姜進晶，汪民樂，汪江鵬

(火箭軍工程大學(xué)， 西安 710025)

無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)是陸軍遠程火力打擊的重要作戰(zhàn)樣式，探索兩者協(xié)同作戰(zhàn)的效能評估對推進炮兵新質(zhì)力量融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系、提高部隊實戰(zhàn)化訓(xùn)練水平以及完善武器裝備作戰(zhàn)效能評估理論體系都具有十分重要意義[1]。縱觀已閱讀的文獻，從無人機協(xié)同炮兵作戰(zhàn)的研究現(xiàn)狀看，技術(shù)性能方面關(guān)于無人機和遠程火箭炮兩種武器裝備的研究較多，成果豐碩,戰(zhàn)術(shù)運用方面對無人機協(xié)同火炮作戰(zhàn)的協(xié)同方法、協(xié)同流程、協(xié)同安全研究也比較多，但效能評估研究工作仍大都局限于單一武器系統(tǒng)層面，缺乏對兩者協(xié)同作戰(zhàn)的整體效能研究。因此，本文基于ADC效能評估模型，綜合運用模糊綜合評判和層次分析法，動態(tài)評估與靜態(tài)評估相結(jié)合，對無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能進行評估。

1 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)軍事概念描述

1.1 無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)的需求性分析

遠程火箭炮具有射程遠、威力大、機動性強等特點，在戰(zhàn)場上主要擔(dān)負(fù)遠距離火力打擊任務(wù)。運用炮兵傳統(tǒng)偵察手段保障遠程火箭炮作戰(zhàn)主要存在以下局限性：一是看不遠，傳統(tǒng)炮兵偵察手段偵察縱深比較有限，夜間偵察縱深更淺，晝間看不遠、夜間看不見問題較為普遍，與遠程火箭炮作戰(zhàn)的大縱深偵察需求差距較大,需要構(gòu)建空地一體、遠近結(jié)合的偵察配系，打通偵察盲區(qū)。二是辨不清，遠程火箭炮打擊目標(biāo)大都位于敵縱深內(nèi)，傳統(tǒng)炮兵偵察手段受偵察縱深地形、不良天候以及夜間等條件影響，導(dǎo)致戰(zhàn)場透明度不高，目標(biāo)辨識度不夠，嚴(yán)重影響指揮員的戰(zhàn)場判斷和決策指揮,需要充分融合光學(xué)、雷達、紅外等多種偵察方式減少制約因素，消除偵察死角。三是評不快，傳統(tǒng)炮兵偵察手段難以實施有效的戰(zhàn)場態(tài)勢監(jiān)視，尤其對視距外目標(biāo)打擊，毀傷評估不及時、不準(zhǔn)確，需要整合優(yōu)化情報處理力量，建立動態(tài)目標(biāo)狀態(tài)監(jiān)控體系，實時獲取目標(biāo)狀態(tài)，評估毀傷效果，提高遠程火箭炮打擊效能。戰(zhàn)場需求決定作戰(zhàn)手段運用。無人機作為陸軍新型偵察裝備具有看得遠、辨得清、效得準(zhǔn)等特點[2]。運用無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)可以實現(xiàn)由無人機對作戰(zhàn)地域進行大縱深、多方位、高精度、全天候的偵察監(jiān)控，能有效解決遠程火箭炮火力遠程火力打擊過程中目標(biāo)搜索定位、戰(zhàn)場態(tài)勢觀察、毀傷效果評估等現(xiàn)實難題。

1.2 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)體系構(gòu)成

構(gòu)建無人機協(xié)同下的遠程火箭炮作戰(zhàn)體系實質(zhì)是依托無人機系統(tǒng)構(gòu)建“偵、控、打、評”閉合回路，整個作戰(zhàn)體系主要由情報偵察、指揮控制、火力打擊、整體防護、綜合保障等分系統(tǒng)組成[3]。情報偵察分系統(tǒng)著眼保障遠程火箭炮大縱深、全天候偵察任務(wù)的需求，構(gòu)建以無人機系統(tǒng)為主體的“開放式”偵察評估要素，綜合運用無人機、雷達、特種偵察，形成空地一體、遠近結(jié)合的偵察配系，實現(xiàn)偵察的大范圍、無死角。指揮控制分系統(tǒng)作為作戰(zhàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是進行作戰(zhàn)指揮的大腦。無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)基于指揮信息系統(tǒng)，重點突出與無人機系統(tǒng)戰(zhàn)場信息的實時傳輸、分發(fā)及利用，構(gòu)建“一鍵式”指揮控制要素，實現(xiàn)動中實時輔助科學(xué)籌劃、戰(zhàn)中快速精確組織協(xié)同、打中協(xié)調(diào)控制作戰(zhàn)行動。火力打擊分系統(tǒng)作為核心作戰(zhàn)力量，是進行遂行火力打擊任務(wù)的主體，主要由遠程火箭炮以及配套的各類火箭彈組成。整體防護分系統(tǒng)的任務(wù)是采取有效措施手段，防敵偵察監(jiān)視、火力打擊、以及電磁攻擊等破壞行動，達到保存自己的目的。綜合保障分系統(tǒng)任務(wù)包括作戰(zhàn)保障、裝備保障和后勤保障，主要是提供及時有效的氣象保障、測地保障、技術(shù)保障、維修保障以及物資保障、衛(wèi)勤保障，保證戰(zhàn)斗的連續(xù)性和持續(xù)性。

1.3 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)流程分析

無人機分隊配屬給遠程火箭炮分隊后，遠程火箭炮分隊向其介紹有關(guān)敵我態(tài)勢和火力打擊任務(wù)，確定協(xié)同方式，隨后區(qū)分技術(shù)陣地和發(fā)射陣地展開戰(zhàn)斗準(zhǔn)備。作戰(zhàn)中，無人機飛抵目標(biāo)區(qū)域上空并傳輸電視圖像，當(dāng)?shù)孛婵刂普景l(fā)現(xiàn)打擊目標(biāo)后，立即向無人機發(fā)出指令，控制無人機在打擊目標(biāo)上空盤旋，對目標(biāo)進行定位，將目標(biāo)情報數(shù)據(jù)(坐標(biāo)、特征、幅員等)傳輸上報作戰(zhàn)指揮所，指揮所對目標(biāo)信息進行分析處理，決定目標(biāo)射擊諸元，確定彈藥消耗量及射擊方法，并向下達遠程火箭炮陣地下達射擊命令。遠程火箭炮發(fā)射后，無人機觀察炸點，并將目標(biāo)毀傷情況反饋給指揮所，指揮所根據(jù)無人機反饋信息，評估毀傷效果，確定是否對目標(biāo)進行二次打擊[4]。根據(jù)無人機協(xié)同條件下遠程火箭炮作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)特點，其作戰(zhàn)效能體現(xiàn)在實施遠程火力突擊的全過程中，協(xié)同作戰(zhàn)主要事件和時間節(jié)點如圖1所示。

圖1 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)組織流程框圖

2 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建

影響武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能主要包括：系統(tǒng)性能、作戰(zhàn)適用性、固有能力、作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)效果等因素，在實際效能評估中，依據(jù)評估目標(biāo)不同，可選用上述因素中的一個或幾個因素組合來表示武器系統(tǒng)效能[5]。依據(jù)對無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)體系構(gòu)成、作戰(zhàn)流程的分析，考慮到全面評價武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的需求以及評估的可操作性，本文采取“作戰(zhàn)能力”+“作戰(zhàn)適用性”的模式作為作戰(zhàn)系統(tǒng)效能的綜合指標(biāo)[6]。首先通過對作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)適用性的分解得到初步的指標(biāo)體系，然后通過專家咨詢進一步優(yōu)化指標(biāo)體系，最終構(gòu)建的評估指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系框圖

從本質(zhì)上看，這種指標(biāo)體系構(gòu)建的方法，充分借鑒了美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會WSEIAC提出的ADC(Availability，Dependability,Capability)效能評估計算模型。其中，作戰(zhàn)能力就是C，作戰(zhàn)適用性則包含了可用性A和可信性D。該模型綜合考慮了作戰(zhàn)系統(tǒng)的可用性、可信性和作戰(zhàn)能力，把這三大要素有效組合成一個表示作戰(zhàn)系統(tǒng)總效能的量度，將作戰(zhàn)系統(tǒng)的效能評估與具體的作戰(zhàn)任務(wù)結(jié)合起來，能夠以定量指標(biāo)反映完成既定作戰(zhàn)任務(wù)的情況。

3 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估模型

3.1 作戰(zhàn)系統(tǒng)的可用性模型

無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)由多個分系統(tǒng)組成，每一個分系統(tǒng)又由多個武器單元構(gòu)成，整個作戰(zhàn)系統(tǒng)復(fù)雜而龐大。其中，情報偵察分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)、火力打擊分系統(tǒng)與武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能“強相關(guān)”，即：在一般情況下，如果任一子系統(tǒng)不能工作，則整個系統(tǒng)就不能正常工作[7]。本文為了研究方便，在評估作戰(zhàn)效能時，對系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)進行簡化，不考慮綜合保障系統(tǒng)、防護系統(tǒng)的影響，將作戰(zhàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)抽象為如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

1) 作戰(zhàn)系統(tǒng)的初始狀態(tài)分析

無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)時，通常由1架無人機協(xié)同保障一個遠程火箭炮群，圖4作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括無人機為主的情報偵察分系統(tǒng)，指揮控制分系統(tǒng)、以及n門遠程火箭炮組成的火力打擊分系統(tǒng)，整個結(jié)構(gòu)中包含串聯(lián)和并聯(lián)兩種模式。顯然，除了結(jié)構(gòu)精簡優(yōu)化是不夠的，整個作系統(tǒng)的狀態(tài)種類和評估計算數(shù)據(jù)依然很龐大，所以，在情況合理，且不影響評估科學(xué)性的前提下，作如下假設(shè)：

① 無人機系統(tǒng)不可用時，作戰(zhàn)系統(tǒng)處于降級使用狀態(tài)，即：整個作戰(zhàn)過程中，至少有一種偵察手段始終能保障遠程火箭炮射擊；

② 至少有1門遠程火箭炮可用，則火力打擊分系統(tǒng)正常使用；

③ 假設(shè)各分系統(tǒng)及武器單元只有正常(Normal)和故障(Failure)兩種情況[8]。

綜上所述，本文將整個作戰(zhàn)系統(tǒng)分為正常使用、降級使用和系統(tǒng)故障3種狀態(tài)，根據(jù)可用性的定義，列出整個作戰(zhàn)系統(tǒng)狀態(tài)，如表1所示。

表1 無人協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)系統(tǒng)狀態(tài)

2) 作戰(zhàn)系統(tǒng)的可用性向量分析

當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)確定后，若分系統(tǒng)及各武器單元在開始執(zhí)行任務(wù)時能得到及時維修，則可用性取決于武器系統(tǒng)的可靠性和維修性，因此，無人機的可用度aw、指揮控制系統(tǒng)可用度ak、遠程火箭炮可用度ay，分別為：

(1)

(2)

(3)

式中：MTBFi為平均無故障工作的時間；MTTRi為平均修復(fù)的時間；λ為系統(tǒng)故障率；μ為系統(tǒng)修復(fù)率。

如表1所示，在開始執(zhí)行任務(wù)時，系統(tǒng)的X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8八種狀態(tài)構(gòu)成了整個武器系統(tǒng)所有可能的狀態(tài)樣本空間，即：A=[e1，e2，e3，e4，e5，e6，e7，e8]，將系統(tǒng)的在開始時的8種狀態(tài)按照同類狀態(tài)歸并進行約減，則可用性向量為：A=(a1,a2,a3),式中a1、a2、a3分別代表正常、降級、故障3種狀態(tài)，且a1=e1,a2=32,a3=1-a1-a2。

3.2 作戰(zhàn)系統(tǒng)的可信性模型

為了研究方便，結(jié)合無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)運用的實際，對研究內(nèi)容作如下假設(shè)：

1) 作戰(zhàn)系統(tǒng)各分系統(tǒng)及武器單元的狀態(tài)只區(qū)分為正常和故障，由于采用機動射擊戰(zhàn)術(shù)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，在一定作戰(zhàn)時間內(nèi)無法修復(fù)；

2) 無人機偵察系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)故障概率密度函數(shù)均服從指數(shù)分布[9]。

3.3 作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力模型

作戰(zhàn)能力是無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估的一項重要內(nèi)容?？v觀已閱文獻，ADC模型能力向量C在能力指標(biāo)體系建立以及能力指標(biāo)之間相關(guān)系用求積還是求和關(guān)系式表示沒有給出一個比較規(guī)范、統(tǒng)一的模型，文獻[10-13]利用層次分析法和模糊綜合評判法構(gòu)建了能力向量C的評價模型；文獻[14]采用層次分析法加權(quán)求和的方式計算了能力向量C。對于火炮武器系統(tǒng)在利用ADC模型進行效能評估時，通常建立發(fā)現(xiàn)概率模型、命中概率模型、毀傷概率模型，經(jīng)過求積計算得到綜合性能指標(biāo)，這種方法的出發(fā)點是將火炮作戰(zhàn)能力規(guī)定為對目標(biāo)的火力打擊能力[15-16]。本文研究的是無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估，如果系統(tǒng)作戰(zhàn)能力向量C用傳統(tǒng)概率求積方法計算，存在以下3點不足：一是由于系統(tǒng)的綜合能力不僅包含火力打擊能力，還包括生存能力、指揮控制能力、綜合保障能力，因此用傳統(tǒng)概率模型方法評價系統(tǒng)能力不夠全面；二是計算結(jié)果不能充分反映無人機對遠程火箭作戰(zhàn)能力的影響，尤其是對偵、控、打、評、保等作戰(zhàn)體系要素的影響；三是各項概率值的計算大都以一定條件設(shè)定作為前提，難以得到準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)作為支撐，所以計算結(jié)果缺乏廣泛性和可用性?；谏鲜龇治?，本文對能力向量C建模的思路是：首先利用層次分析法，計算無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)體系各層指標(biāo)相對權(quán)重，然后模糊綜合評判相關(guān)理論，分別計算定量和定性指標(biāo)的隸屬度向量，最后選擇合適的合成算子計算得出綜合能力。關(guān)于層次分析法與模糊綜合評判法的介紹文獻資料比較多，在此不做贅述[17]。

4 無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能評估實踐

假設(shè)某型無人機協(xié)同遠程火箭炮群(12門)作戰(zhàn)，作戰(zhàn)時間持續(xù)4 h，各分系統(tǒng)及武器單元的MTBF和MTTR，如表2所示[18]。

表2 各分系統(tǒng)及武器單元的MTBF和MTTR

1) 可用性向量A的計算

無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)，系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時共有正常、降級、故障3種狀態(tài)，其可用性向量表示為：A=(a1,a2,a3)。根據(jù)表2各分系統(tǒng)及武器單元的平均故障時間和平均修復(fù)時間，由式(1)～式(3)，可得作戰(zhàn)系統(tǒng)可用性向量為：

A=(a1,a2,a3)=(0.976 6, 0.009 9, 0.135)

2) 可信性矩陣D的計算

3) 作戰(zhàn)能力向量C的計算

為了保證評估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本文邀請10名專家進行咨詢，他們分別為炮兵旅指揮員3名、機關(guān)作訓(xùn)參謀2名、作戰(zhàn)分隊指揮員3名、院校及科研單位專家2名。

① 層次分析法計算權(quán)重

利用層次分析法，對作戰(zhàn)能力評估準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各組成因素的進行權(quán)重計算，整理得出指標(biāo)體系權(quán)重如表3所示。

表3 指標(biāo)體系各指標(biāo)權(quán)重

② 作戰(zhàn)能力模糊綜合評估

根據(jù)系統(tǒng)3種狀態(tài)，作戰(zhàn)能力C為3×1的矩陣，即：C=[C1,C2,C3]T。其中，C1為作戰(zhàn)系統(tǒng)正常時的作戰(zhàn)能力；C2為無人機故障，作戰(zhàn)系統(tǒng)處于降級使用時的作戰(zhàn)能力；C3為系統(tǒng)故障時的作戰(zhàn)能力，且C3=0。因此，只需分別求解系統(tǒng)正常使用和降級使用時的綜合能力。由表1可知，正常使用和降級使用的區(qū)別在于無人機是否正常工作，即：只需區(qū)分無人機協(xié)同和無人機系統(tǒng)故障兩種情況，對遠程火箭炮作戰(zhàn)能力進行評價。

本文采用算子M(·,⊕)進行模糊算法的復(fù)合運算，評語等級量化向量為V=(0.95，0.85，0.75，0.65，0.3)。利用模糊層次分析法得出作戰(zhàn)能力各分能力和綜合能力分別為：

1) 作戰(zhàn)能力各分能力得分值，如表4所示。

表4 作戰(zhàn)能力各分能力得分值

通過對比系統(tǒng)作戰(zhàn)各分能力數(shù)據(jù)，可以得到圖4。

圖4 系統(tǒng)作戰(zhàn)能力各分能力

2) 當(dāng)系統(tǒng)處于正常使用狀態(tài)時,系統(tǒng)作戰(zhàn)能力為：

C1=A·VT=(0.37,0.39,0.15,0.06,0.03)·

3) 當(dāng)系統(tǒng)處于降級使用狀態(tài)時，即無人機故障，系統(tǒng)作戰(zhàn)能力為：

C2=A·VT=(0.22,0.36,0.34,0.05,0.03)·

綜上所述，作戰(zhàn)系統(tǒng)能力向量C=[C1,C2,C3]=[0.843 5,0.761 5,0]

5 結(jié)論

1) 無人機協(xié)同，作戰(zhàn)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，作戰(zhàn)能力值為0.843 5，處于良好水平；當(dāng)無人機系統(tǒng)故障，作戰(zhàn)系統(tǒng)處于降級使用狀態(tài)時，作戰(zhàn)能力值為0.761 5，處于一般水平，前者比后者綜合作戰(zhàn)能力提高了約10.7%，說明無人機協(xié)同下，遠程火箭炮綜合作戰(zhàn)能力得到顯著提升。

2) 無人機協(xié)同條件下，作戰(zhàn)系統(tǒng)目標(biāo)獲取能力、火力打擊能力、戰(zhàn)場防護能力有了明顯提升；但同時增加了作戰(zhàn)系統(tǒng)指揮控制與綜合保障的難度。

3) 無人機協(xié)同時，在考慮到整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的可用性和可信性之后，當(dāng)作戰(zhàn)系統(tǒng)連續(xù)工作4 h，無人機協(xié)同下遠程火箭炮作戰(zhàn)效能為0.815，處于良好水平。

4) 無人機協(xié)同遠程火箭炮作戰(zhàn)是目前戰(zhàn)役炮兵現(xiàn)有裝備的最佳組合，能夠最大限度地發(fā)揮兩種武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。