反無人機蜂群作戰效能評估

焦士俊，劉 銳，劉劍豪，王冰切

(1.空軍預警學院，湖北 武漢 430019；2.解放軍94860部隊，江蘇 南京 210046)

0 引 言

近年來，隨著網絡、人工智能、自主系統、大數據等前沿技術的發展與應用，無人作戰系統得到了迅猛發展，無人機蜂群作戰也正在由概念變成現實，從理論走向實踐。2019年3月14日，伊朗革命衛隊在波斯灣海域使用50架國產RQ-170及大批其他型號無人機進行大規模無人機編隊實兵演習，無人機群飛越1 000 km并成功摧毀預定目標，警示我們必須高度關注無人機蜂群即將帶來的安全威脅。

反無人機蜂群作戰使用的手段多、裝備復雜，過多手段共同使用必然會造成指揮混亂，資源浪費。因此，合理搭配作戰手段、選取最優作戰方案既可以提高作戰的效費比，又可以降低指揮控制的難度。提高體系作戰效率，是決定戰斗勝負的關鍵。因此，本文主要研究反無人機蜂群作戰效能評估，重在建立一套反無人機蜂群電子對抗作戰效能評估指標體系，提出一種實用的優選作戰方案的評估思路。

1 反無人機蜂群作戰效能評估指標體系

目前，各國都在大力發展反無人機技術手段，主要有電磁干擾、定向能武器、網捕等，根據特點和效果可分為探測跟蹤型、干擾對抗型、毀傷打擊型等三大類型。反無人機蜂群作戰效能評估根據上述手段，從偵察、欺騙、軟殺傷、硬摧毀4類評估準則建立指標體系，偵察分為雷達偵察、無線電偵察和光電/紅外偵察，欺騙分為偽裝欺騙和布設誘餌，軟殺傷分為無線電干擾、導航干擾、鏈路奪控和幕型武器捕控，硬摧毀分為激光打擊、高功率微波攻擊和火力打擊，如圖1所示。

除某些與目標有關的評估指標需要通過計算獲取外，大部分指標均為已知裝備的內置參數或通過裝備進行顯示得到，在此以“大疆”無人機群為目標，對各指標進行詳細解釋。

1.1 雷達偵察

(1) 最大探測距離，是指該雷達最遠發現無人機蜂群的距離，探測距離越大，對防御越有利。最大探測距離與無人機的有效截面積有關，公式為：

(1)

式中：Pt為雷達發射功率；Gt為雷達發射天線增益；nσ為n架無人機有效截面積；Pamin為最小可檢測信號功率。

(2) 目標跟蹤數量，是指該雷達可以同時跟蹤群目標中單機數量，通過分析航跡確定，數量越多，對防御越有利。

(3) 裝備數量，是指防御一方配備的雷達數量，數量越大，偵察效果越好，對防御越有利。

1.2 無線電偵察

(1) 測向精度，是無線電偵察裝備主要的性能參數之一，精度越大，對防御越有利。

(2) 測頻范圍，是指該裝備可以覆蓋的頻段范圍，范圍越大，對防御越有利。

(3) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，偵察效果越好，對防御越有利。

1.3 光電/紅外偵察

(1) 最大探測距離，是指針對“小精靈”無人機的最大告警距離，距離越大，對防御越有利。

(2) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能光電/紅外偵察裝備的數量，數量越大，偵察效果越好，對防御越有利。

1.4 偽裝欺騙

主要指物理偽裝，如偽裝網、假目標、煙幕遮障等等，針對無人機的探測性能，大致區分為紅外、可見光、微波等類型的偽裝或欺騙。

(1) 偽裝面積，是指偽裝設備可以掩護的有效面積，面積越大，對防御越有利。

(2) 欺騙類型數量，使用的欺騙裝備可以防護的敵偵察類型的數量，數量越多，偽裝、欺騙效果越好，對防御越有利。

1.5 布設誘餌

主要是電子偽裝，如雷達誘餌、模擬信號發射器等等。

(1) 誘餌數量，是指布設誘餌的種類及數量，數量越大，對防御越有利。

(2) 頻段范圍，是指誘餌可以覆蓋的頻段范圍，范圍越大，誘騙效果越好，對防御越有利。

1.6 無線電干擾

(1) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，干擾效果越好，對防御越有利。

(2) 干擾距離，是指無線電干擾裝備可以干擾無人機指揮通信的最大距離，距離越大，對防御越有利。根據公式：

(2)

式中：Pj、Gj為干擾機發射功率、發射天線增益；Pt、Gt為敵通信發射功率、發射天線增益；Rj、Rt為干擾機干擾距離和敵通信距離；Kj為干擾壓制系數。

(3) 干擾頻段，是指無線電的頻率覆蓋范圍，范圍越大，對防御越有利。

(4) 干擾功率，是指該裝備的發射功率，功率越大，效果越好，對防御越有利。

1.7 導航干擾

(1) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，干擾效果越好，對防御越有利。

(2) 干擾距離，是指導航干擾裝備可以干擾無人機導航信號的最大距離，距離越大，對防御越有利。

(3) 干擾類型數量，常見的導航系統有GPS系統、北斗衛星系統、“伽利略”系統、GLONASS系統等，導航干擾裝備可以干擾的類型越多，對防御越有利。

(4) 干擾功率，是指該裝備的發射功率，功率越大，效果越好，對防御越有利。

1.8 鏈路奪控

在獲取敵無人機詳細參數的基礎上，通過干擾切斷其與敵通信聯系，并向其注入假命令，達到迫降或為我所用的目的。

(1) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，對防御越有利。

(2) 奪控架次，是指該裝備可以同時奪控的無人機的數量，數量越大，對防御越有利。

(3) 奪控模式，是指該裝備要使敵無人機達到的目的，區分為迫降和控制2種模式，控制對我防御更有利。

1.9 幕型武器捕控

這種武器采用攜帶紅外近距離傳感器的管型發射裝置，可噴射泡沫或網罩，破壞其飛行，從而使無人機迫降。

(1) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，對防御越有利。

(2) 作用距離，是指該裝備可以將網或泡沫發射出去的最大距離，距離越大，對防御越有利。

(3) 作用面積，是指發射出的網或泡沫可以防御的面積大小，面積越大，對防御越有利。

1.10 激光打擊

激光武器受天氣影響較大，在此研究理想條件下的武器性能參數。

(1) 有效打擊距離，是指激光武器可以對無人機形成有效殺傷的最大距離，距離越大，對防御越有利。

(2) 單次出光時長，是指激光武器每次發射激光最長持續時間，時間越長，打擊成功率越高，對防御越有利。

(3) 火力轉移時間，是指激光武器兩次打擊間隔的最短時間，時間越短，單位時間內打擊無人機數量越多，對防御越有利。

(4) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，打擊效果越好，對防御越有利。

1.11 高功率微波攻擊

發射大功率電磁脈沖，通過天線進入目標系統內部擊穿和燒毀電子元器件，從而毀傷無人機，與激光武器相比，作用距離更遠，受天氣影響更小，具備大面積殺傷能力。

(1) 波束寬度，是指發射微波的波束寬度，決定了防御面積的大小。同等發射功率下，寬度越大，對防御越有利。

(2) 發射功率，是指發射電磁脈沖的功率，功率越大，對防御越有利。

(3) 頻段范圍，是指該武器設定的打擊頻段范圍，范圍越大，對防御越有利。

(4) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，對防御越有利。

1.12 火力打擊

火力打擊是反無人機蜂群作戰的最末端的防護手段，分為精準打擊火力和密集攔截火力。

(1) 打擊效費比，是指防御一方成本消耗與打掉的無人機成本的比值，效費比越高，對防御一方越有利。

(2) 火力轉移時間，是指火力打擊武器兩次打擊間隔的最短時間，與裝備性能、操作熟練程度等有關，時間越短，單位時間內打擊無人機數量越多，對防御越有利。

(3) 裝備數量，是指防御一方配備的同功能裝備的數量，數量越大，對防御越有利。

2 評估體系中各指標權重的確定

目前常用的權重確定方法有：層次分析法(AHP)、模糊層次分析法(FAHP)、專家調查法(德爾菲法)、環比評分法、關聯矩陣法(古林法)和直接打分法等[1]，它們都存在各自的優缺點，在不同領域的評估問題中具有廣泛的應用。對于反無人機蜂群作戰效能的評估，由于其評估指標體系采用分層結構，對評估指標權重進行量化處理時需要較高的精度，用戶無法精確地給出自己的需求等，因此優先使用模糊層次分析法。具體確定過程如下[2]：

首先計算準則層B對目標層A的權重向量。

(1) 建立準則層的三角模糊數互補判斷矩陣：

(2) 計算期望值矩陣、正反判斷矩陣：

最大實特征根λmax=4.072 5

(3) 對正反判斷矩陣H進行一致性檢驗：

IC=(λmax-k)/(k-1)=(4.072 5-4)/(4-1)=0.009 1，IR=0.9，RC=IC/IR=0.026 9<0.1，因此矩陣H滿足一致性檢驗。

(4) 計算該矩陣的模糊評價值、期望值：

(5) 對期望值矩陣歸一化處理，可得準則層權重向量：

αA=(0.324 8,0.175 2,0.285 8,0.137 0)

(6) 同理可求出指標層B的權重向量分別為：

αB1=(0.489 3,0.288 8,0.222 0)

αB2=(0.549 9,0.450 1)

αB3=(0.287 4,0.362 2,0.212 6,0.137 8)

αB4=(0.311 2,0.410 9,0.277 9)

各指標Ci最終權重為：αB=(0.158 9,0.093 8,0.072 1,0.096 3,0.078 9,0.082 1,0.103 5,0.060 8,0.039 4,0.042 6,0.056 3,0.038 1)

(7) 同理可求出指標層C的權重向量分別為：

αC1=(0.410 9,0.311 2,0.277 9)

αC2=(0.483 9,0.288 8,0.222 0)

αC3=(0.525 0,0.475 0)

αC4=(0.549 9,0.450 1)

αC5=(0.599 9,0.400 1)

αC6=(0.237 5,0.337 3,0.137 8,0.287 4)

αC7=(0.175 2,0.324 8,0.137 0,0.285 8)

αC8=(0.277 8,0.399 4,0.322 2)

αC9=(0.277 9,0.410 9,0.311 2)

αC10=(0.362 2,0.287 4,0.212 6,0.137 8)

αC11=(0.287 4,0.337 3,0.237 5,0.137 8)

αC12=(0.483 9,0.288 8,0.222 0)

各指標Di最終權重為：

αB=(0.065 3,0.049 4,0.044 2,0.045 4,0.027 1,0.020 8,0.037 9,0.034 2,0.053 0,0.043 3,0.047 3,0.031 6,0.019 5,0.027 7,0.011 3,0.023 6,0.018 1,0.033 6,0.014 2,0.029 6,0.016 9,0.024 3,0.019 6,0.010 9,0.016 2,0.012 3,0.015 4,0.012 2,0.009 1,0.005 9,0.016 2,0.019 0,0.013 4,0.007 8,0.018 4,0.011 0,0.008 5)

3 算例分析

反無人機蜂群作戰體系中手段組合多樣，可選方案復雜，計算工作量大，如果通過人或輔助軟件來計算難以滿足作戰快、穩、準的需求，因此該模型的實現需要依靠云計算、大數據等智能化的指揮系統，可以根據戰場情況，作戰目標利用上述評估體系智能地從幾百種組合中提供幾種最優作戰方案，供指揮員決策。隨著科技的快速發展，這種智能化指揮系統的出現不會很遙遠。

本文為了驗證這種方法的結果是否可靠，是否具有使用價值，假設在具備智能化指揮系統的基礎上，將實兵模擬演練中參加試驗的17型裝備按照功能組合為幾百種方案，我們選取其中3種，以10架“大疆”無人機群模擬無人機群目標，利用建立的指標體系和求出的指標權重，通過評估、比較3種方案的作戰能力值，選取3種方案中的最優作戰方案。各指標取值如表1所示。

表1 各指標實兵驗證值

再根據最終權重，可以求出每種方案的評估值如表3所示。

通過評估值的綜合比較，選取的3種方案中，方案1的作戰效果最好，其次是方案3、方案2，與實兵驗證結果基本相符。需要強調的是方案1僅是這3種方案的最優方案，不一定是幾百種方案中的最優方案，還需要通過智能指揮系統通過高科技手段對所有方案進行綜合選擇。

4 結 論

文章結合目前的反無人機作戰手段和無人機蜂群作戰特點，從偵察、欺騙、軟殺傷和硬摧毀4個方面構建了反無人機蜂群作戰效能評估體系，依托智能指揮系統，優選作戰方案，提供指揮決策效率，并結合訓練任務進行了實兵驗證。本文中模型構建較理想，在實際作戰過程中，受目標類型、戰場環境等影響，評估體系可能需要進一步完善。

按照目前無人機技術的發展趨勢，無人機蜂群對未來戰爭的影響可能遠不止襲擾、偵察等單項任務，未來可能融入所有武器系統之中，既可以無人機之間組網，也可以無人機與有人機組網，甚至實現無人機與衛星、地面裝備、艦船組網，科幻電影中的星球大戰也可能隨著無人機蜂群的發展逐漸變為現實，并且現代科技發展日新月異，感覺遙不可及的事情可能很快就會發生。因此，我軍要立足長遠，盡早謀劃，加快反無人機蜂群技術裝備研究，構建一體化聯合防御體系，尤其是提高武器裝備的智能化水平，通過各種模型、算法為指揮機構提供最優的作戰方案，提高作戰效率。

表2 各指標規范化處理值

表3 不同作戰方案評估值