无人机蜂群作战效能评估研究*

胡 杰，陈化良，刘 亮*，毕哲源，闫国闯

（1.中国兵器工业试验测试研究院，陕西 华阴 714200；2.西安工业大学机电工程学院，西安 710021）

0 引言

近年来随着无人机技术、人工智能、3D 打印、通信技术的突飞猛进发展，以无人机为代表的智能化集群凭借灵活性高、体系配合能力强、低成本作战等特点，快速进入各国军事机构的视野并在军事领域逐步应用。无人机协同作战是指多架无人机将各自的作战资源和空间占位整合，充分利用各自优势协同完成作战任务，是未来战场上作战主要的模式。采用蜂群形式进行协同作战，既能发挥单机性能，又能相互支援，形成群体作战能力；同时蜂群所具有的多机协同、多目标攻击能力，可以使每个单体同时有效地对多个目标实施攻击，提高我方作战效能、生存率及对敌机的杀伤概率。在正式执行作战任务之前，需要对作战实施方案进行整体效能评估，为无人机蜂群作战提供理论指导的同时为作战决策者提供作战方案，进而有效提高协同作战执行任务的成功率。针对作战效能评估的方法比较多，主要包括ADC 效能模型法、人工神经网络、层次分析法等方法。其中，ADC 效能模型法适应于评估系统单项性能，对于复杂系统评估计算过程比较繁琐；人工神经网络自组织和自学习性较好，但需要大量的实验数据不断进行训练，对于新兴的蜂群作战来讲，目前仍不成熟；相对于以上两种方法，层析分析法将系统的效能评估问题进行分解组合，形成自上而下的逐层支配的层次关系，将决策思维过程数学化，将繁杂的数学问题简单化，思路清晰，简单易行，同时可以利用专家以前积累的经验，是目前作战效能评估的一种简单、实用、有效的评估方法。

目前现有的对无人蜂群作战效能评估的研究成果还相对较少，均不能完整的体现出无人机蜂群作战的特点，所建立的作战效能评估体系还不够全面，不够系统，针对单机作战性能考核的多，集群整体作战效能、作战指标之间的相互关系以及作战影响因子权重研究的相对较少。因此，研究无人机集群的作战效能，对未来无人机的作战模式和引领未来战争形态有着非常重要的意义。本文通过对无人机蜂群作战特点进行深入研究分析，影响无人机蜂群作战效能重点集中在飞行能力、突防能力、探测能力、火力控制、战场适应性等5 个方面，提出了基于层次分析法的无人机蜂群作战效能评估方法，综合考虑影响作战效能的影响，为无人机蜂群作战效能评估提供了一种科学合理的评估方法。

1 效能评估指标体系

无人机蜂群作战主要是利用规模与互补效应，克服单机个体不足，实现集群目标最大化，从而达到1+1＞2 的效果。结合协同侦察、协同打击、协同突防、区域拒止等典型作战任务场景，分析单体和组群之间的相互关联，建立以飞行能力、突防能力、探测能力、火控能力以及环境适应性等5 个指标的效能评估指标体系。其中，群体以最快速度，搭载不同任务载荷的飞行能力，是实现快速作战任务部署的基础；突防能力是单体能否适应战场环境的具体体现；探测性能和火控能力互为依存，只有早发现、探得准、瞄得远、携弹量大、弹种多、打得准才能达到作战目的；战场适应性是对集群目标适应长机被摧毁、信息中断等多变的战场环境的一种综合能力考核。

对于无人机蜂群作战效能，综合考虑其单机自身性能以及整体联合作战能力，构建以飞行能力、突防能力、探测能力、火控能力以及环境适应性等5个方面为主要考核指标的效能评估体系。其中，飞行能力包括：速度、升限、作战半径、续航时间、任务载荷等5 个核心指标；突防能力包括：隐身性能、突防战术、超低空飞行能力、高空飞行能力、干扰载荷能力等5 个核心指标；探测能力包括：定位精度、目标发现概率、探测范围、全天候能力等4 个核心指标；火控能力包括：火力多样性、命中概率、打击精度、载弹量等4 个核心指标；战场适应性包括：战场存活率、去中心化程度、编队重构能力等3 个核心指标。通过以上分析，利用对非定量事件做定量分析的层次分析法，来构建无人蜂群作战效能评估指标体系，具体分为目标层-准则层-子准则层的层次结构，如图1 所示。

图1 无人机蜂群作战效能评估指标体系图

2 效能评估模型

2.1 无人机蜂群作战总体效能

根据层次分析法，无人机蜂群作战总体效能评

2.2 蜂群飞行能力评估模型

2.3 蜂群突防能力评估模型

建立单架无人机的突防能力指标评估模型如式（5）：

2.4 蜂群探测性能评估模型

2.5 蜂群火控能力评估模型

2.6 蜂群战场适应性评估模型

2.7 效能评估模型权重系数确定

根据层次分析法中的1-9 尺度和专家经验，建立准则层5 个因素的成对比较矩阵P。其中，P表示飞行能力；P表示突防能力；P表示探测能力；P表示火力控制能力；P表示战场适应性。则可以得到判断矩阵P 如下：

3 数值计算方法

3.1 飞行测试

本项目采用3 种成熟机型构建无人机编队，A为典型四旋翼无人机，只携带侦察载荷，仅能实现单一的侦察。该类型无人机以大疆精灵4 为代表；B为电动垂直起降固定翼，可同时携带侦察载荷和火力打击单元，兼顾侦察和打击能力。该类型无人机以傲世候鸟无人机（X-swift）为代表；C 为油动固定翼无人机，只携带火力打击单元，以快速打击为终极目的。该类型无人机以大白科技DB-2 无人机为代表，具体机型参数如表1 所示。

表1 典型机型

由3 种不同类型无人机构成5 机编队，来实现特定综合场景作战任务。该项目未考虑单一机型组群的极端情况，每种方案均包含所有机型，具体无人机编队配置方案有以下5 种，如表2 所示。

表2 无人机编队方案

经过实际飞行测试作战效果优劣排名如下：方案3＞方案2＞方案4＞方案1＞方案5。

3.2 作战效能验证

根据以上无人机蜂群作战的编队设计方案，采用上述效能评估模型，利用层次分析法，对每种机型的21 项性能指标进行分析，结果如下页表3 所示。

表3 无人机性能指标

编队设计 方案1 方案2 方案3方案4方案5作战性能 1.494 3 1.513 6 1.532 9 1.509 5 1.486 0

将3 种机型的21 项作战性能指标结合无人机编队方案，利用无人机蜂群作战总体效能评估指标数学模型计算，得出：方案3＞方案2＞方案4＞方案1＞方案5，具体分值如表4 所示。

以上结果表明AHP 多层次分析法计算结果与实际飞行一致，该评估模型能够满足异构无人机蜂群的作战效能评估。具体分析如下：

方案1 和方案5 效能较低，主要由于机型配置不合理，导致整体效能偏低。方案1 侦察能力强但打击能力弱，方案5 相反打击能力强而侦察能力弱，可适用于比较极端的单一场景。方案2、3、4 中机型分配较为均衡，其作战效能属于较高层级。说明3 种方案的适应性较强。放到本次考核场景中，由于贴近实战化，目标隐蔽性强，难于侦察，数量适中。方案3 能获得最大效能，表明在异构编队配置中，方案3 的整体侦察和打击能力较均衡，更符合需求。

4 结论

1）无人机蜂群作战作为一种改变未来战争形态的作战形式，研究蜂群作战效能评估方法具有重大而深远的意义。

2）本文研究提出的作战效能评估指标体系，能反映现阶段无人蜂群作战效能的因素和特征，基于层次分析法给出的评估方法具有较强的实用性，不仅能够为无人机蜂群作战提供理论基础，而且能为作战决策者提供作战配置方案。

3）本文建立的效能评估模型以及参数的设置还有待结合实战任务进一步的验证和完善，从而使评估算法更客观、真实反映无人蜂群作战效能。