智能無人機群體作戰效能評估指標體系研究?

齊智敏 張海林 伊 山 陳 敏

（軍事科學院評估論證研究中心 北京 100091）

1 引言

人工智能技術、大數據、云計算、量子通信等新一代智能與通信技術的迅猛發展，加速推動智能無人系統從概念設想向武器裝備的轉化。未來智能化戰爭中，具備“自主適應、自主決策、自主行動”能力的智能無人機群體將成為重要的作戰力量。世界各軍事強國均已將智能無人機群體作戰作為重要研究方向，以美國為例，美軍圍繞智能無人機集群相關技術，開展多項重點研究項目，主要包括；低成本無人機集群項目LOCUST，蜂群微型無人機項目Perdix山鶉、偵察與電子戰無人機群小精靈Gremlins項目、一次性近戰隱蔽微型無人機蟬項目、進攻性集群戰術項目OFFSET等。研究領域涉及智能無人機的軟硬件、協同戰術、自主通信、釋放與回收等方方面面，形成了較為完善的智能無人機研究體系，并已由理論研究轉向實物實驗和實戰運用。如何科學評價無人系統集群實物實驗和實戰運用效果，即智能無人機群體作戰效能評估，就顯得尤為重要。因此，如何構建智能無人機群體作戰效能評估指標體系成為亟需解決的現實問題之一。

近幾年，國內也逐漸開始重視智能無人機群體作戰效能評估研究，取得了多項研究成果。文獻［1］圍繞對地攻擊型無人機群協同作戰問題，引入了多機協同效能影響因子表示多載荷之間的影響關系，構建了效能影響模型，研究了以任務載荷為變量的無人機群的協同作戰效能計算模型。文獻［2］建立了對敵攻擊型無人機作戰效能評估指標體系，在此基礎上建立了綜合指標模型，完善了效能模型中的各分項能力。文獻［3］基于OODA環分析了無人機協同作戰各階段的效能影響因素，設計了一套無人機協同作戰效能評估體系與模型，并對模型進行了驗證。文獻［4］針對無人機空地作戰效能評估問題，提出了基于自適應粒子群算法優化反向傳播神經網絡的無人機空地作戰效能評估方法，對空地作戰效能評估的主要影響因素進行了分析，總結了無人機空地作戰效能評估指標體系。文獻［5］以經典ADC模型為基礎，考慮了保障度和突防因素，提出了適合體系作戰條件下偵察無人機作戰效能評估改進模型，建立了作戰效能評估指標體系。以上論文均從不同角度研究和論述了無人機和無人機集群作戰效能評估的指標和方法，但都是從各自角度和需求出發，著眼部分能力要素，缺乏系統性標準化的指標體系支撐。本文將在分析未來智能無人機群體作戰需求和特點的基礎上，研究構建一套通用的效能評估指標體系架構，為智能無人機群體效能的科學評估提供理論基礎。

2 智能無人機群體作戰概述

2.1 智能無人機群體定義

智能無人機群體是指由一定數量，具備一定智能的單功能或多功能無人機共同組成的，能夠自主適應、自主決策、自主協同的分布式無人系統集合。

2.2 智能無人機群體作戰特點

一是化整為零，分散風險和能力，增強了整體的穩定性、魯棒性和生存能力。智能無人機群通常由大量成本相對較低廉，功能單一的中小型無人機構成，具有“無中心”和“自主協同”等能力特性，呈分布式運行特點，集群中的個體并不依賴于某個實際存在的、特定的節點來運行，不會因為幾個個體出現不確定的狀況而影響全局。在對抗過程中，當部分個體失去作戰能力時，整個無人機群仍可繼續執行任務，保證了集群的抗毀能力，從而減少了由于部分無人機受到打擊而造成的損失。另外，目前的常規武器，對無人機集群的殺傷能力較弱，因此整個系統具有更強的穩定性和魯棒性，群體的生存能力強。

二是化零為整，先分布后聚合，實現1+1＞2的智能涌現和能力倍增。無人機群體通過相互之間實時的網絡化信息溝通，建立完善的數據共享體系，群體成員之間能夠無障礙的實時共享各種信息，包括戰場環境信息、敵情、我情、群體內部成員情況信息等。通過自主協同和自主決策等智能技術，使群體成員能夠做到根據共享信息自動協調，步調一致，形成有利陣型。并能根據統一的態勢，分布決策，智能反應，對各類戰場突發情況進行智能應急處理。利用無人機群龐大的分布式數據分析與處理能力，打造一個共同的“大腦”，確保整個系統高效運轉，戰時根據情況可進行自主判斷、自主決策是否進攻、何時、何種方式進攻等，從而實現1+1＞2的智能涌現和作戰能力倍增。

2.3 智能無人機群體典型作戰任務樣式

智能無人機群體利用其作戰特點，可實現單一無人機或其他武器系統難以實現的新型作戰任務樣式，為未來智能化作戰注入新的活力。針對不同的作戰任務，智能無人機群體作戰效能評估將會受不同因素的影響和作用，形成不同的評估指標和評估標準等［6］，因此，明確作戰任務是作戰效能評估指標體系構建的前提和基礎。

1）抵近立體持續偵察

智能無人機群體可充分利用群內成員低、小、慢的飛行特點，避開敵方雷達偵察網絡，深入敵縱深地域展開針對重點目標的抵近偵察。利用數量優勢，攜帶多種類偵察設備，形成可見光、紅外、雷達立體偵察態勢，并可運用“集體智慧”，將多角度態勢信息融合，形成多元、立體、全面的戰場態勢圖［10］。利用集群靈活移動、動態組合的優勢，對多個目標進行不間斷跟蹤監視，分析評估目標變化情況，維持對敵重點目標的持續偵察。

2）全方位飽和攻擊

智能無人機群體可攜帶不同類型的載荷和彈藥，同時抵達敵目標區域，對敵方陸地、海上、空中或網絡等作戰域的目標，實施全方位、多層次的飽和攻擊，瞬間使敵目標遭受立體式攻擊。行動靈活機動，配置組合隨意，針對不同性質的目標，可隨時改變組合方式，配置成最適合的打擊群，執行單一武器無法實施的瞬時飽和攻擊任務，完成目標打擊任務［7］。

3）聯合戰術欺騙

利用群體成員價格低廉、靈活機動的優勢，執行戰術欺騙和掩護任務。借鑒貝卡谷地戰役中無人機的典型應用方式，運用無人機群體模擬戰斗機，充當開路先鋒，引誘敵偵察設備開機，同時執行偵察任務，確定敵偵察設備位置信息，必要時甚至可直接執行自殺式攻擊，為后續任務的開展提供支持。

4）協同保障

利用載荷種類數量多的特點，智能無人機群體還可擔任多種類型的保障任務，如通信中繼、忠誠僚機等。多架群體成員攜帶通信設備，即可在空中靈活組成通信網絡，為地面提供通信中繼服務，且可根據通信容量需求，隨時增減無人機數量。或可作為忠誠僚機，分散火力，為有人機提供掩護，亦可攜帶電子干擾設備或者箔條，對敵雷達等偵察設備實施干擾、壓制、欺騙等，為有人機制造即時優勢窗口，提高有人機執行打擊、突防等任務中的生存率。

3 智能無人機群體作戰效能評估指標體系架構

智能無人機群體作戰效能指智能無人機群體完成作戰任務的能力。群體作戰效能并不是單體效能的簡單相加，更要體現出群體之間的智能涌現、群體協同和效能倍增的特點。作戰效能是一個較為泛化的概念，結合具體的作戰任務，可以將其細化為不同任務效能，多種任務效能綜合成為作戰效能［9］。

智能無人機群體作為復雜系統，其在作戰中受作戰任務、作戰環境條件、群構成條件、平臺能力條件等諸多因素影響，以及群體本身所具備和表現出來的能力的不確定性，決定了智能無人機群體作戰效能不再是一個簡單的值或一個點。傳統的二維體系架構無法支撐群體作戰效能的評估，為充分反映智能無人機群的整體作戰效能和相關影響因素，提出智能無人機群體作戰效能空間概念。智能無人機群體作戰效能空間是將作戰效能表達為多個值或點的集合，即表征為一個曲面或一個空間集。用三維立體空間模式，表示智能無人機群體在執行多種不同的作戰任務中效能值的集合。而表達一次特定作戰任務中智能無人機集群的效能值的集合即為任務效能，多次任務效能共同構成作戰效能空間。

智能無人機群體作戰效能空間示意圖如1所示。智能無人機群體作戰效能空間由智能無人機群體能力、作戰條件變量、群體條件變量三個維度構成。其中，智能無人機群體能力維度由集群中單平臺能力和群體間協同能力相關要素構成，平臺能力主要是指由無人機自身條件決定的基本能力要素。協同能力表示平臺間的相互協同的水平，是群體效能涌現的體現。群體條件變量是無人機群體作戰效能評估的特殊要素，是對群體效能有影響的集群相關要素的集合。作戰條件變量是影響無人機群體作戰效能的相關作戰條件要素的集合。群體條件變量和作戰條件變量從不同的維度，作用于無人機群體能力，引起群體能力的變化，同時三者共同構成基于作戰任務的，智能無人機群體作戰效能空間。

圖1 智能無人機群體作戰效能空間示意圖

4 智能無人機群體作戰效能評估指標體系

4.1 智能無人機集群作戰效能指標選擇要求

效能指標作為智能無人機群體執行某次作戰任務有效程度的評價標準，對研究無人機群體作戰運用極為關鍵［11］，若選用不恰當的效能指標將會得出錯誤的結論。美國軍事運籌研究學家萊博維茨（M.L.Leibowiz）指出，效能指標“類似于一種道德原則，單憑推理是不可能確定某種道德原則是否正確的。我們必須進行價值判斷，必須憑‘感覺’行事”。因此，選擇恰當的智能無人機群體作戰效能評估指標往往需要運籌專業人員與指揮決策人員共同協商，反復推敲［8］。一般應符合以下要求。

1）針對性

效能評估指標應該針對研究的特定問題，表示完成相應軍事任務的真實能力。智能無人機群體作戰效能評估應首先確定無人機集群的作戰行動，不僅需要反映出任務的特征，還需要描述無人機完成任務的程度，然后根據完成相應作戰行動任務的要求選定效能指標。

2）敏感性

效能評估指標應對智能無人機群體條件、作戰任務變量和無人機群體能力參數相當敏感，能夠依據效能指標評估智能無人機集群作戰運用效果或確定集群性能要求。

3）可用性

效能評估指標在對無人機群體作戰效能進行定量分析時起著至關重要的作用，選取的效能評估指標應在智能無人機群體作戰運用中具有明確的物理意義，可利用模型求解，便于計算，并可用試驗方法進行評估。

4.2 智能無人機群體能力維度指標

智能無人機群體能力主要包括平臺能力、協同能力兩部分。平臺能力主要反映單個無人機平臺的固有能力。平臺能力分解為多個基礎能力要素如基本性能、環境適應力、數據通信能力、生存能力、偵察能力、電子對抗能力、打擊能力等。通過平臺基礎能力要素相互之間組合，可表示不同作戰任務下的任務能力。如，基本性能+生存能力+環境適應能力+通信能力+電子對抗能力可組成突防任務能力，基本性能+生存能力+環境適應能力+通信能力+偵察能力可組成單一偵察任務能力，基本性能+生存能力+環境適應能力+打擊能力可組成單一攻擊任務能力等［12］。隨著任務的復雜化，影響任務能力的相關指標要素就更多。對于不同的任務，每種基礎能力要素的重要程度也不相同，實際評估過程中，需根據任務實際，確定各能力要素的權重。

群體協同能力是無人機群體特有的指標，反映的是群體之間相互配合、協同感知、判斷、決策和行動的整體能力，是支撐無人系統群體智能涌現的要素集合，反映了群體能力大于單體簡單相加的內在機理。包括態勢感知能力、判斷決策能力、通信支撐能力、群體控制管理能力等。

智能無人機群體能力維度指標見圖2。

圖2 智能無人機群體能力指標體系

4.3 智能無人機群體作戰任務變量維度指標

圖3 智能無人機群體作戰任務變量指標

智能無人機群體作戰任務條件變量表示集群執行一次作戰任務時，作戰任務相關的具體影響要素。針對不同作戰任務特點，分為作戰任務復雜度和作戰環境復雜度兩部分。從作戰任務本身的復雜程度和作戰環境兩個方面，全面解析影響智能無人群體作戰效能的外部條件變量。

4.4 智能無人機群體條件變量維度

群體條件變量是對群體作戰效能有影響的群體相關要素的集合，包括群體之間的協同戰術戰法、群無人機數量、群的載荷配置、群任務規劃水平、無人機平臺的智能水平等。

三個維度的影響要素相互耦合，共同作用，構成智能無人機群體完成一次特定作戰任務的作戰效能空間。在作戰效能三維體系框架支持下，可展開智能無人機群體作戰效能、影響要素間關系、群體協同能力系數等問題的深入研究，為智能無人機群體作戰效能評估奠定了基礎。

圖4 智能無人機群體群條件變量指標

5 結語

針對智能無人機群體作戰效能評估指標構建問題，運用效能空間概念，從智能無人機群體能力、作戰任務變量和群條件變量三個維度，構建了群體作戰效能評估的三維體系框架，逐一分析了三個維度的影響要素和指標，形成了通用的智能無人群體作戰效能評估體系，解決了對于智能無人機群體效能評估缺乏系統性標準化的指標體系支撐的問題，為建立智能無人機群體作戰效能評估模型，深化研究效能評估方法提供了重要支撐。

后續研究中，將在統一的評估指標體系框架下，創新研究以下內容：一是三維體系框架下，針對不同作戰任務，研究智能無人機群體作戰效能評估模型的構建。二是在群能力維度，研究如何運用群體協同能力系數，表示無人機群體效能涌現機理。三是研究適用于智能無人機群體作戰效能評估的方法和手段等。構建一套完善的智能無人機群效能評估理論體系，為提升未來智能無人機群體作戰能力提供理論支撐。