胡 杰，陳化良，劉 亮*，畢哲源，閆國闖

（1.中國兵器工業(yè)試驗測試研究院，陜西 華陰 714200；2.西安工業(yè)大學機電工程學院，西安 710021）

0 引言

近年來隨著無人機技術、人工智能、3D 打印、通信技術的突飛猛進發(fā)展，以無人機為代表的智能化集群憑借靈活性高、體系配合能力強、低成本作戰(zhàn)等特點，快速進入各國軍事機構的視野并在軍事領域逐步應用。無人機協(xié)同作戰(zhàn)是指多架無人機將各自的作戰(zhàn)資源和空間占位整合，充分利用各自優(yōu)勢協(xié)同完成作戰(zhàn)任務，是未來戰(zhàn)場上作戰(zhàn)主要的模式。采用蜂群形式進行協(xié)同作戰(zhàn)，既能發(fā)揮單機性能，又能相互支援，形成群體作戰(zhàn)能力；同時蜂群所具有的多機協(xié)同、多目標攻擊能力，可以使每個單體同時有效地對多個目標實施攻擊，提高我方作戰(zhàn)效能、生存率及對敵機的殺傷概率。在正式執(zhí)行作戰(zhàn)任務之前，需要對作戰(zhàn)實施方案進行整體效能評估，為無人機蜂群作戰(zhàn)提供理論指導的同時為作戰(zhàn)決策者提供作戰(zhàn)方案，進而有效提高協(xié)同作戰(zhàn)執(zhí)行任務的成功率。針對作戰(zhàn)效能評估的方法比較多，主要包括ADC 效能模型法、人工神經網絡、層次分析法等方法。其中，ADC 效能模型法適應于評估系統(tǒng)單項性能，對于復雜系統(tǒng)評估計算過程比較繁瑣；人工神經網絡自組織和自學習性較好，但需要大量的實驗數據不斷進行訓練，對于新興的蜂群作戰(zhàn)來講，目前仍不成熟；相對于以上兩種方法，層析分析法將系統(tǒng)的效能評估問題進行分解組合，形成自上而下的逐層支配的層次關系，將決策思維過程數學化，將繁雜的數學問題簡單化，思路清晰，簡單易行，同時可以利用專家以前積累的經驗，是目前作戰(zhàn)效能評估的一種簡單、實用、有效的評估方法。

目前現有的對無人蜂群作戰(zhàn)效能評估的研究成果還相對較少，均不能完整的體現出無人機蜂群作戰(zhàn)的特點，所建立的作戰(zhàn)效能評估體系還不夠全面，不夠系統(tǒng)，針對單機作戰(zhàn)性能考核的多，集群整體作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)指標之間的相互關系以及作戰(zhàn)影響因子權重研究的相對較少。因此，研究無人機集群的作戰(zhàn)效能，對未來無人機的作戰(zhàn)模式和引領未來戰(zhàn)爭形態(tài)有著非常重要的意義。本文通過對無人機蜂群作戰(zhàn)特點進行深入研究分析，影響無人機蜂群作戰(zhàn)效能重點集中在飛行能力、突防能力、探測能力、火力控制、戰(zhàn)場適應性等5 個方面，提出了基于層次分析法的無人機蜂群作戰(zhàn)效能評估方法，綜合考慮影響作戰(zhàn)效能的影響，為無人機蜂群作戰(zhàn)效能評估提供了一種科學合理的評估方法。

1 效能評估指標體系

無人機蜂群作戰(zhàn)主要是利用規(guī)模與互補效應，克服單機個體不足，實現集群目標最大化，從而達到1+1＞2 的效果。結合協(xié)同偵察、協(xié)同打擊、協(xié)同突防、區(qū)域拒止等典型作戰(zhàn)任務場景，分析單體和組群之間的相互關聯(lián)，建立以飛行能力、突防能力、探測能力、火控能力以及環(huán)境適應性等5 個指標的效能評估指標體系。其中，群體以最快速度，搭載不同任務載荷的飛行能力，是實現快速作戰(zhàn)任務部署的基礎；突防能力是單體能否適應戰(zhàn)場環(huán)境的具體體現；探測性能和火控能力互為依存，只有早發(fā)現、探得準、瞄得遠、攜彈量大、彈種多、打得準才能達到作戰(zhàn)目的；戰(zhàn)場適應性是對集群目標適應長機被摧毀、信息中斷等多變的戰(zhàn)場環(huán)境的一種綜合能力考核。

對于無人機蜂群作戰(zhàn)效能，綜合考慮其單機自身性能以及整體聯(lián)合作戰(zhàn)能力，構建以飛行能力、突防能力、探測能力、火控能力以及環(huán)境適應性等5個方面為主要考核指標的效能評估體系。其中，飛行能力包括：速度、升限、作戰(zhàn)半徑、續(xù)航時間、任務載荷等5 個核心指標；突防能力包括：隱身性能、突防戰(zhàn)術、超低空飛行能力、高空飛行能力、干擾載荷能力等5 個核心指標；探測能力包括：定位精度、目標發(fā)現概率、探測范圍、全天候能力等4 個核心指標；火控能力包括：火力多樣性、命中概率、打擊精度、載彈量等4 個核心指標；戰(zhàn)場適應性包括：戰(zhàn)場存活率、去中心化程度、編隊重構能力等3 個核心指標。通過以上分析，利用對非定量事件做定量分析的層次分析法，來構建無人蜂群作戰(zhàn)效能評估指標體系，具體分為目標層-準則層-子準則層的層次結構，如圖1 所示。

圖1 無人機蜂群作戰(zhàn)效能評估指標體系圖

2 效能評估模型

2.1 無人機蜂群作戰(zhàn)總體效能

根據層次分析法，無人機蜂群作戰(zhàn)總體效能評

2.2 蜂群飛行能力評估模型

2.3 蜂群突防能力評估模型

建立單架無人機的突防能力指標評估模型如式（5）：

2.4 蜂群探測性能評估模型

2.5 蜂群火控能力評估模型

2.6 蜂群戰(zhàn)場適應性評估模型

2.7 效能評估模型權重系數確定

根據層次分析法中的1-9 尺度和專家經驗，建立準則層5 個因素的成對比較矩陣P。其中，P表示飛行能力；P表示突防能力；P表示探測能力；P表示火力控制能力；P表示戰(zhàn)場適應性。則可以得到判斷矩陣P 如下：

3 數值計算方法

3.1 飛行測試

本項目采用3 種成熟機型構建無人機編隊，A為典型四旋翼無人機，只攜帶偵察載荷，僅能實現單一的偵察。該類型無人機以大疆精靈4 為代表；B為電動垂直起降固定翼，可同時攜帶偵察載荷和火力打擊單元，兼顧偵察和打擊能力。該類型無人機以傲世候鳥無人機（X-swift）為代表；C 為油動固定翼無人機，只攜帶火力打擊單元，以快速打擊為終極目的。該類型無人機以大白科技DB-2 無人機為代表，具體機型參數如表1 所示。

表1 典型機型

由3 種不同類型無人機構成5 機編隊，來實現特定綜合場景作戰(zhàn)任務。該項目未考慮單一機型組群的極端情況，每種方案均包含所有機型，具體無人機編隊配置方案有以下5 種，如表2 所示。

表2 無人機編隊方案

經過實際飛行測試作戰(zhàn)效果優(yōu)劣排名如下：方案3＞方案2＞方案4＞方案1＞方案5。

3.2 作戰(zhàn)效能驗證

根據以上無人機蜂群作戰(zhàn)的編隊設計方案，采用上述效能評估模型，利用層次分析法，對每種機型的21 項性能指標進行分析，結果如下頁表3 所示。

表3 無人機性能指標

編隊設計 方案1 方案2 方案3方案4方案5作戰(zhàn)性能 1.494 3 1.513 6 1.532 9 1.509 5 1.486 0

將3 種機型的21 項作戰(zhàn)性能指標結合無人機編隊方案，利用無人機蜂群作戰(zhàn)總體效能評估指標數學模型計算，得出：方案3＞方案2＞方案4＞方案1＞方案5，具體分值如表4 所示。

以上結果表明AHP 多層次分析法計算結果與實際飛行一致，該評估模型能夠滿足異構無人機蜂群的作戰(zhàn)效能評估。具體分析如下：

方案1 和方案5 效能較低，主要由于機型配置不合理，導致整體效能偏低。方案1 偵察能力強但打擊能力弱，方案5 相反打擊能力強而偵察能力弱，可適用于比較極端的單一場景。方案2、3、4 中機型分配較為均衡，其作戰(zhàn)效能屬于較高層級。說明3 種方案的適應性較強。放到本次考核場景中，由于貼近實戰(zhàn)化，目標隱蔽性強，難于偵察，數量適中。方案3 能獲得最大效能，表明在異構編隊配置中，方案3 的整體偵察和打擊能力較均衡，更符合需求。

4 結論

1）無人機蜂群作戰(zhàn)作為一種改變未來戰(zhàn)爭形態(tài)的作戰(zhàn)形式，研究蜂群作戰(zhàn)效能評估方法具有重大而深遠的意義。

2）本文研究提出的作戰(zhàn)效能評估指標體系，能反映現階段無人蜂群作戰(zhàn)效能的因素和特征，基于層次分析法給出的評估方法具有較強的實用性，不僅能夠為無人機蜂群作戰(zhàn)提供理論基礎，而且能為作戰(zhàn)決策者提供作戰(zhàn)配置方案。

3）本文建立的效能評估模型以及參數的設置還有待結合實戰(zhàn)任務進一步的驗證和完善，從而使評估算法更客觀、真實反映無人蜂群作戰(zhàn)效能。