陳　亮

(陸軍軍官學(xué)院研究生一隊(duì)　合肥　230031)

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體系作戰(zhàn)條件無人機(jī)作戰(zhàn)效能評估模型*

陳亮

(陸軍軍官學(xué)院研究生一隊(duì)合肥230031)

摘要以經(jīng)典ADC模型為基礎(chǔ)，在考慮了保障度和突防因素后提出了適合于體系作戰(zhàn)條件下偵察無人機(jī)作戰(zhàn)效能評估的改進(jìn)模型，建立了作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系，給出了模型求解方法。

關(guān)鍵詞體系作戰(zhàn); 偵察校射無人機(jī); 作戰(zhàn)效能評估

Class NumberE917

1引言

當(dāng)前，世界主要國家軍隊(duì)都在謀求通過深化領(lǐng)導(dǎo)指揮體制改革和新型作戰(zhàn)力量建設(shè)提高體系作戰(zhàn)能力。偵察校射無人機(jī)系統(tǒng)作為新型武器裝備和體系作戰(zhàn)力量的重要代表，其作戰(zhàn)使用效能問題倍受關(guān)注。以往，關(guān)于偵察校射無人機(jī)的作戰(zhàn)效能評估模型研究大多針對裝備本身，考慮體系因素對其影響的相對較少。而在未來基于信息系統(tǒng)的聯(lián)合作戰(zhàn)中，體系對抗[1]是其主要特征，對抗主體由信息化兵種取代傳統(tǒng)機(jī)械化兵種，更加注重戰(zhàn)場實(shí)時(shí)感知、精確打擊、信息攻防等作戰(zhàn)能力，傳統(tǒng)偵察校射無人機(jī)的效能評估方法已不能完成促進(jìn)無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)水平進(jìn)步和武器系統(tǒng)性能提高的任務(wù)。因此，在體系作戰(zhàn)條件下考慮偵察校射無人機(jī)的作戰(zhàn)效能評估模型問題符合“需求牽引”的裝備需求論證原則，對于提高偵察校射無人機(jī)的體系作戰(zhàn)能力具有重要意義。

2體系作戰(zhàn)對偵察校射無人機(jī)作戰(zhàn)效能發(fā)揮提出的要求與挑戰(zhàn)

體系作戰(zhàn)是指以信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過廣泛的數(shù)據(jù)融合和信息實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)時(shí)有效地融聚各類作戰(zhàn)資源和能力，形成具有戰(zhàn)斗力倍增效應(yīng)的整體作戰(zhàn)[2]。對于偵察校射無人機(jī)而言，為滿足體系作戰(zhàn)的要求，傳統(tǒng)的實(shí)用升限、最大飛行速度等基礎(chǔ)性能已不再是戰(zhàn)場關(guān)注的重點(diǎn)，而高質(zhì)量情報(bào)的實(shí)時(shí)獲取能力、信息互聯(lián)互通能力、有限精確打擊能力等則逐漸成為信息化戰(zhàn)場中更重要的作戰(zhàn)能力，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是戰(zhàn)場/目標(biāo)偵察的更高要求與嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。一方面，體系作戰(zhàn)“寬正面、大縱深”[3]的特點(diǎn)大大拓展了偵察任務(wù)區(qū)域，作戰(zhàn)節(jié)奏的加快要求情報(bào)的時(shí)效性和實(shí)時(shí)處理性更強(qiáng)，打擊精確化又對情報(bào)信息的精度和準(zhǔn)確度提出了更高要求;另一方面，透明化的戰(zhàn)場和更加復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境給偵察校

射無人機(jī)的生存帶來了巨大威脅[4]，更先進(jìn)的反偵察手段又增大了情報(bào)獲取的難度。由此可見，體系作戰(zhàn)條件下，偵察校射無人機(jī)需要在更惡劣的環(huán)境下完成更高要求的偵察任務(wù)。

二是作戰(zhàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化要求偵察校射無人機(jī)具備融入作戰(zhàn)體系的互聯(lián)互通能力。體系作戰(zhàn)具有融聚性、整體性和自適應(yīng)性等特點(diǎn)，要求無人機(jī)在作戰(zhàn)過程中與其他作戰(zhàn)元素的指令、情報(bào)等信息進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)體系信息力、火力打擊能力、指揮控制能力等[5]作戰(zhàn)能力的相互促進(jìn)，最終完成作戰(zhàn)效能的非線性倍增。因此，偵察校射無人機(jī)需要從體系視角發(fā)掘自身作戰(zhàn)效能增長點(diǎn)。

三是偵察打擊一體化要求偵察校射無人機(jī)具備一定直接打擊能力[6]。當(dāng)偵察校射無人機(jī)在任務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)敵方重要目標(biāo)時(shí)，不具備直接打擊能力的無人機(jī)只能通過激光引導(dǎo)導(dǎo)彈或呼叫炮兵火力進(jìn)行打擊。但是未來戰(zhàn)場的態(tài)勢瞬息萬變，戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝，該方式未必能取得良好的打擊效果，因此偵察校射無人機(jī)也需要適當(dāng)裝備機(jī)載武器，實(shí)現(xiàn)對小型目標(biāo)的精確打擊。

3效能評估基本模型的改進(jìn)

3.1基本模型存在的局限

作戰(zhàn)效能是指在特定條件下武器裝備被用來執(zhí)行特定作戰(zhàn)任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的有效程度[7]。ADC模型是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會擬定的經(jīng)典模型[8]，該模型能較全面地考慮武器裝備的戰(zhàn)術(shù)、性能指標(biāo)對作戰(zhàn)效能的影響，被廣泛應(yīng)用于作戰(zhàn)效能評估領(lǐng)域。其基本計(jì)算公式為

E=ADC其中，E為作戰(zhàn)效能，A為可用度，D為可信度，C為作戰(zhàn)能力。在具體運(yùn)用時(shí)，利用平均無故障時(shí)間、平均修理時(shí)間、故障率等裝備的固有參數(shù)計(jì)算可用度A和可信度D，通過建立作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系來計(jì)算C。經(jīng)典ADC模型雖然透明性好，便于理解與計(jì)算，但是直接應(yīng)用于體系作戰(zhàn)條件下的偵察校射無人機(jī)作戰(zhàn)效能評估時(shí)，還是存在以下局限。

首先，作為一種信息化程度很高但又較為“嬌貴”的裝備，偵察校射無人機(jī)對操作人員水平、地面指揮能力等保障度因素要求較高。從局部戰(zhàn)爭中偵察校射無人機(jī)的應(yīng)用情況來看，保障度是制約無人機(jī)發(fā)揮應(yīng)有作戰(zhàn)效能的重要因素[9]，這在經(jīng)典ADC模型沒有體現(xiàn)。其次，從偵察校射無人機(jī)的運(yùn)用方式來看，在執(zhí)行既定任務(wù)前需要突破敵方空中防區(qū)。這不僅與自身作戰(zhàn)能力中的機(jī)動能力等相關(guān)，還受敵指揮反應(yīng)能力、敵防空能力等因素影響，在進(jìn)行無人機(jī)作戰(zhàn)效能評估時(shí)也應(yīng)當(dāng)予以考慮。最后，經(jīng)典ADC模型在解析計(jì)算時(shí)一般運(yùn)用層次分析法來進(jìn)行定權(quán)，得出的結(jié)果相對而言主觀性較高。

3.2改進(jìn)的思路

根據(jù)上述經(jīng)典模型的局限，本文對其進(jìn)行了一些改進(jìn)，增加了保障度因素和突防因素，并采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對其進(jìn)行解析，以適應(yīng)體系作戰(zhàn)條件下偵察校射無人機(jī)的效能評估，其計(jì)算公式為

E=SPADC

(1)

式中，A、D、C的內(nèi)涵并沒有太大變化。針對偵察校射無人機(jī)而言，可用度A包含無人機(jī)飛行可靠性和平均無故障率等因素;可信度D包含發(fā)射可靠性、飛行可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性等;作戰(zhàn)能力C需要結(jié)合未來戰(zhàn)場對無人機(jī)的要求建立作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系具體分析。

S代表裝備保障度，即偵察校射無人機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)期間地面操作人員的指揮保障能力，本文以人員操作水平、突發(fā)應(yīng)對能力和地面指揮能力三項(xiàng)能力作為構(gòu)成要素。作為典型信息化較高的裝備，偵察校射無人機(jī)對人員操作水平要求較高，即使在裝備正常工作的情況下，官兵操作無人機(jī)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)預(yù)定功能也需要經(jīng)過大量的訓(xùn)練;而未來戰(zhàn)場戰(zhàn)況瞬時(shí)萬變，指揮員、操作人員在遇到敵情、天氣變化以及裝備故障等突發(fā)狀況時(shí)應(yīng)急處置能力也顯得尤為重要;地面指揮能力主要指偵察校射無人機(jī)指揮系統(tǒng)指揮效率和指揮官的指揮水平等，與該部指揮信息化平臺建設(shè)相關(guān)，是發(fā)揮無人機(jī)戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵。

P指無人機(jī)保持正常通信且未被敵火力毀傷的條件下執(zhí)行偵察任務(wù)的能力，體現(xiàn)為偵察校射無人機(jī)的突防概率。本文按“基于能力”的思路考慮該模型，不針對特定假想敵，認(rèn)為其與敵方指揮反應(yīng)能力和防空能力有關(guān)，而偵察校射無人機(jī)自身的抗干擾能力等在作戰(zhàn)能力模型中討論，不納入突防概率的影響因素。

4評估步驟與方法

系統(tǒng)可信賴矩陣D可表示為

dij表示開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)處于狀態(tài)i而在任務(wù)過程中轉(zhuǎn)化為狀態(tài)j的概率，并有∑dij=1。由于系統(tǒng)分正常狀態(tài)和故障狀態(tài)兩種，所以其狀態(tài)轉(zhuǎn)化概率共有四個(gè)。假設(shè)偵察校射無人機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中是可修復(fù)系統(tǒng)，若系統(tǒng)的故障率為λ，系統(tǒng)的修復(fù)率為μ，系統(tǒng)的任務(wù)工作時(shí)間為T，則有

d11=exp(-λT)，d12=1-exp(-λT)

d21=exp(-μT)，d22=1-exp(-μT)

通過以上關(guān)于體系作戰(zhàn)條件下偵察校射無人機(jī)作戰(zhàn)效能評估影響因素的分析，可以建立作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1　偵察校射無人機(jī)作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系

作戰(zhàn)能力矩陣C是系統(tǒng)達(dá)成既定目標(biāo)的能力向量，對于偵察校射無人機(jī)而言，在執(zhí)行任務(wù)的過程中有正常工作和處于故障兩種狀態(tài)，表示為

c2代表系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，無法執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，故其值0。

而c1可表示為

c1=α1l1+α2l2+α3l3+α4l4+α5l5

保障度S可以表示為

s=β1s1+β2s2+β3s3

同理，突防概率p可表示為

p=γ1p1+γ2p2

綜上可得，偵察校射無人機(jī)作戰(zhàn)效能E可以表示為

=(β1s1+β2s2+β3s3)(γ1p1+γ2p2)(α1l1+α2l2+α3l3+α4l4+α5l5)

(2)

5實(shí)例分析

以某型號偵察校射無人機(jī)為例，現(xiàn)已知其工作時(shí)間T=3h，對抗條件下平均故障間隔時(shí)間MTBFS=10h，平均故障修復(fù)時(shí)間MTTRS=2h，可以得出其故障率λ=0.1，修復(fù)率μ=0.5。

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法確定作戰(zhàn)能力的各項(xiàng)權(quán)系數(shù)。用Y1,Y2,Y3,Y4,Y5依次代表機(jī)動能力、情報(bào)獲取能力、互聯(lián)互通能力、有限打擊能力和環(huán)境適應(yīng)能力，用X1,X2,…,X10,依次代表無人機(jī)的情報(bào)處理與分發(fā)能力、數(shù)碼照相識別能力、抗電子干擾能力、精確打擊能力、實(shí)用升限、紅外成像識別能力、巡航速度、電視成像識別能力、自然環(huán)境適應(yīng)能力和續(xù)航時(shí)間。采取九級標(biāo)度邀請六名專家對每一項(xiàng)指標(biāo)的重要度分別進(jìn)行打分，最終得出打分矩陣如下所示：

對序列Yi=(yi(1),yi(2),…,yi(n))(i=1,2,…,5)和Xj=(xj(1),xj(2),…,xj(n))(j=1,2,…,10)，進(jìn)行其灰色絕對關(guān)聯(lián)度εij、灰色相對關(guān)聯(lián)度γij和灰色綜合關(guān)聯(lián)度ρij(ρij=θεij+(1-θ)γij，這里取θ=0.5)的計(jì)算，可得灰色綜合關(guān)聯(lián)矩陣ψ為

(3)

用x表示Yi在式(3)中的序號，記作Yix。若Yix優(yōu)于Yi(x+1)，那么Yix的重要度權(quán)值λ=n-x+1;若Yix準(zhǔn)優(yōu)于Yi(x+1)，那么Yix的重要度權(quán)值λ=n-x+μ[10]。μ是一個(gè)分辨因子，定義域?yàn)閇0，1]，μ越大時(shí)優(yōu)勢程度越大，一般取μ=0.5。

可得Yi的權(quán)系數(shù)λ=(1.5，4.5，2.5，3.5，0.5)，歸一化后可得權(quán)系數(shù)(α1,α2,α3,α4,α5)=(0.12，0.36，0.20，0.28，0.04)。

專家評估能力得到能力因子(l1,l2,l3,l4,l5)=(0.9,0.8,0.8,0.7,0.9)。

同理，可以通過專家打分確定操作人員水平、突發(fā)應(yīng)對能力和地面指揮能力這三項(xiàng)能力的權(quán)系數(shù)(β1,β2,β3)=(0.35,0.2,0.45)，通過操作考核可以確定以指令操作正確率、操作時(shí)間、任務(wù)圓滿程度等為基本評分標(biāo)準(zhǔn)的能力因子值，可得(s1,s2,s3)=(0.9,0.8,0.9)。對于突防概率可以采用類似的方法，經(jīng)專家評估得到能力因子(p1,p2)=(0.9,0.8)，權(quán)系數(shù)(γ1,γ2)=(0.5,0.5)。

將這些值帶入式(2)中，可得

E=SPADC=0.88×0.85×0.79×0.65

=0.39

6結(jié)語

本文將ADC模型應(yīng)用于偵察校射無人機(jī)的系統(tǒng)效能評估研究中，在體系作戰(zhàn)背景下考慮了保障度因素和突防因素，對該模型的結(jié)構(gòu)和求解方法進(jìn)行了改進(jìn)，為偵察校射無人機(jī)的發(fā)展提供了參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期：2016年1月4日,修回日期：2016年2月21日

作者簡介：陳亮，男，碩士研究生，研究方向：裝備管理工程。

中圖分類號E917

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.030

UAV Operational Effectiveness Evaluation Model in System Combat

CHEN Liang

(Graduate Team 1, Army Officer Academy, Hefei230031)

AbstractBased on the classical ADC model, an improvement of scout and adjust UAV operational effectiveness evaluation model in system combat is put forward after considering guarantee degree and penetration factor, and the operational effectiveness evaluation index system is established, and the solving method of the model is given.

Key Wordssystem combat, scout and adjust UAV, operational effectiveness evaluation