基于能力的地面無人作戰系統作戰效能試驗評估方法

張 宇，郭齊勝，樊延平

（1.陸軍裝甲兵學院演訓中心北京 100072；2.航天工程大學宇航科學與技術系，北京 101416）

0 引言

發揮地面無人作戰系統的智能自主特征，適應復雜多變的戰場對抗環境，根據任務性質，靈活運用分布式、集群化、點穴式或接觸式精確作戰，成為智能化時代陸戰場取得戰場勝利的重要基礎［1］。隨著人工智能、大數據、類腦計算等技術的不斷發展成熟，地面無人作戰系統將進一步拓展人類的能力半徑，增強人類的智能算力，突破人類的生理極限，進入作戰人員無法進入的危地險境或承擔惡劣、危險條件下的作戰任務［2］，顛覆著陸戰場對抗模式和制勝機理。近年來，以美國和俄羅斯為代表，先后研制了多款不同作戰用途的地面無人作戰系統并投入了戰場，特別是2015 年12 月俄羅斯在敘利亞戰場首次將“平臺-M”履帶式無人戰車、“阿爾戈”輪式兩棲無人戰車兩款武裝型地面無人作戰系統投入戰場，并取得了出人意料的作戰效果，讓全世界各國軍隊深刻地認識到了地面無人作戰系統的重要價值及其發展的迫切性［3］。與美俄相比，我國地面無人作戰系統發展相對滯后，發展地面無人作戰系統的緊迫感更加突出。隨著地面無人作戰系統關鍵技術的不斷突破，未來一段時間內地面無人作戰系統將呈現出爆發式的發展態勢。當前，作為一種新的陸戰作戰裝備，如何確保地面無人作戰系統能夠適應未來的戰場對抗需要、達到預期的作戰效果，就成為地面無人作戰系統發展建設中必須解決的關鍵問題。為此，本文聚焦地面無人作戰系統的作戰效能試驗評估問題，以地面無人作戰系統的能力需求為牽引，強化未來戰場地面無人作戰系統作戰運用對地面無人作戰系統作戰效能試驗與評估的引導作用，提出一種基于能力的地面無人作戰系統作戰效能試驗評估方法，為解決新型地面無人作戰系統的作戰效能鑒定提供方法支撐。

1 總體框架

針對地面無人作戰系統型號新、研究應用實踐少的特點，采用基于能力的試驗評估理念，以地面無人作戰系統的作戰能力構想為核心，以地面無人作戰系統作戰概念創新設計為牽引，聚焦地面無人作戰系統作戰效能生成規律，構建地面無人作戰系統作戰效能試驗評估總體框架，明確地面無人作戰系統作戰效能試驗評估的主要內容和關鍵技術，將具有更強的針對性和有效性。總體框架如圖1 所示。

圖1 基于能力的地面無人作戰系統作戰效能試驗評估框架

作戰概念設計、作戰效能試驗、作戰效能評估形成了一個聚焦頂層能力需求的地面無人作戰系統作戰效能試驗評估環路，突出頂層能力需求對地面無人作戰系統發展建設的指導作用，通過作戰概念的不斷迭代優化、作戰效能試驗的反復測試驗證和作戰效能評估的持續綜合評價，能夠有效回答地面無人作戰系統“未來怎么用”、“作戰效能試驗怎么試”、“作戰效能如何評”等關鍵問題，并為有效回答地面無人作戰系統“管用”問題提供了明確的方法路徑。

2 作戰概念設計

2.1 主要內容

以頂層能力需求為依據，結合地面無人作戰系統的使命任務、功能用途和典型適應環境，對地面無人作戰系統“打什么仗”、“怎么打仗”等問題進行前瞻性探究和創新性設計［4］，明確地面無人作戰系統的典型戰場環境、作戰對手威脅、裝備要素構成、力量編組方式、作戰運用方法和預期作戰效果，是作戰概念設計的基本任務。其主要內容及相互關系如圖2 所示。

圖2 地面無人作戰下傳統作戰概念設計內容及關系

作戰概念具有鮮明的不確定性和探索性，通常應廣泛采用頭腦風暴、專家論證、邏輯演繹、運籌計算、仿真分析等多種方法，進行設計與驗證［5］。

2.2 設計原則

智能自主性是地面無人作戰系統各種作戰能力的核心，也是地面無人作戰系統作戰概念設計的重點，應有針對性地開展主動設計［6］。

1）變革力量體系形態。小型、分布、一體是智能化時代地面無人作戰系統運用的主要組織形態。小型是指地面無人作戰系統的體型往往較小，行動比較靈活；分布是指參與作戰的各類武器裝備相對分散地部署在作戰地域的不同位置，戰場密度大大降低，而不是傳統的兵力集結模式；一體是指分散部署在不同地域的地面無人作戰系統，以信息網絡為支撐，具有顯著的自組織和自協同能力，能夠實現作戰力量體系的一體聯動和整體運用。

2）強化自主能力運用。自主能力是地面無人作戰系統區別于傳統作戰裝備的主要特征［7］，也是地面無人作戰系統在廣譜戰場環境中完成各種極難險重任務的根本保證，是作戰概念創新的本質要求，也是作戰概念創新的重心所在。由于自主能力水平的不同，在創新地面無人作戰系統自主能力運用方法時，要從作戰任務的角度出發，合理開展與有人武器裝備的協同運用創新，有機融合有人武器裝備與地面無人作戰系統的優勢能力，實現“1+1＞2”的能力聚合效果。

3）創新破敵制勝模式。破敵制勝模式在不同的時代有本質的區別，機械化時代以消耗戰和大規模毀傷為主要特征，信息化時代以獲取信息優勢為基礎進而實現快速、精確打擊為主要特征，智能化、無人化時代則更加突出認知優勢和決策優勢。因此，在創新地面無人作戰系統作戰概念時，在繼承傳統的“火力+信息”的精確作戰模式的基礎上，要緊緊圍繞小型靈活、分散部署、抵近行動、整體運用的特征，從觀察-判斷-決策-打擊鏈、情報-指揮-火力網、目標-資源-效果等方面創新具體的運用方式［8］。

4）聚焦效能釋放途徑。區別于機械化時代的效能疊加和信息化時代的網絡聚能特征，智能化時代以人工智能算法為支撐的認知優勢，成為作戰效能相變的核心因子和變革地面無人作戰系統作戰效能產生機理的關鍵變量。在地面無人作戰系統作戰概念創新時，要緊緊圍繞認知優勢可能對精準釋能模式的優化或“破窗”作用，重構地面無人作戰系統作戰運用的作戰效能產生路徑，重組地面無人作戰系統作戰運用流程，重塑陸戰場有人/無人協同作戰新形態。

3 作戰效能試驗

傳統的裝備作戰試驗以實裝試驗為主。隨著仿真技術的不斷發展成熟，虛擬試驗、虛擬結合試驗成為實裝試驗的重要補充，為解決實裝試驗中力量規模偏小、對抗環境不真實等問題提供了新的解決手段。目前，廣泛采用實裝試驗、仿真試驗和實裝仿真結合試驗，已經成為裝備作戰效能試驗的基本方式。考慮到地面無人作戰系統發展的漸進性及其與作戰效能試驗的同步性，地面無人作戰系統作戰效能試驗，應根據地面無人作戰系統的發展階段采取不同的試驗組織實施方式，如圖3 所示。

圖3 地面無人作戰系統作戰效能試驗方式

從地面無人作戰系統的發展及運用要求看，實裝仿真結合試驗可能會成為有效鑒定地面無人作戰系統作戰效能的主要途徑，其總體流程如圖4 所示。

圖4 實裝仿真結合試驗總體流程

1）試驗方案驗證優化。發揮仿真試驗系統試驗條件設置靈活、試驗計算可重復、試驗資源節約的優勢，對制定的地面無人作戰系統作戰效能試驗方案進行驗證分析，重點圍繞作戰效能試驗方案中涉及的試驗科目、試驗方法和試驗流程等展開驗證分析，確保作戰效能試驗方案的合理性和可行性。同時，還可以利用仿真試驗系統對試驗方案中關鍵參數進行因子分析，以確定更加合理的試驗方案［7］。

2）平行試驗執行。以優化后的地面無人作戰系統作戰效能試驗方案為輸入，綜合采用實裝試驗和仿真試驗兩種手段，開展實裝試驗系統和仿真試驗系統的平行試驗。由實裝試驗獲取的地面無人作戰系統戰術技術性能指標數據、確定性任務指標數據，導入仿真試驗系統作為仿真試驗系統的基礎參數；由仿真試驗系統根據試驗進程和科目預測試驗的具體戰場環境和敵我兵力布勢，并對武器裝備的狀態及其相互作用的隨機性指標、綜合性指標進行預測分析，作為設置實裝試驗后續科目的重要依據［8］。

3）試驗數據采集整理。綜合采用多種方法，對由實裝試驗系統和虛擬試驗系統獲取的試驗數據，進行綜合分析和處理，形成裝備作戰效能試驗指標數據方案［9］。

4 作戰效能評估

4.1 作戰效能評估指標體系框架設計

按照基于感知、決策、行動作戰環路的地面無人作戰系統作戰效能生成模式，區分功能分系統、系統和體系3 個層次，可構建包括功能領域效能、單體綜合效能、集群作戰效能和有人無人協同作戰效能4 類作戰效能的地面無人作戰系統作戰效能指標體系框架，如圖5 所示。

圖5 地面無人作戰系統作戰效能指標體系框架

1）系統作戰效能指標體系。區分功能領域作戰效能和系統整體作戰效能2 個層次，分別構建地面無人作戰系統的感知作戰效能、決策作戰效能、行動作戰效能和整體作戰效能指標體系。

2）集群作戰效能指標體系。突出“網聯效應”對偵察感知網、指揮決策網、行動控制網結構重組和效能釋放的支撐作用，體現集群中地面無人作戰系統的自適應、自組織和敏捷協同特征，區分功能領域作戰效能和系統整體作戰效能2 個層次，分別構建地面無人作戰系統的感知作戰效能、決策作戰效能、行動作戰效能和整體作戰效能指標體系。

3）有人/無人協同編組作戰效能指標體系。以有人/無人協同編組的智能增強、精確感知和敏捷行動需求為牽引，聚焦有人/無人協同整體效益，重點圍繞協同感知、決策融合、臨境行動和即時共享等指標構建作戰效能指標體系。

4.2 作戰效能評估設計

遵循新生事物從簡單到復雜、從個體到網絡的人類認知過程［10］，針對地面無人作戰系統“有什么用”、“怎么運用”、“能否融入體系”，以及“人機協同效果如何”等問題，按照作戰用途、實戰運用、融入體系和人機協同4 個層次，分別設計地面無人作戰系統作戰效能評估的總體目標、評估模型和分析方法，如圖6 所示。

圖6 地面無人作戰系統作戰效能評估設計框架

首先，人們需要認識地面無人作戰系統的作戰用途，并通過一定的方法手段進行確認，形成作戰用途評估議題；爾后，當人們認識到地面無人作戰系統的作戰價值后，便會提出地面無人作戰系統的使用問題，即在戰場上應如何運用地面無人作戰系統才能有效發揮其作用，涉及到地面無人作戰系統的編組運用問題，形成編組運用評估議題；然后，一旦確認地面無人作戰系統能夠適應戰場需要并發揮較大或廣闊的作戰價值后，便會提出如何將這一新型陸戰裝備融入陸戰武器裝備體系、全軍武器裝備體系或典型戰斗裝備體系的問題，進一步明確地面無人作戰系統在整個裝備體系中的地位和作用，形成使命定位評估議題；最后，針對地面無人作戰系統的“無人智能自主”運用的特征，進一步提出地面無人作戰系統與有人武器系統或作戰人員協同作用的問題，進而形成人機協同運用評估的議題。

4.3 評估分析模型

在不同層次的地面無人作戰系統作戰效能評估中，評估分析模型主要包括末端指標分析、指標權重計算、評估計算聚合以及結果分析等內容。其中，評估計算聚合和結果分析又是地面無人作戰系統作戰效能試驗評估的關鍵。

4.3.1 評估計算聚合模型

遵行直觀、易操作的原則，可主要采用加權和方法或加權積方法為基礎構建評估模型。

4.3.2 結果分析模型

為從多個維度反映地面無人作戰系統作戰的作戰效能水平，應根據地面無人作戰系統的運用情況，采用“雙層-多維-動態”分析策略，主要包括以下4 類模型。

1）雙層多維對比分析

應按照系統和功能分系統2 個層次，將系統整體效能應與功能領域作戰效能評估結果進行綜合分析，分析模型如圖7 所示。

圖7 雙層多維對比分析模型示例

①在哪些評估方案中地面無人作戰系統的綜合效能更佳，是否意味著該評估方案能夠更有利于地面無人作戰系統的作戰用途。

②在不同的評估方案中，感知、決策、行動等領域作戰效能的水平與系統整體效能水平是否正相關，即領域作戰效能較高則系統整體效能也越好，反之亦然。

2）多維動態對比分析

按照地面無人作戰系統運用的不同階段，分別研究不同階段感知、決策和行動效能的動態變化過程，如圖8 所示。

圖8 多維動態分析模型示例

通過對不同作戰過程感知、決策和行動效能的對比分析，可以幫助作戰試驗評估或鑒定人員回答以下問題：

①地面無人作戰系統的感知、決策或行動功能分別在哪些作戰階段可以得到更好的發揮。

②在不同階段地面無人作戰系統作戰效能的釋放與該階段的主要作戰任務是否匹配。

3）系統整體效能的雙層比較分析

系統整體效能包括任務效能和運行效能2 個方面，分別表征了地面無人作戰系統完成任務的程度和效率，兩者之間并不存在必然的正相關關系，即任務效能高不一定運行效能高，運行效能低也不一定任務效能就必然低。在關注系統整體效能的同時，關注系統的任務效能和運行效能，能夠實現系統整體效能整體和局部2 個層面的綜合分析，有利于實現對系統整體效能的總體把握，可采用如下頁圖9 所示的模型進行分析。

圖9 系統整體效能的雙層比較分析模型示例

4）ADA 作戰周期分析

以單體地面無人作戰系統整體運用為基礎，以典型作戰目標的感知、決策和行動為核心，選擇相同種類或不同種類的若干典型作戰目標，構建面向目標的感知、決策和行動作戰周期模型。作戰周期分析模型中，將目標首次發現時間作為作戰周期分析的起點，在感知階段主要關注目標首次識別時間、目標信息首次發送時間；在決策階段主要關注列為作戰目標時間、形成目標行動計劃時間、行動指令發出時間；在行動階段主要關注行動實施開始時間；由上述各時間參數形成的作戰周期模型如圖10 所示。

圖10 ADA 作戰周期模型

由圖中可知，感知時間Ta=ta3-ta1，決策時間Td=td3-ta3，行動時間Td=tc-td3，對目標的完整作戰周期T=Ta+Td+Tc。

5 結論

以能力構想為核心，以作戰概念為牽引，開展地面無人作戰系統作戰效能試驗評估，能夠有效解決地面無人作戰系統這一新型裝備“打什么仗”、“怎么打仗”和“達到何種作戰效果”等問題，是指導地面無人作戰系統貼近使命任務，開展實戰化條件下的作戰效能試驗評估的有效方法。由于地面無人作戰系統發展的新穎性以及作戰運用的復雜性，形成基于能力的地面無人作戰系統作戰效能試驗評估能力，還需要在地面無人作戰系統作戰運用模式創新、仿真試驗環境構建和指標體系細化方面繼續深化研究。