基于灰色關聯分析的無人機集群作戰能力需求分析

贠棟棟，李五洲

陸軍航空兵學院

作戰能力需求分析是裝備需求論證的核心環節，也是影響裝備質量發展的重要因素。本文采用基于灰色關聯分析的方法對無人機集群系統的作戰能力需求展開分析，并對無人機集群系統作戰能力的重要程度進行排序，進而為作戰能力需求分析提供可靠的參考依據。

軍事斗爭形態對無人機集群作戰能力提出了更高要求，無人機集群的作戰任務正從戰場偵察、通信中繼等支援任務向察打一體、攻擊等任務擴展。由近年爆發的幾次局部沖突可知，雖然當前無人機集群尚未達到高度自主協同的智能化水平，但在實戰中卻展現出較高的效費比和作戰效能。

無人機集群任務需求分析

任務需求是裝備作戰能力的具體表現形式，也是作戰能力需求分析的基礎環節。無人機集群系統的任務需求是指，為滿足軍事斗爭的需要，無人機集群系統在作戰中所應擔負的任務類型，以及完成作戰任務所應達到的標準要求。本文從作戰運用入手并結合相關軍事理論，闡述無人機集群系統的任務需求。

無人機集群作戰運用

無人機集群可由不同機型的無人機組成異構無人機集群，也可由相同機型的無人機搭載不同功能的任務載荷組成同構無人機集群。本節結合近年的實戰案例和國內外無人機集群項目的研究成果，分析無人機集群在當今信息化、智能化戰爭中的運用方式。

1.戰場偵察

相比衛星偵察，無人機集群偵察具有時效性強、準確性高等優勢，集群內的單機可掛裝可見光照相機、標準或微光攝影機、紅外熱成像儀、雷達等不同任務載荷，協同對敵方主要部署和重點目標實施全方位偵察，完成偵察、監視和預警任務。

2.通信中繼

無人機集群加裝“機載通信節點”等通信中繼設備，建立強大的冗余通信中繼鏈路，提高裝備的生存能力。當網絡中的單個節點遭到攻擊后，其他節點能夠快速替補無法工作的通信節點，恢復網絡的通信功能。通信中繼無人機集群可執行復雜地形條件下指揮控制系統的遠程通信、攻擊性武器制導信號傳輸等任務。

3.電子干擾

無人機集群采取佯動戰術，充當誘餌，攜帶電子干擾設備模擬不同型號、數量的戰機，形成虛假戰場目標，誘騙敵預警雷達或其他防空探測設備開機，以截獲雷達頻率，發現敵方陣地，反輻射武器進而獲得打擊機會。同時，電子干擾設備也可直接對敵方無線通信和電子系統進行有源干擾，或者集群無人機直接攜帶箔條、金屬干擾絲等誘餌對敵實施無源干擾。

4.有人-無人協同作戰

無人機集群在前攻擊，有人機在后指揮控制，無人機集群與有人機協同完成作戰任務，可降低作戰成本和風險。集群無人機可作為有人機的僚機，憑借機動性高、智能化協同控制能力強等優勢，執行協同突擊、火力打擊等任務，保障有人機和飛行員的安全。

5.物資運送

相比于有人機或地面車輛運送物資，無人機集群在高危戰場環境中運送物資和補給，安全程度更高，時效性更強。根據物資的數量和重量，作戰單元可適當擴大或減小無人機集群的規模，實現靈活、高效、精準的戰場運送保障能力。

6.集群攻擊

根據任務需要，集目標偵察、情報處理和火力打擊等功能于一體的無人機集群，深入敵方縱深，對關鍵目標或高危目標實施多角度、多方式、多波次的集群攻擊。集群攻擊是無人機集群的高級運用方式，要求無人機集群具備高度自主協同能力，體現了智能化集群技術在實戰中的應用。

任務需求描述

通過分析無人機集群系統的戰場應用，結合作戰概念及作戰行動的定義，本文將無人機集群的任務需求描述為：為有效履行新時期軍隊歷史使命，無人機集群在作戰行動中遂行戰場偵察、通信中繼、電子對抗、目標打擊、物資運送等任務，也可與有人直升機協同作戰，完成協同突擊、集群攻擊等任務，具體表述詳見表1。

表1 無人機集群系統的任務需求。

無人機集群作戰能力指標體系分析

本節分析作戰任務與作戰能力的關聯程度，對無人機集群系統的作戰能力進行分類解析，進而完成作戰能力指標體系構建。

作戰任務與作戰能力的關聯程度

根據無人機集群系統的功能和組成，無人機集群作戰能力可分為單機能力、群體協同能力和系統通用能力三種類別。其中，單機能力是指集群內單架無人機所具備的能力，主要包括基本能力，以及生存、數據通信、戰場偵察、電子對抗、目標打擊等專項能力；群體協同能力是無人機集群系統的特性，也是其作戰能力的核心指標，反映了群體之間相互配合、協同感知、判斷、決策和行動的整體能力，是支撐無人機群體智能涌現的要素集合，反映了群體能力大于單體簡單疊加的能力，主要包括態勢感知、判斷、決策、通信、協同控制等能力；系統通用能力是指無人機集群系統的環境適應性、可靠性、維修性、保障性、安全性等特性應達到的要求，除不同作戰行動對環境適應性的要求有所不同外，各類作戰行動對可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性等特性的要求一般差別不大。

由于作戰任務與作戰能力并非一一對應，同一作戰任務可能須要多種作戰能力的支持，且支持程度不同。因此，標志性能力（A）、關鍵性能力（B）、一般性能力（C）和無關性能力（O）可描述作戰能力對作戰任務的支持程度。無人機集群系統作戰任務與作戰能力的關聯程度如表2所述。

表2 無人機集群系統作戰任務與作戰能力的關聯程度。

作戰能力指標體系構建

裝備作戰能力指標體系必須全面、系統地反映裝備作戰能力的所有要素。因此，體系構建過程一定要遵循系統性、科學性、導向性以及定性與定量相結合的原則。

單機能力、群體協同能力、系統通用能力可定性為無人機集群系統的一級能力。根據一級能力的功能與特點，單機能力可分解為基本能力、生存能力等六種二級能力；群體協同能力分解為態勢感知、判斷決策等四種二級能力；系統通用能力可直接定性為二級能力，并可分解為環境適應性、可靠性等六種特性；而后，上述二級能力進一步分解為若干三級能力。由此構建無人機集群系統作戰能力指標體系，如圖1所示。

圖1 無人機集群系統作戰能力指標體系架構圖。

作戰能力需求重要度分析

裝備作戰能力需求的重要度分析是指結合專家和任務分隊指揮員的建議及客戶需求，對裝備作戰能力需求的重要程度進行量化排序。作戰能力重要度分析可為裝備作戰能力需求分析提供重要的參考依據。本文采用基于灰色關聯分析的質量功能配置（Quatity Function Deployment，QFD）方法，簡稱GQFD(Grey QFD)法，對無人機集群系統作戰能力的重要度進行排序。

GQFD法是國內相關研究團隊結合灰色系統理論，對傳統的產品質量功能配置方法（QFD方法）進行了改進和優化。針對QFD方法確定顧客需求的重要度存在主觀性強、準確性差的缺點，GQFD法利用灰色關聯分析，并根據作戰行動序列與作戰能力序列的灰色關聯度計算結果，構建灰色關聯矩陣，然后利用優勢分析得到作戰行動需求的重要度，建立QFD質量屋，計算出裝備作戰能力需求的重要度，最后對重要度進行排序。全過程對輸入數據進行預處理，以作戰行動需求為牽引，定性分析轉為定量分析，較好地排除人為因素的影響，結果更加客觀、精確，提高了整體可信度。基于GQFD法的分析過程詳見圖2。

圖2 基于GQFD法的分析流程圖。

任務需求和能力需求確定

根據無人機集群系統作戰任務需求和作戰能力需求分析，本文構建的無人機集群系統作戰任務需求序列為：

Xi={xi(1),xi(2),…,xi(n),i =1,2,…,5}

作戰能力需求序列為：

Yj={yj(1),yj(2),…,yj(n),j=1,2,…,11}

作戰任務需求及作戰能力需求的分類如表3所述。

表3 無人機集群系統作戰任務需求及作戰能力需求分類表。

基于GQFD法的需求分析

本案例邀請16名專家和任務分隊指揮員，按照無人機集群系統的5項作戰任務需求及11項作戰能力需求的重要程度，采用1 ～9級標度法對任務需求和作戰能力需求進行打分，分值1～9依次代表重要度等級，其中1為不重要，9為非常重要。具體分值統計如表4所述。

表4 無人機集群系統作戰任務需求及作戰能力需求評分統計表。

表4中的數據經整理可得：

用εij、γij、ρij分別表示任務需求序列Xi與作戰能力需求序列Yj的灰色絕對關聯度、 灰色相對關聯度以及灰色綜合關聯度，計算公式如下所述。

1.灰色絕對關聯度計算

由式(1)～(9)可計算出無人機集群系統任務需求與作戰能力需求的灰色綜合關聯矩陣：

4.作戰任務需求重要度的絕對權值計算

5.作戰能力需求的重要度計算

本節構建作戰能力需求的質量屋，將Xi的絕對權值λi及灰色綜合關聯矩陣Ψ代入質量屋，而后按照傳統QFD法進行質量功能展開，得到無人機集群系統作戰能力需求Yi的重要度及排序關系，詳見表5。

由 表5可知，Y8＞Y2＞Y3=Y4＞Y5＞Y9＞Y10＞Y6＞Y7＞Y11＞Y1，說明無人機集群系統作戰能力需求的重要程度依次為判斷決策能力、生存能力、數據通信能力、目標偵察能力、電子對抗能力、通信中繼能力、協同控制能力、目標打擊能力、態勢感知能力、通用能力、基本能力。

表5 無人機集群系統作戰能力需求的重要度及其排序表。

本節構建作戰任務需求與作戰能力需求的質量屋，對作戰能力需求的重要程度進行排序，完成了無人機集群系統作戰任務需求與作戰能力需求關聯程度的定性分析及定量描述，為無人機集群系統作戰能力需求分析提供可靠的參考依據。

總結

本文采用基于灰色關聯分析的質量功能配置方法對無人機集群系統作戰能力需求進行分析，在一定程度上克服了傳統QFD方法存在的主觀性強、準確性差的缺陷。本文僅對無人機集群系統作戰能力需求的部分內容和分析流程進行簡要闡述，涉及任務需求分析、作戰任務與作戰能力的關聯程度分析、作戰能力指標體系構建等內容，仍須要利用大量文獻資料和試驗數據進行深入研究，以全面客觀地滿足裝備作戰能力需求分析的實踐要求。