前言

海洋蕴藏着丰富的生物资源、油气资源和矿产资源，是我国建设海洋强国极为重要的战略空间。微小型无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)集群是一种由几十台、上百台甚至上千台微小型 UUV 组成，通过飞机空投或舰艇发射或岸基布放，可长时间在水下自主航行的智能系统，具有成本低、数量多、隐蔽性强、集群智能等独特优势，被视为一种颠覆性技术，可满足海洋资源开发和水下国防装备方面的国家重大需求，已被列为《中国制造2025》和《新一代人工智能发展规划》的战略任务和重点方向之一。作为进入海洋、认识海洋、开发海洋的水下利器，微小型UUV集群与多变的水下环境和繁杂的应用场景等要素构成复杂的无人水下集群系统，向着UUV集群更高的智能化方向发展，这也对UUV集群协同建模理论方法研究提出了更高的要求。

目前，多智能体(multiagents, MAS)建模作为分布式人工智能领域的前沿技术，为该类系统的分布式协调机制研究提供了一条崭新的途径，广泛应用于无人车、无人机、卫星等各类无人集群协同领域。由于应用场景的复杂性、外界环境的可变性、建模任务的多样性，以及知识获取的不完备性，已有MAS建模理论在应用过程中显现出其局限性： 缺少对系统结构与协调机制紧耦合关系的考虑，缺乏复杂环境条件下协调过程与动态演化的交互行为分析，忽视分布式仿真支撑系统对协调机制建模精度分析的重要性。

随着人工智能技术的蓬勃发展，MAS建模理论方法与仿生技术、大数据技术及计算机技术交叉融合，催生了新的建模理论方法，为微小型UUV集群协同研究提供了新的设计思想与控制理念。本书作者及其科研团队从2011年开始从事无人水下集群系统建模、控制与仿真的理论与实践研究，创新性地提出了免疫智能体交互网络建模理论，搭建了分布式无人水下集群系统仿真平台，不仅有效解决了传统MAS建模技术在无人集群系统中的不足，还为验证微小型UUV集群的应用提供了可靠、有效的支撑工具。本书是作者在总结微小型UUV集群协同的研究成果及多年科研实践的基础上撰写而成的，部分内容是已经公开发表的文章和论文，部分内容则是作者对无人系统建模与仿真的思考和见解。

本书系统地介绍了微小型无人水下航行器集群协同理论与应用。全书共分7章。第1章概论，介绍微小型UUV集群、MAS建模理论方法及其技术发展。第2章介绍免疫智能体交互网络建模理论，并从静态结构与动态机制两个方面进行机理阐述其组成、结构与功能。第3章介绍多层次混合式免疫智能体结构的单体智能性建模。第4章阐述约束条件下自适应动态协作与通信机制的群体协同性建模。第5章讨论免疫智能体交互网络框架下信息融合与目标跟踪基础模型。第6章介绍面向免疫智能体交互网络的分布式仿真系统设计与应用。第7章总结全书并展望未来研究方向。

本书由梁洪涛、喻俊志、李慧平撰写，在编写过程中得到西北工业大学康凤举教授（国务院兵器科学与技术学科评议组原成员）的大力支持，康教授为本书的结构和内容安排提供了许多宝贵建议，对此表示感谢。

本书得到国家自然科学基金（No.62203286）、陕西省自然科学基金（No.2022JM312）、陕西师范大学优秀学术著作出版项目以及陕西师范大学“田家炳学人计划”研修项目的支持和资助。

由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正，对此我们表示衷心感谢。

作者

2024年3月1日