齊智敏 張海林 伊 山 陳 敏

（軍事科學(xué)院評(píng)估論證研究中心 北京 100091）

1 引言

人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、量子通信等新一代智能與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，加速推動(dòng)智能無人系統(tǒng)從概念設(shè)想向武器裝備的轉(zhuǎn)化。未來智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中，具備“自主適應(yīng)、自主決策、自主行動(dòng)”能力的智能無人機(jī)群體將成為重要的作戰(zhàn)力量。世界各軍事強(qiáng)國(guó)均已將智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)作為重要研究方向，以美國(guó)為例，美軍圍繞智能無人機(jī)集群相關(guān)技術(shù)，開展多項(xiàng)重點(diǎn)研究項(xiàng)目，主要包括；低成本無人機(jī)集群項(xiàng)目LOCUST，蜂群微型無人機(jī)項(xiàng)目Perdix山鶉、偵察與電子戰(zhàn)無人機(jī)群小精靈Gremlins項(xiàng)目、一次性近戰(zhàn)隱蔽微型無人機(jī)蟬項(xiàng)目、進(jìn)攻性集群戰(zhàn)術(shù)項(xiàng)目OFFSET等。研究領(lǐng)域涉及智能無人機(jī)的軟硬件、協(xié)同戰(zhàn)術(shù)、自主通信、釋放與回收等方方面面，形成了較為完善的智能無人機(jī)研究體系，并已由理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵨飳?shí)驗(yàn)和實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用。如何科學(xué)評(píng)價(jià)無人系統(tǒng)集群實(shí)物實(shí)驗(yàn)和實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用效果，即智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估，就顯得尤為重要。因此，如何構(gòu)建智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系成為亟需解決的現(xiàn)實(shí)問題之一。

近幾年，國(guó)內(nèi)也逐漸開始重視智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估研究，取得了多項(xiàng)研究成果。文獻(xiàn)［1］圍繞對(duì)地攻擊型無人機(jī)群協(xié)同作戰(zhàn)問題，引入了多機(jī)協(xié)同效能影響因子表示多載荷之間的影響關(guān)系，構(gòu)建了效能影響模型，研究了以任務(wù)載荷為變量的無人機(jī)群的協(xié)同作戰(zhàn)效能計(jì)算模型。文獻(xiàn)［2］建立了對(duì)敵攻擊型無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上建立了綜合指標(biāo)模型，完善了效能模型中的各分項(xiàng)能力。文獻(xiàn)［3］基于OODA環(huán)分析了無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)各階段的效能影響因素，設(shè)計(jì)了一套無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)效能評(píng)估體系與模型，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)［4］針對(duì)無人機(jī)空地作戰(zhàn)效能評(píng)估問題，提出了基于自適應(yīng)粒子群算法優(yōu)化反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)空地作戰(zhàn)效能評(píng)估方法，對(duì)空地作戰(zhàn)效能評(píng)估的主要影響因素進(jìn)行了分析，總結(jié)了無人機(jī)空地作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系。文獻(xiàn)［5］以經(jīng)典ADC模型為基礎(chǔ)，考慮了保障度和突防因素，提出了適合體系作戰(zhàn)條件下偵察無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估改進(jìn)模型，建立了作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系。以上論文均從不同角度研究和論述了無人機(jī)和無人機(jī)集群作戰(zhàn)效能評(píng)估的指標(biāo)和方法，但都是從各自角度和需求出發(fā)，著眼部分能力要素，缺乏系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)體系支撐。本文將在分析未來智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)需求和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建一套通用的效能評(píng)估指標(biāo)體系架構(gòu)，為智能無人機(jī)群體效能的科學(xué)評(píng)估提供理論基礎(chǔ)。

2 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)概述

2.1 智能無人機(jī)群體定義

智能無人機(jī)群體是指由一定數(shù)量，具備一定智能的單功能或多功能無人機(jī)共同組成的，能夠自主適應(yīng)、自主決策、自主協(xié)同的分布式無人系統(tǒng)集合。

2.2 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)特點(diǎn)

一是化整為零，分散風(fēng)險(xiǎn)和能力，增強(qiáng)了整體的穩(wěn)定性、魯棒性和生存能力。智能無人機(jī)群通常由大量成本相對(duì)較低廉，功能單一的中小型無人機(jī)構(gòu)成，具有“無中心”和“自主協(xié)同”等能力特性，呈分布式運(yùn)行特點(diǎn)，集群中的個(gè)體并不依賴于某個(gè)實(shí)際存在的、特定的節(jié)點(diǎn)來運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)閹讉€(gè)個(gè)體出現(xiàn)不確定的狀況而影響全局。在對(duì)抗過程中，當(dāng)部分個(gè)體失去作戰(zhàn)能力時(shí)，整個(gè)無人機(jī)群仍可繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，保證了集群的抗毀能力，從而減少了由于部分無人機(jī)受到打擊而造成的損失。另外，目前的常規(guī)武器，對(duì)無人機(jī)集群的殺傷能力較弱，因此整個(gè)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和魯棒性，群體的生存能力強(qiáng)。

二是化零為整，先分布后聚合，實(shí)現(xiàn)1+1＞2的智能涌現(xiàn)和能力倍增。無人機(jī)群體通過相互之間實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)化信息溝通，建立完善的數(shù)據(jù)共享體系，群體成員之間能夠無障礙的實(shí)時(shí)共享各種信息，包括戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息、敵情、我情、群體內(nèi)部成員情況信息等。通過自主協(xié)同和自主決策等智能技術(shù)，使群體成員能夠做到根據(jù)共享信息自動(dòng)協(xié)調(diào)，步調(diào)一致，形成有利陣型。并能根據(jù)統(tǒng)一的態(tài)勢(shì)，分布決策，智能反應(yīng)，對(duì)各類戰(zhàn)場(chǎng)突發(fā)情況進(jìn)行智能應(yīng)急處理。利用無人機(jī)群龐大的分布式數(shù)據(jù)分析與處理能力，打造一個(gè)共同的“大腦”，確保整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，戰(zhàn)時(shí)根據(jù)情況可進(jìn)行自主判斷、自主決策是否進(jìn)攻、何時(shí)、何種方式進(jìn)攻等，從而實(shí)現(xiàn)1+1＞2的智能涌現(xiàn)和作戰(zhàn)能力倍增。

2.3 智能無人機(jī)群體典型作戰(zhàn)任務(wù)樣式

智能無人機(jī)群體利用其作戰(zhàn)特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)單一無人機(jī)或其他武器系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的新型作戰(zhàn)任務(wù)樣式，為未來智能化作戰(zhàn)注入新的活力。針對(duì)不同的作戰(zhàn)任務(wù)，智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估將會(huì)受不同因素的影響和作用，形成不同的評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等［6］，因此，明確作戰(zhàn)任務(wù)是作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建的前提和基礎(chǔ)。

1）抵近立體持續(xù)偵察

智能無人機(jī)群體可充分利用群內(nèi)成員低、小、慢的飛行特點(diǎn)，避開敵方雷達(dá)偵察網(wǎng)絡(luò)，深入敵縱深地域展開針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的抵近偵察。利用數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，攜帶多種類偵察設(shè)備，形成可見光、紅外、雷達(dá)立體偵察態(tài)勢(shì)，并可運(yùn)用“集體智慧”，將多角度態(tài)勢(shì)信息融合，形成多元、立體、全面的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖［10］。利用集群靈活移動(dòng)、動(dòng)態(tài)組合的優(yōu)勢(shì)，對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行不間斷跟蹤監(jiān)視，分析評(píng)估目標(biāo)變化情況，維持對(duì)敵重點(diǎn)目標(biāo)的持續(xù)偵察。

2）全方位飽和攻擊

智能無人機(jī)群體可攜帶不同類型的載荷和彈藥，同時(shí)抵達(dá)敵目標(biāo)區(qū)域，對(duì)敵方陸地、海上、空中或網(wǎng)絡(luò)等作戰(zhàn)域的目標(biāo)，實(shí)施全方位、多層次的飽和攻擊，瞬間使敵目標(biāo)遭受立體式攻擊。行動(dòng)靈活機(jī)動(dòng)，配置組合隨意，針對(duì)不同性質(zhì)的目標(biāo)，可隨時(shí)改變組合方式，配置成最適合的打擊群，執(zhí)行單一武器無法實(shí)施的瞬時(shí)飽和攻擊任務(wù)，完成目標(biāo)打擊任務(wù)［7］。

3）聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)欺騙

利用群體成員價(jià)格低廉、靈活機(jī)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)欺騙和掩護(hù)任務(wù)。借鑒貝卡谷地戰(zhàn)役中無人機(jī)的典型應(yīng)用方式，運(yùn)用無人機(jī)群體模擬戰(zhàn)斗機(jī)，充當(dāng)開路先鋒，引誘敵偵察設(shè)備開機(jī)，同時(shí)執(zhí)行偵察任務(wù)，確定敵偵察設(shè)備位置信息，必要時(shí)甚至可直接執(zhí)行自殺式攻擊，為后續(xù)任務(wù)的開展提供支持。

4）協(xié)同保障

利用載荷種類數(shù)量多的特點(diǎn)，智能無人機(jī)群體還可擔(dān)任多種類型的保障任務(wù)，如通信中繼、忠誠(chéng)僚機(jī)等。多架群體成員攜帶通信設(shè)備，即可在空中靈活組成通信網(wǎng)絡(luò)，為地面提供通信中繼服務(wù)，且可根據(jù)通信容量需求，隨時(shí)增減無人機(jī)數(shù)量。或可作為忠誠(chéng)僚機(jī)，分散火力，為有人機(jī)提供掩護(hù)，亦可攜帶電子干擾設(shè)備或者箔條，對(duì)敵雷達(dá)等偵察設(shè)備實(shí)施干擾、壓制、欺騙等，為有人機(jī)制造即時(shí)優(yōu)勢(shì)窗口，提高有人機(jī)執(zhí)行打擊、突防等任務(wù)中的生存率。

3 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系架構(gòu)

智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能指智能無人機(jī)群體完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力。群體作戰(zhàn)效能并不是單體效能的簡(jiǎn)單相加，更要體現(xiàn)出群體之間的智能涌現(xiàn)、群體協(xié)同和效能倍增的特點(diǎn)。作戰(zhàn)效能是一個(gè)較為泛化的概念，結(jié)合具體的作戰(zhàn)任務(wù)，可以將其細(xì)化為不同任務(wù)效能，多種任務(wù)效能綜合成為作戰(zhàn)效能［9］。

智能無人機(jī)群體作為復(fù)雜系統(tǒng)，其在作戰(zhàn)中受作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境條件、群構(gòu)成條件、平臺(tái)能力條件等諸多因素影響，以及群體本身所具備和表現(xiàn)出來的能力的不確定性，決定了智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的值或一個(gè)點(diǎn)。傳統(tǒng)的二維體系架構(gòu)無法支撐群體作戰(zhàn)效能的評(píng)估，為充分反映智能無人機(jī)群的整體作戰(zhàn)效能和相關(guān)影響因素，提出智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間概念。智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間是將作戰(zhàn)效能表達(dá)為多個(gè)值或點(diǎn)的集合，即表征為一個(gè)曲面或一個(gè)空間集。用三維立體空間模式，表示智能無人機(jī)群體在執(zhí)行多種不同的作戰(zhàn)任務(wù)中效能值的集合。而表達(dá)一次特定作戰(zhàn)任務(wù)中智能無人機(jī)集群的效能值的集合即為任務(wù)效能，多次任務(wù)效能共同構(gòu)成作戰(zhàn)效能空間。

智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間示意圖如1所示。智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間由智能無人機(jī)群體能力、作戰(zhàn)條件變量、群體條件變量三個(gè)維度構(gòu)成。其中，智能無人機(jī)群體能力維度由集群中單平臺(tái)能力和群體間協(xié)同能力相關(guān)要素構(gòu)成，平臺(tái)能力主要是指由無人機(jī)自身?xiàng)l件決定的基本能力要素。協(xié)同能力表示平臺(tái)間的相互協(xié)同的水平，是群體效能涌現(xiàn)的體現(xiàn)。群體條件變量是無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估的特殊要素，是對(duì)群體效能有影響的集群相關(guān)要素的集合。作戰(zhàn)條件變量是影響無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能的相關(guān)作戰(zhàn)條件要素的集合。群體條件變量和作戰(zhàn)條件變量從不同的維度，作用于無人機(jī)群體能力，引起群體能力的變化，同時(shí)三者共同構(gòu)成基于作戰(zhàn)任務(wù)的，智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間。

圖1 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能空間示意圖

4 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

4.1 智能無人機(jī)集群作戰(zhàn)效能指標(biāo)選擇要求

效能指標(biāo)作為智能無人機(jī)群體執(zhí)行某次作戰(zhàn)任務(wù)有效程度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究無人機(jī)群體作戰(zhàn)運(yùn)用極為關(guān)鍵［11］，若選用不恰當(dāng)?shù)男苤笜?biāo)將會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。美國(guó)軍事運(yùn)籌研究學(xué)家萊博維茨（M.L.Leibowiz）指出，效能指標(biāo)“類似于一種道德原則，單憑推理是不可能確定某種道德原則是否正確的。我們必須進(jìn)行價(jià)值判斷，必須憑‘感覺’行事”。因此，選擇恰當(dāng)?shù)闹悄軣o人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)往往需要運(yùn)籌專業(yè)人員與指揮決策人員共同協(xié)商，反復(fù)推敲［8］。一般應(yīng)符合以下要求。

1）針對(duì)性

效能評(píng)估指標(biāo)應(yīng)該針對(duì)研究的特定問題，表示完成相應(yīng)軍事任務(wù)的真實(shí)能力。智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估應(yīng)首先確定無人機(jī)集群的作戰(zhàn)行動(dòng)，不僅需要反映出任務(wù)的特征，還需要描述無人機(jī)完成任務(wù)的程度，然后根據(jù)完成相應(yīng)作戰(zhàn)行動(dòng)任務(wù)的要求選定效能指標(biāo)。

2）敏感性

效能評(píng)估指標(biāo)應(yīng)對(duì)智能無人機(jī)群體條件、作戰(zhàn)任務(wù)變量和無人機(jī)群體能力參數(shù)相當(dāng)敏感，能夠依據(jù)效能指標(biāo)評(píng)估智能無人機(jī)集群作戰(zhàn)運(yùn)用效果或確定集群性能要求。

3）可用性

效能評(píng)估指標(biāo)在對(duì)無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能進(jìn)行定量分析時(shí)起著至關(guān)重要的作用，選取的效能評(píng)估指標(biāo)應(yīng)在智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)運(yùn)用中具有明確的物理意義，可利用模型求解，便于計(jì)算，并可用試驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)估。

4.2 智能無人機(jī)群體能力維度指標(biāo)

智能無人機(jī)群體能力主要包括平臺(tái)能力、協(xié)同能力兩部分。平臺(tái)能力主要反映單個(gè)無人機(jī)平臺(tái)的固有能力。平臺(tái)能力分解為多個(gè)基礎(chǔ)能力要素如基本性能、環(huán)境適應(yīng)力、數(shù)據(jù)通信能力、生存能力、偵察能力、電子對(duì)抗能力、打擊能力等。通過平臺(tái)基礎(chǔ)能力要素相互之間組合，可表示不同作戰(zhàn)任務(wù)下的任務(wù)能力。如，基本性能+生存能力+環(huán)境適應(yīng)能力+通信能力+電子對(duì)抗能力可組成突防任務(wù)能力，基本性能+生存能力+環(huán)境適應(yīng)能力+通信能力+偵察能力可組成單一偵察任務(wù)能力，基本性能+生存能力+環(huán)境適應(yīng)能力+打擊能力可組成單一攻擊任務(wù)能力等［12］。隨著任務(wù)的復(fù)雜化，影響任務(wù)能力的相關(guān)指標(biāo)要素就更多。對(duì)于不同的任務(wù)，每種基礎(chǔ)能力要素的重要程度也不相同，實(shí)際評(píng)估過程中，需根據(jù)任務(wù)實(shí)際，確定各能力要素的權(quán)重。

群體協(xié)同能力是無人機(jī)群體特有的指標(biāo)，反映的是群體之間相互配合、協(xié)同感知、判斷、決策和行動(dòng)的整體能力，是支撐無人系統(tǒng)群體智能涌現(xiàn)的要素集合，反映了群體能力大于單體簡(jiǎn)單相加的內(nèi)在機(jī)理。包括態(tài)勢(shì)感知能力、判斷決策能力、通信支撐能力、群體控制管理能力等。

智能無人機(jī)群體能力維度指標(biāo)見圖2。

圖2 智能無人機(jī)群體能力指標(biāo)體系

4.3 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)任務(wù)變量維度指標(biāo)

圖3 智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)任務(wù)變量指標(biāo)

智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)任務(wù)條件變量表示集群執(zhí)行一次作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，作戰(zhàn)任務(wù)相關(guān)的具體影響要素。針對(duì)不同作戰(zhàn)任務(wù)特點(diǎn)，分為作戰(zhàn)任務(wù)復(fù)雜度和作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜度兩部分。從作戰(zhàn)任務(wù)本身的復(fù)雜程度和作戰(zhàn)環(huán)境兩個(gè)方面，全面解析影響智能無人群體作戰(zhàn)效能的外部條件變量。

4.4 智能無人機(jī)群體條件變量維度

群體條件變量是對(duì)群體作戰(zhàn)效能有影響的群體相關(guān)要素的集合，包括群體之間的協(xié)同戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、群無人機(jī)數(shù)量、群的載荷配置、群任務(wù)規(guī)劃水平、無人機(jī)平臺(tái)的智能水平等。

三個(gè)維度的影響要素相互耦合，共同作用，構(gòu)成智能無人機(jī)群體完成一次特定作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)效能空間。在作戰(zhàn)效能三維體系框架支持下，可展開智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能、影響要素間關(guān)系、群體協(xié)同能力系數(shù)等問題的深入研究，為智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

圖4 智能無人機(jī)群體群條件變量指標(biāo)

5 結(jié)語

針對(duì)智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)構(gòu)建問題，運(yùn)用效能空間概念，從智能無人機(jī)群體能力、作戰(zhàn)任務(wù)變量和群條件變量三個(gè)維度，構(gòu)建了群體作戰(zhàn)效能評(píng)估的三維體系框架，逐一分析了三個(gè)維度的影響要素和指標(biāo)，形成了通用的智能無人群體作戰(zhàn)效能評(píng)估體系，解決了對(duì)于智能無人機(jī)群體效能評(píng)估缺乏系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)體系支撐的問題，為建立智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估模型，深化研究效能評(píng)估方法提供了重要支撐。

后續(xù)研究中，將在統(tǒng)一的評(píng)估指標(biāo)體系框架下，創(chuàng)新研究以下內(nèi)容：一是三維體系框架下，針對(duì)不同作戰(zhàn)任務(wù)，研究智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估模型的構(gòu)建。二是在群能力維度，研究如何運(yùn)用群體協(xié)同能力系數(shù)，表示無人機(jī)群體效能涌現(xiàn)機(jī)理。三是研究適用于智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)效能評(píng)估的方法和手段等。構(gòu)建一套完善的智能無人機(jī)群效能評(píng)估理論體系，為提升未來智能無人機(jī)群體作戰(zhàn)能力提供理論支撐。