張 宇，郭齊勝，樊延平

（1.陸軍裝甲兵學院演訓中心北京 100072；2.航天工程大學宇航科學與技術系，北京 101416）

0 引言

發(fā)揮地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的智能自主特征，適應復雜多變的戰(zhàn)場對抗環(huán)境，根據(jù)任務性質，靈活運用分布式、集群化、點穴式或接觸式精確作戰(zhàn)，成為智能化時代陸戰(zhàn)場取得戰(zhàn)場勝利的重要基礎［1］。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、類腦計算等技術的不斷發(fā)展成熟，地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將進一步拓展人類的能力半徑，增強人類的智能算力，突破人類的生理極限，進入作戰(zhàn)人員無法進入的危地險境或承擔惡劣、危險條件下的作戰(zhàn)任務［2］，顛覆著陸戰(zhàn)場對抗模式和制勝機理。近年來，以美國和俄羅斯為代表，先后研制了多款不同作戰(zhàn)用途的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)并投入了戰(zhàn)場，特別是2015 年12 月俄羅斯在敘利亞戰(zhàn)場首次將“平臺-M”履帶式無人戰(zhàn)車、“阿爾戈”輪式兩棲無人戰(zhàn)車兩款武裝型地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)投入戰(zhàn)場，并取得了出人意料的作戰(zhàn)效果，讓全世界各國軍隊深刻地認識到了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要價值及其發(fā)展的迫切性［3］。與美俄相比，我國地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，發(fā)展地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的緊迫感更加突出。隨著地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)關鍵技術的不斷突破，未來一段時間內地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展態(tài)勢。當前，作為一種新的陸戰(zhàn)作戰(zhàn)裝備，如何確保地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠適應未來的戰(zhàn)場對抗需要、達到預期的作戰(zhàn)效果，就成為地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展建設中必須解決的關鍵問題。為此，本文聚焦地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能試驗評估問題，以地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力需求為牽引，強化未來戰(zhàn)場地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)運用對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗與評估的引導作用，提出一種基于能力的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估方法，為解決新型地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能鑒定提供方法支撐。

1 總體框架

針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)型號新、研究應用實踐少的特點，采用基于能力的試驗評估理念，以地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力構想為核心，以地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)概念創(chuàng)新設計為牽引，聚焦地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能生成規(guī)律，構建地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估總體框架，明確地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估的主要內容和關鍵技術，將具有更強的針對性和有效性。總體框架如圖1 所示。

圖1 基于能力的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估框架

作戰(zhàn)概念設計、作戰(zhàn)效能試驗、作戰(zhàn)效能評估形成了一個聚焦頂層能力需求的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估環(huán)路，突出頂層能力需求對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展建設的指導作用，通過作戰(zhàn)概念的不斷迭代優(yōu)化、作戰(zhàn)效能試驗的反復測試驗證和作戰(zhàn)效能評估的持續(xù)綜合評價，能夠有效回答地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)“未來怎么用”、“作戰(zhàn)效能試驗怎么試”、“作戰(zhàn)效能如何評”等關鍵問題，并為有效回答地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)“管用”問題提供了明確的方法路徑。

2 作戰(zhàn)概念設計

2.1 主要內容

以頂層能力需求為依據(jù)，結合地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的使命任務、功能用途和典型適應環(huán)境，對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)“打什么仗”、“怎么打仗”等問題進行前瞻性探究和創(chuàng)新性設計［4］，明確地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)對手威脅、裝備要素構成、力量編組方式、作戰(zhàn)運用方法和預期作戰(zhàn)效果，是作戰(zhàn)概念設計的基本任務。其主要內容及相互關系如圖2 所示。

圖2 地面無人作戰(zhàn)下傳統(tǒng)作戰(zhàn)概念設計內容及關系

作戰(zhàn)概念具有鮮明的不確定性和探索性，通常應廣泛采用頭腦風暴、專家論證、邏輯演繹、運籌計算、仿真分析等多種方法，進行設計與驗證［5］。

2.2 設計原則

智能自主性是地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)各種作戰(zhàn)能力的核心，也是地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)概念設計的重點，應有針對性地開展主動設計［6］。

1）變革力量體系形態(tài)。小型、分布、一體是智能化時代地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)運用的主要組織形態(tài)。小型是指地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的體型往往較小，行動比較靈活；分布是指參與作戰(zhàn)的各類武器裝備相對分散地部署在作戰(zhàn)地域的不同位置，戰(zhàn)場密度大大降低，而不是傳統(tǒng)的兵力集結模式；一體是指分散部署在不同地域的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，以信息網絡為支撐，具有顯著的自組織和自協(xié)同能力，能夠實現(xiàn)作戰(zhàn)力量體系的一體聯(lián)動和整體運用。

2）強化自主能力運用。自主能力是地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)作戰(zhàn)裝備的主要特征［7］，也是地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)在廣譜戰(zhàn)場環(huán)境中完成各種極難險重任務的根本保證，是作戰(zhàn)概念創(chuàng)新的本質要求，也是作戰(zhàn)概念創(chuàng)新的重心所在。由于自主能力水平的不同，在創(chuàng)新地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力運用方法時，要從作戰(zhàn)任務的角度出發(fā)，合理開展與有人武器裝備的協(xié)同運用創(chuàng)新，有機融合有人武器裝備與地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢能力，實現(xiàn)“1+1＞2”的能力聚合效果。

3）創(chuàng)新破敵制勝模式。破敵制勝模式在不同的時代有本質的區(qū)別，機械化時代以消耗戰(zhàn)和大規(guī)模毀傷為主要特征，信息化時代以獲取信息優(yōu)勢為基礎進而實現(xiàn)快速、精確打擊為主要特征，智能化、無人化時代則更加突出認知優(yōu)勢和決策優(yōu)勢。因此，在創(chuàng)新地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)概念時，在繼承傳統(tǒng)的“火力+信息”的精確作戰(zhàn)模式的基礎上，要緊緊圍繞小型靈活、分散部署、抵近行動、整體運用的特征，從觀察-判斷-決策-打擊鏈、情報-指揮-火力網、目標-資源-效果等方面創(chuàng)新具體的運用方式［8］。

4）聚焦效能釋放途徑。區(qū)別于機械化時代的效能疊加和信息化時代的網絡聚能特征，智能化時代以人工智能算法為支撐的認知優(yōu)勢，成為作戰(zhàn)效能相變的核心因子和變革地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能產生機理的關鍵變量。在地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)概念創(chuàng)新時，要緊緊圍繞認知優(yōu)勢可能對精準釋能模式的優(yōu)化或“破窗”作用，重構地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)運用的作戰(zhàn)效能產生路徑，重組地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)運用流程，重塑陸戰(zhàn)場有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)新形態(tài)。

3 作戰(zhàn)效能試驗

傳統(tǒng)的裝備作戰(zhàn)試驗以實裝試驗為主。隨著仿真技術的不斷發(fā)展成熟，虛擬試驗、虛擬結合試驗成為實裝試驗的重要補充，為解決實裝試驗中力量規(guī)模偏小、對抗環(huán)境不真實等問題提供了新的解決手段。目前，廣泛采用實裝試驗、仿真試驗和實裝仿真結合試驗，已經成為裝備作戰(zhàn)效能試驗的基本方式。考慮到地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的漸進性及其與作戰(zhàn)效能試驗的同步性，地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗，應根據(jù)地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展階段采取不同的試驗組織實施方式，如圖3 所示。

圖3 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗方式

從地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展及運用要求看，實裝仿真結合試驗可能會成為有效鑒定地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的主要途徑，其總體流程如圖4 所示。

圖4 實裝仿真結合試驗總體流程

1）試驗方案驗證優(yōu)化。發(fā)揮仿真試驗系統(tǒng)試驗條件設置靈活、試驗計算可重復、試驗資源節(jié)約的優(yōu)勢，對制定的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗方案進行驗證分析，重點圍繞作戰(zhàn)效能試驗方案中涉及的試驗科目、試驗方法和試驗流程等展開驗證分析，確保作戰(zhàn)效能試驗方案的合理性和可行性。同時，還可以利用仿真試驗系統(tǒng)對試驗方案中關鍵參數(shù)進行因子分析，以確定更加合理的試驗方案［7］。

2）平行試驗執(zhí)行。以優(yōu)化后的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗方案為輸入，綜合采用實裝試驗和仿真試驗兩種手段，開展實裝試驗系統(tǒng)和仿真試驗系統(tǒng)的平行試驗。由實裝試驗獲取的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)術技術性能指標數(shù)據(jù)、確定性任務指標數(shù)據(jù)，導入仿真試驗系統(tǒng)作為仿真試驗系統(tǒng)的基礎參數(shù)；由仿真試驗系統(tǒng)根據(jù)試驗進程和科目預測試驗的具體戰(zhàn)場環(huán)境和敵我兵力布勢，并對武器裝備的狀態(tài)及其相互作用的隨機性指標、綜合性指標進行預測分析，作為設置實裝試驗后續(xù)科目的重要依據(jù)［8］。

3）試驗數(shù)據(jù)采集整理。綜合采用多種方法，對由實裝試驗系統(tǒng)和虛擬試驗系統(tǒng)獲取的試驗數(shù)據(jù)，進行綜合分析和處理，形成裝備作戰(zhàn)效能試驗指標數(shù)據(jù)方案［9］。

4 作戰(zhàn)效能評估

4.1 作戰(zhàn)效能評估指標體系框架設計

按照基于感知、決策、行動作戰(zhàn)環(huán)路的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能生成模式，區(qū)分功能分系統(tǒng)、系統(tǒng)和體系3 個層次，可構建包括功能領域效能、單體綜合效能、集群作戰(zhàn)效能和有人無人協(xié)同作戰(zhàn)效能4 類作戰(zhàn)效能的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標體系框架，如圖5 所示。

圖5 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標體系框架

1）系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標體系。區(qū)分功能領域作戰(zhàn)效能和系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能2 個層次，分別構建地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的感知作戰(zhàn)效能、決策作戰(zhàn)效能、行動作戰(zhàn)效能和整體作戰(zhàn)效能指標體系。

2）集群作戰(zhàn)效能指標體系。突出“網聯(lián)效應”對偵察感知網、指揮決策網、行動控制網結構重組和效能釋放的支撐作用，體現(xiàn)集群中地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自適應、自組織和敏捷協(xié)同特征，區(qū)分功能領域作戰(zhàn)效能和系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能2 個層次，分別構建地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的感知作戰(zhàn)效能、決策作戰(zhàn)效能、行動作戰(zhàn)效能和整體作戰(zhàn)效能指標體系。

3）有人/無人協(xié)同編組作戰(zhàn)效能指標體系。以有人/無人協(xié)同編組的智能增強、精確感知和敏捷行動需求為牽引，聚焦有人/無人協(xié)同整體效益，重點圍繞協(xié)同感知、決策融合、臨境行動和即時共享等指標構建作戰(zhàn)效能指標體系。

4.2 作戰(zhàn)效能評估設計

遵循新生事物從簡單到復雜、從個體到網絡的人類認知過程［10］，針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)“有什么用”、“怎么運用”、“能否融入體系”，以及“人機協(xié)同效果如何”等問題，按照作戰(zhàn)用途、實戰(zhàn)運用、融入體系和人機協(xié)同4 個層次，分別設計地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估的總體目標、評估模型和分析方法，如圖6 所示。

圖6 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估設計框架

首先，人們需要認識地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)用途，并通過一定的方法手段進行確認，形成作戰(zhàn)用途評估議題；爾后，當人們認識到地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)價值后，便會提出地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的使用問題，即在戰(zhàn)場上應如何運用地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)才能有效發(fā)揮其作用，涉及到地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的編組運用問題，形成編組運用評估議題；然后，一旦確認地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠適應戰(zhàn)場需要并發(fā)揮較大或廣闊的作戰(zhàn)價值后，便會提出如何將這一新型陸戰(zhàn)裝備融入陸戰(zhàn)武器裝備體系、全軍武器裝備體系或典型戰(zhàn)斗裝備體系的問題，進一步明確地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)在整個裝備體系中的地位和作用，形成使命定位評估議題；最后，針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的“無人智能自主”運用的特征，進一步提出地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)與有人武器系統(tǒng)或作戰(zhàn)人員協(xié)同作用的問題，進而形成人機協(xié)同運用評估的議題。

4.3 評估分析模型

在不同層次的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估中，評估分析模型主要包括末端指標分析、指標權重計算、評估計算聚合以及結果分析等內容。其中，評估計算聚合和結果分析又是地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估的關鍵。

4.3.1 評估計算聚合模型

遵行直觀、易操作的原則，可主要采用加權和方法或加權積方法為基礎構建評估模型。

4.3.2 結果分析模型

為從多個維度反映地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能水平，應根據(jù)地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的運用情況，采用“雙層-多維-動態(tài)”分析策略，主要包括以下4 類模型。

1）雙層多維對比分析

應按照系統(tǒng)和功能分系統(tǒng)2 個層次，將系統(tǒng)整體效能應與功能領域作戰(zhàn)效能評估結果進行綜合分析，分析模型如圖7 所示。

圖7 雙層多維對比分析模型示例

①在哪些評估方案中地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合效能更佳，是否意味著該評估方案能夠更有利于地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)用途。

②在不同的評估方案中，感知、決策、行動等領域作戰(zhàn)效能的水平與系統(tǒng)整體效能水平是否正相關，即領域作戰(zhàn)效能較高則系統(tǒng)整體效能也越好，反之亦然。

2）多維動態(tài)對比分析

按照地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)運用的不同階段，分別研究不同階段感知、決策和行動效能的動態(tài)變化過程，如圖8 所示。

圖8 多維動態(tài)分析模型示例

通過對不同作戰(zhàn)過程感知、決策和行動效能的對比分析，可以幫助作戰(zhàn)試驗評估或鑒定人員回答以下問題：

①地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的感知、決策或行動功能分別在哪些作戰(zhàn)階段可以得到更好的發(fā)揮。

②在不同階段地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的釋放與該階段的主要作戰(zhàn)任務是否匹配。

3）系統(tǒng)整體效能的雙層比較分析

系統(tǒng)整體效能包括任務效能和運行效能2 個方面，分別表征了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成任務的程度和效率，兩者之間并不存在必然的正相關關系，即任務效能高不一定運行效能高，運行效能低也不一定任務效能就必然低。在關注系統(tǒng)整體效能的同時，關注系統(tǒng)的任務效能和運行效能，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)整體效能整體和局部2 個層面的綜合分析，有利于實現(xiàn)對系統(tǒng)整體效能的總體把握，可采用如下頁圖9 所示的模型進行分析。

圖9 系統(tǒng)整體效能的雙層比較分析模型示例

4）ADA 作戰(zhàn)周期分析

以單體地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)整體運用為基礎，以典型作戰(zhàn)目標的感知、決策和行動為核心，選擇相同種類或不同種類的若干典型作戰(zhàn)目標，構建面向目標的感知、決策和行動作戰(zhàn)周期模型。作戰(zhàn)周期分析模型中，將目標首次發(fā)現(xiàn)時間作為作戰(zhàn)周期分析的起點，在感知階段主要關注目標首次識別時間、目標信息首次發(fā)送時間；在決策階段主要關注列為作戰(zhàn)目標時間、形成目標行動計劃時間、行動指令發(fā)出時間；在行動階段主要關注行動實施開始時間；由上述各時間參數(shù)形成的作戰(zhàn)周期模型如圖10 所示。

圖10 ADA 作戰(zhàn)周期模型

由圖中可知，感知時間Ta=ta3-ta1，決策時間Td=td3-ta3，行動時間Td=tc-td3，對目標的完整作戰(zhàn)周期T=Ta+Td+Tc。

5 結論

以能力構想為核心，以作戰(zhàn)概念為牽引，開展地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估，能夠有效解決地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)這一新型裝備“打什么仗”、“怎么打仗”和“達到何種作戰(zhàn)效果”等問題，是指導地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)貼近使命任務，開展實戰(zhàn)化條件下的作戰(zhàn)效能試驗評估的有效方法。由于地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的新穎性以及作戰(zhàn)運用的復雜性，形成基于能力的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗評估能力，還需要在地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)運用模式創(chuàng)新、仿真試驗環(huán)境構建和指標體系細化方面繼續(xù)深化研究。