智能无人机群体作战效能评估指标体系研究∗

齐智敏 张海林 伊 山 陈 敏

（军事科学院评估论证研究中心 北京 100091）

1 引言

人工智能技术、大数据、云计算、量子通信等新一代智能与通信技术的迅猛发展，加速推动智能无人系统从概念设想向武器装备的转化。未来智能化战争中，具备“自主适应、自主决策、自主行动”能力的智能无人机群体将成为重要的作战力量。世界各军事强国均已将智能无人机群体作战作为重要研究方向，以美国为例，美军围绕智能无人机集群相关技术，开展多项重点研究项目，主要包括；低成本无人机集群项目LOCUST，蜂群微型无人机项目Perdix山鹑、侦察与电子战无人机群小精灵Gremlins项目、一次性近战隐蔽微型无人机蝉项目、进攻性集群战术项目OFFSET等。研究领域涉及智能无人机的软硬件、协同战术、自主通信、释放与回收等方方面面，形成了较为完善的智能无人机研究体系，并已由理论研究转向实物实验和实战运用。如何科学评价无人系统集群实物实验和实战运用效果，即智能无人机群体作战效能评估，就显得尤为重要。因此，如何构建智能无人机群体作战效能评估指标体系成为亟需解决的现实问题之一。

近几年，国内也逐渐开始重视智能无人机群体作战效能评估研究，取得了多项研究成果。文献［1］围绕对地攻击型无人机群协同作战问题，引入了多机协同效能影响因子表示多载荷之间的影响关系，构建了效能影响模型，研究了以任务载荷为变量的无人机群的协同作战效能计算模型。文献［2］建立了对敌攻击型无人机作战效能评估指标体系，在此基础上建立了综合指标模型，完善了效能模型中的各分项能力。文献［3］基于OODA环分析了无人机协同作战各阶段的效能影响因素，设计了一套无人机协同作战效能评估体系与模型，并对模型进行了验证。文献［4］针对无人机空地作战效能评估问题，提出了基于自适应粒子群算法优化反向传播神经网络的无人机空地作战效能评估方法，对空地作战效能评估的主要影响因素进行了分析，总结了无人机空地作战效能评估指标体系。文献［5］以经典ADC模型为基础，考虑了保障度和突防因素，提出了适合体系作战条件下侦察无人机作战效能评估改进模型，建立了作战效能评估指标体系。以上论文均从不同角度研究和论述了无人机和无人机集群作战效能评估的指标和方法，但都是从各自角度和需求出发，着眼部分能力要素，缺乏系统性标准化的指标体系支撑。本文将在分析未来智能无人机群体作战需求和特点的基础上，研究构建一套通用的效能评估指标体系架构，为智能无人机群体效能的科学评估提供理论基础。

2 智能无人机群体作战概述

2.1 智能无人机群体定义

智能无人机群体是指由一定数量，具备一定智能的单功能或多功能无人机共同组成的，能够自主适应、自主决策、自主协同的分布式无人系统集合。

2.2 智能无人机群体作战特点

一是化整为零，分散风险和能力，增强了整体的稳定性、鲁棒性和生存能力。智能无人机群通常由大量成本相对较低廉，功能单一的中小型无人机构成，具有“无中心”和“自主协同”等能力特性，呈分布式运行特点，集群中的个体并不依赖于某个实际存在的、特定的节点来运行，不会因为几个个体出现不确定的状况而影响全局。在对抗过程中，当部分个体失去作战能力时，整个无人机群仍可继续执行任务，保证了集群的抗毁能力，从而减少了由于部分无人机受到打击而造成的损失。另外，目前的常规武器，对无人机集群的杀伤能力较弱，因此整个系统具有更强的稳定性和鲁棒性，群体的生存能力强。

二是化零为整，先分布后聚合，实现1+1＞2的智能涌现和能力倍增。无人机群体通过相互之间实时的网络化信息沟通，建立完善的数据共享体系，群体成员之间能够无障碍的实时共享各种信息，包括战场环境信息、敌情、我情、群体内部成员情况信息等。通过自主协同和自主决策等智能技术，使群体成员能够做到根据共享信息自动协调，步调一致，形成有利阵型。并能根据统一的态势，分布决策，智能反应，对各类战场突发情况进行智能应急处理。利用无人机群庞大的分布式数据分析与处理能力，打造一个共同的“大脑”，确保整个系统高效运转，战时根据情况可进行自主判断、自主决策是否进攻、何时、何种方式进攻等，从而实现1+1＞2的智能涌现和作战能力倍增。

2.3 智能无人机群体典型作战任务样式

智能无人机群体利用其作战特点，可实现单一无人机或其他武器系统难以实现的新型作战任务样式，为未来智能化作战注入新的活力。针对不同的作战任务，智能无人机群体作战效能评估将会受不同因素的影响和作用，形成不同的评估指标和评估标准等［6］，因此，明确作战任务是作战效能评估指标体系构建的前提和基础。

1）抵近立体持续侦察

智能无人机群体可充分利用群内成员低、小、慢的飞行特点，避开敌方雷达侦察网络，深入敌纵深地域展开针对重点目标的抵近侦察。利用数量优势，携带多种类侦察设备，形成可见光、红外、雷达立体侦察态势，并可运用“集体智慧”，将多角度态势信息融合，形成多元、立体、全面的战场态势图［10］。利用集群灵活移动、动态组合的优势，对多个目标进行不间断跟踪监视，分析评估目标变化情况，维持对敌重点目标的持续侦察。

2）全方位饱和攻击

智能无人机群体可携带不同类型的载荷和弹药，同时抵达敌目标区域，对敌方陆地、海上、空中或网络等作战域的目标，实施全方位、多层次的饱和攻击，瞬间使敌目标遭受立体式攻击。行动灵活机动，配置组合随意，针对不同性质的目标，可随时改变组合方式，配置成最适合的打击群，执行单一武器无法实施的瞬时饱和攻击任务，完成目标打击任务［7］。

3）联合战术欺骗

利用群体成员价格低廉、灵活机动的优势，执行战术欺骗和掩护任务。借鉴贝卡谷地战役中无人机的典型应用方式，运用无人机群体模拟战斗机，充当开路先锋，引诱敌侦察设备开机，同时执行侦察任务，确定敌侦察设备位置信息，必要时甚至可直接执行自杀式攻击，为后续任务的开展提供支持。

4）协同保障

利用载荷种类数量多的特点，智能无人机群体还可担任多种类型的保障任务，如通信中继、忠诚僚机等。多架群体成员携带通信设备，即可在空中灵活组成通信网络，为地面提供通信中继服务，且可根据通信容量需求，随时增减无人机数量。或可作为忠诚僚机，分散火力，为有人机提供掩护，亦可携带电子干扰设备或者箔条，对敌雷达等侦察设备实施干扰、压制、欺骗等，为有人机制造即时优势窗口，提高有人机执行打击、突防等任务中的生存率。

3 智能无人机群体作战效能评估指标体系架构

智能无人机群体作战效能指智能无人机群体完成作战任务的能力。群体作战效能并不是单体效能的简单相加，更要体现出群体之间的智能涌现、群体协同和效能倍增的特点。作战效能是一个较为泛化的概念，结合具体的作战任务，可以将其细化为不同任务效能，多种任务效能综合成为作战效能［9］。

智能无人机群体作为复杂系统，其在作战中受作战任务、作战环境条件、群构成条件、平台能力条件等诸多因素影响，以及群体本身所具备和表现出来的能力的不确定性，决定了智能无人机群体作战效能不再是一个简单的值或一个点。传统的二维体系架构无法支撑群体作战效能的评估，为充分反映智能无人机群的整体作战效能和相关影响因素，提出智能无人机群体作战效能空间概念。智能无人机群体作战效能空间是将作战效能表达为多个值或点的集合，即表征为一个曲面或一个空间集。用三维立体空间模式，表示智能无人机群体在执行多种不同的作战任务中效能值的集合。而表达一次特定作战任务中智能无人机集群的效能值的集合即为任务效能，多次任务效能共同构成作战效能空间。

智能无人机群体作战效能空间示意图如1所示。智能无人机群体作战效能空间由智能无人机群体能力、作战条件变量、群体条件变量三个维度构成。其中，智能无人机群体能力维度由集群中单平台能力和群体间协同能力相关要素构成，平台能力主要是指由无人机自身条件决定的基本能力要素。协同能力表示平台间的相互协同的水平，是群体效能涌现的体现。群体条件变量是无人机群体作战效能评估的特殊要素，是对群体效能有影响的集群相关要素的集合。作战条件变量是影响无人机群体作战效能的相关作战条件要素的集合。群体条件变量和作战条件变量从不同的维度，作用于无人机群体能力，引起群体能力的变化，同时三者共同构成基于作战任务的，智能无人机群体作战效能空间。

图1 智能无人机群体作战效能空间示意图

4 智能无人机群体作战效能评估指标体系

4.1 智能无人机集群作战效能指标选择要求

效能指标作为智能无人机群体执行某次作战任务有效程度的评价标准，对研究无人机群体作战运用极为关键［11］，若选用不恰当的效能指标将会得出错误的结论。美国军事运筹研究学家莱博维茨（M.L.Leibowiz）指出，效能指标“类似于一种道德原则，单凭推理是不可能确定某种道德原则是否正确的。我们必须进行价值判断，必须凭‘感觉’行事”。因此，选择恰当的智能无人机群体作战效能评估指标往往需要运筹专业人员与指挥决策人员共同协商，反复推敲［8］。一般应符合以下要求。

1）针对性

效能评估指标应该针对研究的特定问题，表示完成相应军事任务的真实能力。智能无人机群体作战效能评估应首先确定无人机集群的作战行动，不仅需要反映出任务的特征，还需要描述无人机完成任务的程度，然后根据完成相应作战行动任务的要求选定效能指标。

2）敏感性

效能评估指标应对智能无人机群体条件、作战任务变量和无人机群体能力参数相当敏感，能够依据效能指标评估智能无人机集群作战运用效果或确定集群性能要求。

3）可用性

效能评估指标在对无人机群体作战效能进行定量分析时起着至关重要的作用，选取的效能评估指标应在智能无人机群体作战运用中具有明确的物理意义，可利用模型求解，便于计算，并可用试验方法进行评估。

4.2 智能无人机群体能力维度指标

智能无人机群体能力主要包括平台能力、协同能力两部分。平台能力主要反映单个无人机平台的固有能力。平台能力分解为多个基础能力要素如基本性能、环境适应力、数据通信能力、生存能力、侦察能力、电子对抗能力、打击能力等。通过平台基础能力要素相互之间组合，可表示不同作战任务下的任务能力。如，基本性能+生存能力+环境适应能力+通信能力+电子对抗能力可组成突防任务能力，基本性能+生存能力+环境适应能力+通信能力+侦察能力可组成单一侦察任务能力，基本性能+生存能力+环境适应能力+打击能力可组成单一攻击任务能力等［12］。随着任务的复杂化，影响任务能力的相关指标要素就更多。对于不同的任务，每种基础能力要素的重要程度也不相同，实际评估过程中，需根据任务实际，确定各能力要素的权重。

群体协同能力是无人机群体特有的指标，反映的是群体之间相互配合、协同感知、判断、决策和行动的整体能力，是支撑无人系统群体智能涌现的要素集合，反映了群体能力大于单体简单相加的内在机理。包括态势感知能力、判断决策能力、通信支撑能力、群体控制管理能力等。

智能无人机群体能力维度指标见图2。

图2 智能无人机群体能力指标体系

4.3 智能无人机群体作战任务变量维度指标

图3 智能无人机群体作战任务变量指标

智能无人机群体作战任务条件变量表示集群执行一次作战任务时，作战任务相关的具体影响要素。针对不同作战任务特点，分为作战任务复杂度和作战环境复杂度两部分。从作战任务本身的复杂程度和作战环境两个方面，全面解析影响智能无人群体作战效能的外部条件变量。

4.4 智能无人机群体条件变量维度

群体条件变量是对群体作战效能有影响的群体相关要素的集合，包括群体之间的协同战术战法、群无人机数量、群的载荷配置、群任务规划水平、无人机平台的智能水平等。

三个维度的影响要素相互耦合，共同作用，构成智能无人机群体完成一次特定作战任务的作战效能空间。在作战效能三维体系框架支持下，可展开智能无人机群体作战效能、影响要素间关系、群体协同能力系数等问题的深入研究，为智能无人机群体作战效能评估奠定了基础。

图4 智能无人机群体群条件变量指标

5 结语

针对智能无人机群体作战效能评估指标构建问题，运用效能空间概念，从智能无人机群体能力、作战任务变量和群条件变量三个维度，构建了群体作战效能评估的三维体系框架，逐一分析了三个维度的影响要素和指标，形成了通用的智能无人群体作战效能评估体系，解决了对于智能无人机群体效能评估缺乏系统性标准化的指标体系支撑的问题，为建立智能无人机群体作战效能评估模型，深化研究效能评估方法提供了重要支撑。

后续研究中，将在统一的评估指标体系框架下，创新研究以下内容：一是三维体系框架下，针对不同作战任务，研究智能无人机群体作战效能评估模型的构建。二是在群能力维度，研究如何运用群体协同能力系数，表示无人机群体效能涌现机理。三是研究适用于智能无人机群体作战效能评估的方法和手段等。构建一套完善的智能无人机群效能评估理论体系，为提升未来智能无人机群体作战能力提供理论支撑。