察打一體型無人直升機作戰效能分析方法研究

賁亮亮 石 磊

（中航工業直升機設計研究所，景德鎮 333001）

察打一體型無人直升機同時具有偵察能力和攻擊能力，可以在深入敵區偵察的同時對敵方目標進行攻擊，從而明顯縮短對敵方目標的“殺傷鏈周期”，實現“發現即摧毀”，這種作戰方式必將對以后的戰爭模式及武器裝備研制產生巨大的影響。而要有效地使用察打一體型無人直升機，做好察打一體型無人直升機的作戰效能評估是必要前提，因此，對察打一體型無人直升機的作戰效能進行研究是十分必要的。

國內外現已對有人直升機的作戰效能評估進行了大量的研究，而對于察打一體型無人直升機作戰效能的研究尚處于起步階段，尚未有明確的指標體系及系統的方法準則。本文在軍用直升機作戰效能評估研究方法的基礎上，結合察打一體型無人直升機的作戰特點及使用環境等因素，建立了一套適合察打一體型無人直升機的作戰效能評估指標體系，并據此建立了其作戰效能的評估準則和數學模型，最后運用建立的模型對“火力偵察兵MQ-8B”型和“火力偵察兵MQ-8C”型兩種察打一體型無人直升機的作戰效能進行了計算比較，以驗證評估模型的有效性。

1 察打一體型無人直升機作戰效能評估指標體系設計

ADC模型是目前應用最為廣泛的系統效能模型之一，其將可靠性、綜合性和固有能力等指標效能綜合為可用性、可信性、固有能力3個綜合指標效能[1]。ADC模型的表達式為：

式中，E為作戰效能，A為可用度，D為可信度，C為作戰能力。

本文的研究對象是察打一體型無人直升機，其使用環境一直處在敵方積極對抗的條件下，而對抗環境對察打一體型無人直升機的作戰效能也有很大影響，因此，在評定察打一體型無人直升機的作戰效能時，必須考慮對抗環境對作戰效能的影響。對抗環境分為客觀環境影響因素，以及敵方的對抗、技戰術使用，我方操作人員熟悉、掌握和駕馭無人直升機的能力水平等主觀條件影響兩部分。本文建立的察打一體型無人直升機的效能評估一級指標體系在ADC模型可用性、可信性和作戰能力3個一級指標的基礎上增加了一項主觀條件和環境影響因素，彌補了傳統的ADC模型不能有效地建立對抗條件下武器裝備的指標體系的缺陷[2]。

以往的軍用直升機作戰能力指標并沒有考慮無人直升機特有的遙控遙測能力及自主能力。因此，本文在以往軍用直升機作戰能力指標的基礎上增加了這兩項能力，建立了適合于偵察打一體型無人直升機作戰能力的指標體系，使其能夠更全面地評定察打一體型無人直升機的作戰效能，如圖1所示。

2 作戰效能的評估模型

察打一體型無人直升機在作戰過程中需要完成探測、發現、識別、監測，以及在條件允許的情況下進行攻擊等相關任務。結合察打一體型無人直升機作戰效能評估指標體系建立如下效能評估模型：

式中，S為主觀條件，G為環境影響因素。

2.1 作戰能力C

由于察打一體型無人直升機的作戰能力C主要體現在偵察能力和攻擊能力兩個方面，對作戰能力C進行處理改進，采用線性疊加的方法得出作戰能力C的表達式如下[3]：

式中，Q1為可執行偵察任務性系數，C1為偵察能力，Q2為可執行攻擊任務性系數，C2為攻擊能力，F1為無人機自主能力。

偵察能力C1受到無人直升機基本性能ε1、機動能力B1、監測/探測能力A1、生存能力S1、航程能力ε2，以及遙控遙測能力D1的影響，其估算公式如下：

攻擊能力C2受到無人直升機機動能力B1、監測/探測能力A1、火力參數A2、生存能力S1、航程能力ε2、操縱效能系數ε3、電子對抗能力ε4，以及遙控遙測能力D1的影響，其估算公式如下[4]：

遙控遙測能力D1主要是由通信覆蓋能力、通信質量、保密性等性能指標確定，通信覆蓋能力可以用通信距離jlt來衡量，通信質量可以用誤碼率wmt來衡量，保密性能力應根據實際經驗由專家綜合評估所得[5]。遙控遙測能力D1可以表示為：

式中，R1（jlt）表示通信距離jlt對通信覆蓋能力的隸屬函數；R2（wmt）表示誤碼率wmt對通信質量的隸屬函數；R3表示保密性通信能力隸屬值；ω1、ω2、ω3分別表示通信覆蓋能力、通信質量和保密性對空戰中戰斗機通信能力的重要性權值。綜合考慮各種因素，取ω1=0.23，ω2=0.38，ω3=0.39。

無人機自主能力F1主要與無人機的智能程度有關，由于該項技術現在還處于研究試驗階段，目前尚沒有一個完整的模型對其進行評估，可視情況而定。

其它參數的計算公式詳見參考文獻[6]。

2.2 主觀性指標S

操作水平性系數K主要與人員素質、訓練水平、系統人機界面、系統自動化程度等4個方面有關，K值由無人機部隊的訓練和經驗取得。

敵方的對抗N是指敵方對直升機的熟悉、掌握和駕馭綜合直升機的水平，以及敵方的戰斗力、意志力，及其對己方的熟悉程度。該項指標目前還沒有一個完整的模型對其進行評估，可視情況而定。

可執行任務性系數Q主要由敵方目標的特性及任務戰術應用決定，Q值受人的戰術技術決策的影響較大，屬于推理決策事件，可按照專家系統的方法建模，分析戰術、技術決策與作戰過程的相互影響，從而使任務性系數在較嚴格科學和較精確的定量條件下確定。

2.3 環境影響因素G

環境影響因素對軍用無人直升機的作戰效能影響很大，因此，將環境影響因素加入到效能評估模型中十分必要。環境影響因素主要分為地理環境影響、氣候環境影響，以及化學環境影響。

（1）地理環境X

地理環境種類繁多，但對軍用無人直升機作戰影響較大的主要是海洋環境、沙漠環境和高原環境。在這3種環境下作戰，會大大降低軍機的綜合性能。

（2）氣候環境Y

引起軍用無人直升機飛行事故的主要氣候環境因素有溫度、潮濕和風沙。

（3）化學環境Z

軍用無人直升機面對的化學環境主要有鹽霧環境、工業廢氣環境和輻射環境，化學環境對軍用飛機的作戰效能產生很大影響。

對環境影響因素的能力指標的確定需要通過查看相應規范標準、調研和統計分析，以及飛行實測或相關環境試驗得出[7]。

2.4 其它能力

其它能力如可用度A、可信度D的計算具體公式見參考文獻[6]。

綜上，本文的察打一體型無人直升機的作戰效能E評估公式如下：

3 算例分析

3.1 作戰效能計算

為驗證本文建立的作戰效能評估模型的有效性，以“火力偵察兵MQ-8B”型和“火力偵察兵MQ-8C”型兩種察打一體型無人直升機作為研究對象，對其作戰效能進行具體的建模計算。根據相關資料可以得到“火力偵察兵MQ-8B”型和“火力偵察兵MQ-8C”型兩種察打一體型無人直升機的原始性能參數，如表1所示。

為保證算例對比結果的公平性，本文假設兩型無人機在同等訓練水平的作戰部隊的操作下在海上潮濕環境下執行相同的偵察打擊任務，因此，兩種無人機的主觀性影響因素和環境影響因素的取值相同，具體取值為：K=0.8，N=1，Q1=0.9，Q2=0.7，X=0.75，Y=0.68，Z=0.98。由于本文資料有限，文中無人機自主能力F1暫時取為零。可用度A及可信度D統一取值為：A=0.6，D=1.7。

根據表1中的基本參數并結合已給出的各能力具體計算公式得到作戰能力的評估結果，如表2所示。

表2 無人機評估結果

3.2 結果分析

“火力偵察兵MQ-8B”型和“火力偵察兵MQ-8C”型兩種無人直升機評估結果表明：

（1）“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機在火力、航程能力、遙控遙測能力等方面明顯優于“火力偵察兵MQ-8B”型無人直升機；但由于“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機體積、重量更大，導致其生存能力及機動能力略遜于“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機。

（2）偵察能力評估結果顯示，“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機強于“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機。從表2可知，“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機安裝的偵察設備與“火力偵察兵MQ-8B”型無人直升機相同，但由于“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機具有更長的續航時間及更強的遙控遙測能力，使得“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機的偵察能力大大提升。

（3）攻擊能力評估結果顯示，“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機強于“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機，這主要由于“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機任務載荷能力更大，能夠裝備的2枚48kg的“地獄火”激光制導導彈，其威力顯著強于“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機使用的2枚16kg的“格里芬”導彈；其次，雖然“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機的火力參數是“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機的4倍左右，但最終的攻擊能力結果兩者差距不到1倍，這主要是因為“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機的外形尺寸比“火力偵察兵MQ-8B”無人直升機更大，使得其生存能力有所降低，進而影響其攻擊能力。

4 結束語

本文首先針對傳統ADC模型無法有效地建立對抗條件下武器裝備的指標體系的缺陷，對ADC模型進行了改進，在以往軍用直升機作戰能力指標的基礎上增加了無人直升機特有的遙控遙測能力及無人機自主能力，建立了適合察打一體型無人直升機作戰能力的指標體系，然后，據此建立了作戰效能的評估準則和數學模型，最后運用該模型對“火力偵察兵MQ-8B”型和“火力偵察兵MQ-8C”型無人直升機的作戰效能進行了定量評估，得出以下結論：

（1）察打一體型無人直升機的作戰效能除取決于無人機的固有能力以外，客觀環境影響因素及技戰術使用、敵方對抗等主觀條件影響也對其作戰效能有一定的影響。

（2）偵察能力不僅與安裝使用的偵察設備有關，還要綜合考慮其基本性能、航程能力及遙控遙測能力等因素。

（3）攻擊能力不但與無人直升機所能負載的武器數量及威力相關，無人直升機的生存能力、續航能力等因素同樣需要考慮。

（4）通過對“火力偵察兵MQ-8B”型及“火力偵察兵MQ-8C”無人直升機作戰效能及各影響因素進行對比和分析，有效地驗證了該評估模型的有效性。

1 魏繼才, 胡曉峰. 武器系統效能建模方法研究與應用[J]. 系統工程與電子技術, 2002, 24(6): 20～24

2 李廣磊. 軍用直升機指標體系論證和評估方法研究[D]. 南京航空航天大學, 2010

3 呂峰, 汪衛華, 黃德所. 偵察無人機作戰效能評估準則研究[J]. 指揮控制與仿真, 2007, 29(3): 78～80

4 吳輝, 周洲, 王蜀涵. 偵察/打擊一體化無人機作戰效能分析方法研究[J]. 飛行力學, 2009, 27(2): 34～37

5 孫鵬, 楊建軍. 第四代戰斗機作戰效能評估[J]. 飛航導彈,2010, 6(2): 68～72

6 曹義華. 直升機效能評估方法[M]. 北京航空航天大學出版社, 2006

7 李曙林, 楊森, 孫冬. 軍用飛機環境適應性評價模型[J]. 航空學報, 2009, 30(6): 1053～1057