Task reliability evaluation method for autonomous intelligent system based on multi-agent approach

故障设备	故障模式
环境感知设备和定位设备	1. 传感器失效
	2. 灵敏度不足
	3. 设备硬件损坏
	4. 受环境影响导致感知精度下降
公共计算服务设备	1. CPU损坏
	2. CPU资源短时衰竭
	3. 硬盘磁头磨损
	4. RAM数据溢出
	5. 间歇性工作
一体化接入网络	1. 节点断电
	2. 节点通信延迟
	3. 节点通信故障
一体化核心网络	1. 节点通信延迟
一体化核心网络	2. 节点通信故障
执行器设备	1. 执行器过早、过晚执行
	2. 控制机构的执行持续时间不正确
	3. 执行器设备硬件损坏
	4. 执行器实现行动指令的精确性不足

Table 2. Software failure mode library

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Table 2. Software failure mode library

故障软件	故障模式
可移除的软件故障	1. 数据提前、超时或滞后
	2. 数据频率过慢
	3. 数据不稳定
	4. 由于雨、雪、雾、扬尘、强光等环境原因触发的目标检测和定位精度不足，目标识别、威胁判断和状态预测的正确率不足等
不可移除的软件故障	1. 数据超范围
	2. 数据为空
	3. 数据缺损

Table 3. Failure mode mapping relationships in public computing service devices

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Table 3. Failure mode mapping relationships in public computing service devices

公共计算服务设备故障模式	故障模式造成的影响
CPU损坏	运算能力丧失
电磁干扰	运算能力下降
CPU短时衰竭	运算能力下降
硬盘磁头磨损	运算能力下降
RAM数据溢出	运算能力下降
间歇性工作	运算能力下降

Table 4. Mapping relationship between typical failure modes and status changes of integrated networks

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Table 4. Mapping relationship between typical failure modes and status changes of integrated networks

设备	故障模式	故障导致的状态改变
一体化接入网络	节点断电（接入）	数据包丢失
	节点通信延迟	数据传输时间延长
	节点通信故障	数据包丢失
一体化核心网络	节点通信延迟	数据传输时间延长
一体化核心网络	节点通信故障	数据包丢失

Table 5. Mission stages and key indicators of success criteria

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Table 5. Mission stages and key indicators of success criteria

任务阶段序号	任务阶段名称	任务阶段成功判据
1	目标搜索和确定位置阶段	回波信号能量衰减值$ {L}_{1} $
2	感知和定位阶段	目标检测处理时间 $ {T}_{1} $
		目标检测误差$ {S}_{\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{t}} $
		位置感知误差$ {E}_{\mathrm{L}} $
		位置感知处理时间$ {T}_{\mathrm{L}} $
		速度感知误差$ {E}_{\mathrm{V}\mathrm{P}} $
		速度感知处理时间$ {T}_{\mathrm{V}\mathrm{P}} $
		姿态感知误差$ {E}_{\mathrm{A}\mathrm{P}} $
		姿态感知处理时间$ {T}_{\mathrm{A}\mathrm{P}} $
3	认知阶段	目标识别处理时间 $ {T}_{\mathrm{T}\mathrm{R}} $
		目标识别正确率 $ {P}_{\mathrm{T}\mathrm{R}} $
		威胁判断处理时间 $ {T}_{\mathrm{S}\mathrm{C}} $
		威胁判断正确率 $ {P}_{\mathrm{S}\mathrm{C}} $
		状态预测误差$ {E}_{\mathrm{S}\mathrm{P}} $
		状态预测处理时间$ {T}_{\mathrm{S}\mathrm{P}} $
4	决策阶段	模式切换失误率$ {P}_{\mathrm{M}\mathrm{S}} $
		模式切换处理时间$ {T}_{\mathrm{M}\mathrm{S}} $
		行为决策失误率$ {P}_{\mathrm{B}\mathrm{D}} $
		行为决策处理时间$ {T}_{\mathrm{B}\mathrm{D}} $
		运动规划失误率$ {P}_{\mathrm{M}\mathrm{P}} $
		运动规划处理时间$ {T}_{\mathrm{M}\mathrm{P}} $
		动作规划失误率$ {P}_{\mathrm{A}\mathrm{P}} $
		动作规划处理时间$ {T}_{\mathrm{A}\mathrm{P}} $
5	行动阶段	位置控制误差$ {E}_{\mathrm{P}\mathrm{C}} $
		位置控制处理时间$ {T}_{\mathrm{P}\mathrm{C}} $
		姿态控制误差$ {E}_{\mathrm{A}\mathrm{C}} $
		姿态控制处理时间$ {T}_{\mathrm{A}\mathrm{C}} $
		载荷控制误差$ {E}_{\mathrm{L}\mathrm{C}} $
		载荷控制处理时间$ {T}_{\mathrm{L}\mathrm{C}} $
6	执行阶段	运动控制总当量偏差E
6	执行阶段	任务执行成功率P

Table 6. Environment sensing devices interaction information

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Table 6. Environment sensing devices interaction information

交互消息类型	名称	描述
输入	衰减回波信号	经目标反射和环境衰减后返回的脉冲描述字
输出	脉冲信号	环境感知设备发射的脉冲描述字
输出	回波信号	向感知软件发送的衰减后的脉冲描述字

Table 7. Environment sensing devices interaction information format
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Table 7. Environment sensing devices interaction information format
信号类型单位备注
PN int 唯一编号
TOA int ns 脉冲到达时间
AOA double (º) 脉冲波前到达角
RF double GHz 脉冲载频
PW double ns 脉冲宽度
PA double W 功率
EOA double (º) 脉冲到达俯仰角

Table 8. Positioning device interaction information
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Table 8. Positioning device interaction information
交互消息类型名称描述
输出多源位姿信息卫星、惯导发射的定位信号

Table 9. Positioning device interaction information format

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Table 9. Positioning device interaction information format

交互信息类型	类型	单位	备注
卫星定位经度	double	(º)	东西范围[0, 180]
卫星定位纬度	double	(º)	南北范围[0, 90]
惯导定位经度	double	(º)	东西范围[0, 180]
惯导定位纬度	double	(º)	南北范围[0, 90]
组合定位高程	double	m	以海平面为基准
惯导定位角速度	double	(º)/s	系统装备总角速度
惯导定位加速度	double	m/s²	系统装备总加速度
惯导定位角度增量	double	(º)	系统装备总角增量
速度增量	double	m/s	系统装备总速度增量

Table 10. Public computing service devices interaction information
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Table 10. Public computing service devices interaction information
交互信息类型名称描述
输出状态信息包含工作状态、故障模式及不同故障模式下的运算能力FLOPS

Table 11. Public computing service devices interaction information format
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Table 11. Public computing service devices interaction information format
状态信息类型单位
工作状态 int
故障模式 int
运算能力FLOPS double

Table 12. Integrated network interaction information
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Table 12. Integrated network interaction information
交互信息类型名称描述
输出状态信息包含工作状态、故障模式及不同故障模式下的数据传输时延

Table 13. Integrated network interaction information format
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Table 13. Integrated network interaction information format
状态信息类型单位
工作状态 int
故障模式 int
数据传输时延 double ms

Table 14. Perceive software interaction information

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Table 14. Perceive software interaction information

交互信息类型	名称	描述
输入	衰减回波信号	来自目标反射并经环境衰减后的脉冲描述字
输出	目标参数信息	一个目标在不同方位、不同距离和不同俯仰角上产生的数据

Table 15. Perceive software interaction information format
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Table 15. Perceive software interaction information format
点迹信息类型单位
点迹编号 int
距离 double m
俯仰角 double (º)
方位角 double (º)
形态大小 int

Table 16. Positioning software interaction information

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Table 16. Positioning software interaction information

交互消息类型	名称	描述
输入	多源位姿信息
输出	位置信息	智能自主系统的X，Y，Z向坐标信息
	姿态信息	智能自主系统航向角以及X，Y，Z向加速度和角速度
	速度信息	智能自主系统的X，Y，Z向速度信息

Table 17. Positioning software interaction information format

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Table 17. Positioning software interaction information format

位置、姿态、速度信息	类型	单位
X向位置信息	double	m
Y向位置信息	double	m
Z向位置信息	double	m
航向信息	double	(º)
X向加速度信息	double	m/s²
Y向加速度信息	double	m/s²
Z向加速度信息	double	m/s²
X轴角速度信息	double	rad/s
Y轴角速度信息	double	rad/s
Z轴角速度信息	double	rad/s
X向速度信息	double	m/s
Y向速度信息	double	m/s
Z向速度信息	double	m/s

Table 18. State prediction software interactive information

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Table 18. State prediction software interactive information

交互消息类型	名称	描述
输入	目标参数信息	目标的距离、俯仰角、方位角、形态大小信息
输入	系统位置信息	系统的X，Y，Z向坐标位置
输出	目标位置信息	目标的X，Y，Z向坐标信息
	目标姿态信息	目标的航向角以及X，Y，Z向加速度和角速度
	目标速度信息	目标的X，Y，Z向速度信息

Table 19. State prediction software interactive information format

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Table 19. State prediction software interactive information format

目标信息	类型	单位
目标直线距离	double	m
X向位置信息	double	m
Y向位置信息	double	m
Z向位置信息	double	m
航向信息	double	(º)
X向加速度信息	double	m/s²
Y向加速度信息	double	m/s²
Z向加速度信息	double	m/s²
X轴角速度信息	double	rad/s
Y轴角速度信息	double	rad/s
Z轴角速度信息	double	rad/s
X向速度信息	double	m/s
Y向速度信息	double	m/s
Z向速度信息	double	m/s

Table 20. Target recognition software interactive information
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Table 20. Target recognition software interactive information
交互消息类型名称描述
输入目标信息目标的位置、姿态、速度信息
输出目标型号信息目标的位置、速度、姿态以及型号信息

Table 21. Target recognition software interactive information format

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Table 21. Target recognition software interactive information format

目标信息	类型	单位
目标直线距离	double	m
X向位置信息	double	m
Y向位置信息	double	m
Z向位置信息	double	m
航向信息	double	(º)
X向加速度信息	double	m/s²
Y向加速度信息	double	m/s²
Z向加速度信息	double	m/s²
X轴角速度信息	double	rad/s
Y轴角速度信息	double	rad/s
Z轴角速度信息	double	rad/s
X向速度信息	double	m/s
Y向速度信息	double	m/s
Z向速度信息	double	m/s
目标大小信息	double	m

Table 22. Threat assessment software interaction information
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Table 22. Threat assessment software interaction information
交互消息类型名称描述
输入目标型号信息目标的位置、姿态、速度以及型号信息
输出目标威胁信息目标的位置、速度、姿态、型号以及威胁信息

Table 23. Threat assessment software interaction information format

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Table 23. Threat assessment software interaction information format

目标信息	类型	单位
目标直线距离	double	m
X向位置信息	double	m
Y向位置信息	double	m
Z向位置信息	double	m
航向信息	double	(º)
X向加速度信息	double	m/s²
Y向加速度信息	double	m/s²
Z向加速度信息	double	m/s²
X轴角速度信息	double	rad/s
Y轴角速度信息	double	rad/s
Z轴角速度信息	double	rad/s
X向速度信息	double	m/s
Y向速度信息	double	m/s
Z向速度信息	double	m/s
大小	double	m
威胁程度	int

Table 24. Decision software interactive information

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Table 24. Decision software interactive information

交互消息类型	名称	描述
输入	目标威胁信息	目标唯一的距离值；目标的X，Y，Z向坐标信息；目标的航向角以及X，Y，Z向加速度和角速度；目标的X，Y，Z向速度信息；目标的型号；目标的威胁程度
输入	系统定位信息	系统的位置、速度、姿态信息
输出	模式切换结果	任务模式
	行为决策结果	行为模式
	运动规划结果	智能自主系统运动轨迹
	动作规划结果	载荷系统的任务和目标

Table 25. Decision software motion planning information format
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Table 25. Decision software motion planning information format
位置和姿态控制类型单位
路径点X向位置信息 double m
路径点Y向位置信息 double m
路径点Z向位置信息 double m
路径点航向信息 double (º)

Table 26. Decision software action planning information format
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Table 26. Decision software action planning information format
动作规划方案类型单位
装备目标编号 int
装备武器数量 int
装备X向位置信息 double m
装备Y向位置信息 double m
装备Z向位置信息 double m

Table 27. Action software interactive information

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Table 27. Action software interactive information

交互消息类型	名称	描述
输入	模式切换结果	任务模式
	行为决策结果	行为模式
	运动规划结果	智能自主系统运动轨迹
	动作规划结果	载荷系统的任务和目标
输出	位置和姿态控制信息	为实现期望位置和姿态的控制量
输出	载荷系统控制信息	为实现目标任务的控制量

Table 28. Action software position and attitude control information format
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Table 28. Action software position and attitude control information format
位置和姿态控制类型单位
参考速度 double m/s
参考加速度 double m/s²
参考航向角速度 double (º)/s

Table 29. Action software load system control information format
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Table 29. Action software load system control information format
载荷系统控制类型单位
目标编号 int
目标距离 double m
目标方位角 double (º)
目标俯仰角 double (º)
打击指令 int
侦察指令 int

Table 30. Execution deviation of motion control actuator
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Table 30. Execution deviation of motion control actuator
通道序号任务通道执行偏差当量系数
1 速度执行 $ {E}_{1} $ $ {\eta }_{1} $
2 加速度执行 $ {E}_{2} $ $ {\eta }_{2} $
3 航向角速度执行 $ {E}_{3} $ $ {\eta }_{3} $

Table 31. Task execution success probability

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Table 31. Task execution success probability

任务载荷通道序号	任务通道	是否启用（1或0）	任务成功概率
1	任务载荷1	$ {\alpha }_{1} $	$ {P}_{1} $
2	任务载荷2	$ {\alpha }_{2} $	$ {P}_{2} $
……	……	……	……
N	任务载荷N	$ {\alpha }_{N} $	$ {P}_{N} $

Table 32. Environment interaction information

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Table 32. Environment interaction information

交互消息类型	名称	描述
输入	脉冲信号	感知类设备发射的脉冲描述字
输入	回波信号	来自目标反射后的脉冲描述字
输出	衰减脉冲信号	来自感知类设备经环境衰减后的脉冲描述字
输出	衰减回波信号	经目标反射和环境衰减后的脉冲描述字

Table 33. Target interaction information
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Table 33. Target interaction information
交互消息类型名称描述
输入衰减脉冲信号来自感知类设备经环境衰减后的脉冲描述字
输出回波信号来自目标反射后的脉冲描述字

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Cheng YANG, Hongxiao LIU, Ying WANG, Jingli YANG. Task reliability evaluation method for autonomous intelligent system based on multi-agent approach[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2025, 20(2): 335

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Paper Information

Category: Weapon, Electronic and Information System

Received: Oct. 16, 2023

Accepted: --

Published Online: May. 15, 2025

The Author Email:

DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03596

Topics

laser devices and laser physics

Lasers and Laser Optics

Laser physics

laser manufacturing

Instrumentation, Measurement and Metrology

Table 1. Hardware failure mode library

Table 1. Hardware failure mode library

Table 2. Software failure mode library

Table 2. Software failure mode library

Table 3. Failure mode mapping relationships in public computing service devices

Table 3. Failure mode mapping relationships in public computing service devices

Table 4. Mapping relationship between typical failure modes and status changes of integrated networks

Table 4. Mapping relationship between typical failure modes and status changes of integrated networks

Table 5. Mission stages and key indicators of success criteria

Table 5. Mission stages and key indicators of success criteria

Table 6. Environment sensing devices interaction information

Table 6. Environment sensing devices interaction information

Table 7. Environment sensing devices interaction information format

Table 7. Environment sensing devices interaction information format

Table 8. Positioning device interaction information

Table 8. Positioning device interaction information

Table 9. Positioning device interaction information format

Table 9. Positioning device interaction information format

Table 10. Public computing service devices interaction information

Table 10. Public computing service devices interaction information

Table 11. Public computing service devices interaction information format

Table 11. Public computing service devices interaction information format

Table 12. Integrated network interaction information

Table 12. Integrated network interaction information

Table 13. Integrated network interaction information format

Table 13. Integrated network interaction information format

Table 14. Perceive software interaction information

Table 14. Perceive software interaction information

Table 15. Perceive software interaction information format

Table 15. Perceive software interaction information format

Table 16. Positioning software interaction information

Table 16. Positioning software interaction information

Table 17. Positioning software interaction information format

Table 17. Positioning software interaction information format

Table 18. State prediction software interactive information

Table 18. State prediction software interactive information

Table 19. State prediction software interactive information format

Table 19. State prediction software interactive information format

Table 20. Target recognition software interactive information

Table 20. Target recognition software interactive information

Table 21. Target recognition software interactive information format

Table 21. Target recognition software interactive information format

Table 22. Threat assessment software interaction information

Table 22. Threat assessment software interaction information

Table 23. Threat assessment software interaction information format

Table 23. Threat assessment software interaction information format

Table 24. Decision software interactive information

Table 24. Decision software interactive information

Table 25. Decision software motion planning information format

Table 25. Decision software motion planning information format

Table 26. Decision software action planning information format

Table 26. Decision software action planning information format

Table 27. Action software interactive information

Table 27. Action software interactive information

Table 28. Action software position and attitude control information format

Table 28. Action software position and attitude control information format

Table 29. Action software load system control information format

Table 29. Action software load system control information format

Table 30. Execution deviation of motion control actuator

Table 30. Execution deviation of motion control actuator

Table 31. Task execution success probability

Table 31. Task execution success probability

Table 32. Environment interaction information

Table 32. Environment interaction information

Table 33. Target interaction information

Table 33. Target interaction information