基金项目:武器装备预研基金(51484020503ZS9402) 但是这些系统在功能上大部分还是对“平台中心战”的建模 与仿真,而对“网络中心战”这一作战理论的建模和验证能 力比较欠缺。因此,UNSW@ADFA基于NCMAA(一种以网络 为中心的多Agent架构)在WISDOM的基础上又开发了 WISDOW—li  。 本文首先对基于ABD的仿真方法进行了简要介绍,然后 借鉴WISDOM—II中以网络为中心的建模思想,从建立作为 作战网络节点的作战/指挥单元的能力模型和决策模型的 角度出发,提出了一种网络中心战概念级仿真模型,并构建 收稿日期:2006—03—23 修回日期:2006—0—27 —— 
维普资讯http://www.cqvip.com了一个示例想定,仿真结果验证了模型具有一定的有效性。 心战” 进行建模是十分恰当的。 2 基于ABD的建模仿真【 由于仿真技术在军事领域的广泛应用,美国海军陆战 队、澳大利亚军队等先后建立了军用仿真的层次模型。这种 层次模型为仿真应用定义了一种层次化的过程规范,即首先 建立想定的粗粒度模型,这种模型由于省略了许多细节,因 3 基于ABD的网络中心战概念级仿真模型 总的来说,“网络中心战”两个最本质的特点是地理上 分布的作战力量和网络化的指挥控制,这也是当前战争各个 方面演化、革新的方向。但是,在军事研究领域,仍然缺乏一 个合适的分析模型来描述这种分布式、网络化的作战形式。 本文接下来描述的网络中心战概念级仿真模型就是针对这 而建立速度快,且易于使用;然后再建立更为详细的模型,对 从粗粒度模型仿真得出的结论和观点进行检验和验证。这个 过程一直重复,直到模型的详细程度达到可以判别和理解作 战想定中关键参数的要求为止。图1为这种层次模型的示意 目的作出的初步尝试。 为了充分显示“网络中心战”这一信息时代战争形态的 3.1 战场环境建模 图。 圈1 军事仿真层次模型 层次模型的最顶层通常被称作“概念级仿真”,指那些没 有对战场上的物理实体如坦克、士兵等直接进行建模,而是 对战场上一般能力进行建模的仿真应用。这种方法减少了收 集特定战场实体数据的必要性,从而为快速开发仿真想定模 型提供了可能。 在概念级仿真领域,基于智能体抽象建模即Agent— Based Distaton(ABD)的仿真受到了许多研究人员的认 可。一般来说,基于ABD的仿真可以被定义为通过实现一个 较小的规则集来对战争想定进行建模的仿真,在这个规则集 下实体可以适应所有想定。基于ABD的仿真提供了一种对作 战想定进行自底向上的建模方法,军事分析人员只需要建立 每个作战个体组件模型,然后观察模型中“涌现”出的整体 行为。而在传统的构造性仿真方法中,需要首先指定一个全 局想定,然后再分别明确各个层次上的细节,并最终产生想 定的组件模型。另外,跟传统的仿真模型相比,ABD仿真需要 的细节非常少,并且模型的整体性行为是自然地“涌现”出 来,而不需要显式的构造 。 可见,基于ABD的仿真比传统的构造性仿真方法更适合 用来对CAS系统进行建模。另外,这种仿真方法也同仿真层 次模型中的概念级一端相对应。因此,使用基于ABD的仿真 方法对还在发展之中、同时又作为典型复杂系统的“网络中 2— 先进性和有效性,构造复杂、多样的战场环境是十分必要的, 但另一方面,从模型的抽象性和简单性的角度出发,需要对 “网络中心战”的战场环境进行充分的简化,构造典型的战 场特征。在概念级网络中心战仿真模型中,我们只是考虑战 场中自然环境建模,除了具有基本的战场海拔高度信息以 外,还考虑了植被、水域、人工障碍等战场中典型的地形特 征,为发挥虚拟战场中作战单元的适应、协作等能力提供必 不可少但又足够简单的作战空间。 3.2 作战/指挥单元建模 由于现代高技术武器装备的发展,以及先进战术的不断 应用,无论是平台级作战单元如舰艇、坦克等,还是单兵的装 备和能力都有了很大提升,因此从“个体属性和行为的微小 改变将会对整体行为产生明显影响”的复杂系统典型特征 出发,有必要为作战/指挥单元的各种能力、行为分别建立 模型,并构造合适的决策方法来决定作战/指挥单元在战场 上的行为。 3.2.1 作战/指挥单元能力参数模型 在网络中心战概念级仿真模型中,作战/指挥单元除了 具有生命值、空间位置、速度等一般的属性以外,我们将实体 的行为概括为侦察、移动、攻击、命令和通讯五种典型的行 为,并分别建立五种行为的能力参数,具体如下: 1)侦察能力参数:包括侦察半径Js 侦察角度范围Js 可以观察到目标细节的距离阈值Js 等; 2)移动能力参数:包括移动类型 (陆地、水上、空中 移动)、最大速度 一移动方向 。等; 3)攻击能力参数:包括火力类型F 、命中概率 、最大 打击距离 毁伤值弹药速度F舶等; 4)命令能力参数:仅针对指挥单元而言,包括命令类型 Cmd (前进、撤退、组队等)、命令重要程度Cmd 等; 5)通讯能力参数:包括通讯最大距离c 丢失率c 错 误率c 延迟c。等。 3.2.作战单元决策模型 为了支持较大规模仿真,减少仿真运行时间,我们对作 战单元和指挥单元的决策行为分别建模,作战单元采用“反 应式”Agent建模机制,而对指挥单元的决策行为则采用当前 在军事仿真领域应用较广泛的自然决策制定(Naturalst 
维普资讯http://www.cqvip.comDecion Making。NDM)理论" 。 按照作战Agent的不同类型(侦察、远程打击、地面作战 等),每一类作战Agent在仿真初始时都被赋予一类缺省的 行为,作战Agent在作出行动时,除了要考虑前面提到的一般 属性以及五个能力参数以外,还要考虑以下因素: 1)通过侦察或通讯得到的我方Agent的信息; 2)通过侦察或通讯得到的敌方Agent的信息; 3)通过侦察或通讯得到的友方Agent的信息; 4)上一级指挥Agent的命令; 5)战场上的地形特征; 6)当前任务目标等。 通过为每一个影响因素分别指定权重 ,计算作战 Agent作出决策所依据的特征函数z,从而实现上述各个影响 影响因素对作战Agent单元决策行为的影响,其特征函数向 量形式为: z: (1) 式中 为权重向量了为各影响因素的取值向量。 另外,为了根据战场环境和自身状态动态改变行为,我 们为作战Agent定义了多种触发机制,每种触发条件都对应 类行为,而这些行为的形成过程和Agent的缺省行为相同, 只是对某些参数的权重进行了修正。 3.2.3 指挥单元决策模型 由于军事决策往往是在不确定的环境条件、信息不完 备、紧张的时间压力下做出的,指挥员往往是通过对形势的 估计,从自己的知识和经验中选择一种可行而不一定是最优 的行动方案,这也是NDM理论的主要内容。 鉴于此,我们使用RPD(Recognion—Prmed Decision) 模型来建立指挥单元决策的模型。RPD模型是自 然决策制定理论的一个具体实现,是当前军事仿真中指挥员 行为建模的重要手段。 RPD模型的主要思想是决策者根据先前经验对当前情 形和态势进行评估和匹配,依据经验找出类似以前的做法。 因此,在RPD模型下,指挥单元可以把通过通讯和感知得到 的战场态势,同经验库中的实例相匹配,从而作出可行的决 策,及时向下属作战单元发出命令。图2描述了RPD模型下 指挥单元的决策过程。 图中的目标指的是在态势识别过程中,如果当前态势 S 同经验库中的某个态势5 相类似,但是要采取5 态势 下的决策,还需满足的其它目标;期望是对S。 下一个状态 的期望;线索的作用是防止信息量过多。 3.3 战场实体关系网络建模 为了描述各类作战和指挥单元之间的关系,我们在仿真 模型中引入了网络相关理论,将作战和指挥单元之间的关系 用指挥控制(c2)网络、通讯网络、感知信息网络和目标网络 四个网络来描述,各类网络含义如下: 1)指挥控制网络Ⅳ。 一定义了每支作战力量的指挥控 制层次,即作战和指挥单元之间的命令和隶属关系,图3描 述了典型的指挥控制网络。 图2指挥单元决策模型 图3 典型的指挥控制网络 2)通讯网络Ⅳc 一每个Agent都同可以同它进行通讯 的Agent相互连接,一般来说通讯仅在同属一支作战力量的 Agent之间进行; 3)感知信息网络Ⅳ5…,一具有感知能力的Agent都同其 可以感知到的其它Agent相连接,包括感知到的己、友、敌以 及中立的等各方Agent单元; 4)目标网络N 一目标网络描述的是某个Agent在某 时刻可以进行攻击的所有敌方Agent 想定分析 为了验证模型的有效性,我们开发了一个简单的示例想 定。想定中蓝方是一支传统意义上的作战力量,具有较多的 作战单元,但是作战单元之间的通讯和信息共享不足,而红 方则是一支网络化的作战力量,虽然作战单元的数目相对较 少(本想定中只为蓝方力量的一半),但是增加了远程打击力 量和侦察力量,更重要的是红方三种作战力量之间可以通过 
维普资讯http://www.cqvip.com通讯网络来共享战场态势,从而进行协同作战。红蓝双方两 支力量的参数如表1所示。图4为想定运行的截图。 表1 示例仿真想定中双方力量参数 图4仿真运行时截图 为了使运行结果具有一定的可信性,我们将仿真运行了 50次,图5和图6为结果统计图。其中图5为红蓝双方作战智 能体数目随仿真时间的变化曲线,曲线的每个点的取值是50 次仿真运行结果的平均值。图6为每次仿真运行完毕后剩余 作战智能体数目的统计曲线。 图5 作战智能体(平均)数目随仿真时间变化曲线 从图5和图6可以看出,25个红方作单元的作战效能在 杀伤力上来讲同50个蓝方作战单元相当。这表明通讯在作 战中具有非常重要的作用。红方的三个侦察单元通过较高的 —— 图6 剩余作战智能体数目曲线 侦察能力收集战场信息,主要是蓝方作战单元的位置和速度 信息,并及时发送给远程打击单元和直接作战单元。在共享 的作战态势下,红方的远程打击单元可以对蓝方进行有效地 攻击,而红方的直接作战单元则可以根据得到的敌方信息较 之蓝方作战单元作出适应性行为,甚至采取一定的战术,从 而可以以较小的代价取得较大的打击效果。而蓝方由于作战 单元之间通讯不足,先头力量无法及时将红方信息传递给其 余的作战单元,致使一些作战单元甚至在还不知道红方作战 单元位置的情况下就受到攻击。因此,红方可以以较少的力 量来取得战斗的胜利。 另外,从图6也可以看出,网络化通讯条件下红方力量 的作战效能要比蓝方更为稳定。 5 结论 作战模拟要着眼于未来信息化战争,虽然这一新的战争 形态还在逐渐成型,并且我军的软硬件条件距离实现信息化 战争还有相当的差距,但是我们不能因此而忽视信息化战争 的建模与仿真,相反,构建信息化战争仿真平台,“从实验室 中学习战争”,“从未来中学习战争”,才是明智之举。 本文对“网络中心战”这一信息时代崭新作战样式的建 模与仿真进行了初步的探讨,从建立作为作战网络节点的作 战/指挥单元的能力模型和决策模型的角度出发,提出了一 种网络中心战概念级仿真模型,仿真结果验证了模型具有一 定的有效性。下一步的工作是继续完善模型中决策制定部 分,尤其是指挥单元经验库的构造,并尝试与GIS系统相结 合,构造3D的战场地理环境,进一步增加模型的有效性和真 实度。 参考文献: [1]Dav S Albers,John J Gaa,Frderk P Stn.Network Centric Warfare:Developing and Leveraging Information Supery(2 edion)[M].DoD CAISR Coopeatve Research Program Publication,1999. [2] Andy chinski.Ireducibl Semi—Autnomous Adaptve (下转第22页) 
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/13ff9cc31837f111f18583d049649b6649d7095c.html

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