无人机协同下远程火箭炮作战能力评估

姜进晶，汪民乐，姜 斌

（火箭军工程大学，西安 710025）

0 引言

无人机作为陆军新型侦察装备，具有看得远、辨得清、校得准等特点。运用无人机协同远程火炮作战，可以实现由无人机对战斗地域进行大纵深、多方位、高精度、全天候的侦察监控，能有效解决远程火箭炮火力突击过程中的目标搜索定位、战场态势观察、毁伤效果评估等现实难题。无人机协同远程火箭炮作战是陆军远程火力打击的重要作战样式，探索两者协同下的作战能力评估，对推进炮兵新质力量融入作战体系、提高部队实战化训练水平，以及完善武器装备作战能力评估理论体系都具有十分重要意义［1］。

1 无人机协同远程火箭炮作战运用

1.1 无人机协同远程火箭炮作战的实施方法

1.1.1 明确侦察地域和突出重点目标

侦察地域由炮兵群指挥所依据上级的作战意图确定。无人机实施预先航空照相侦察，拍摄航空照片，使用解析定位和立体判读，由专业力量利用情报分析系统对侦察情报信息进行分析研究，确定需要打击的目标，选择敌人可能集结的地域和部队机动可能经过的道路，并预设阻击点，统一对目标编号，并通报给远程火箭炮分队。由于无人机执行任务组织程序相对复杂，隐蔽性不高，且受续航时间限制，所以，无人机在完成侦察任务时要突出重点目标［2］。

1.1.2 合理选择机载设备和规划航线

战斗准备阶段，通常采用画幅照相机对重要目标，如指挥机构、通信枢纽、战术导弹等兵器配置的位置实施侦察定位，其目标参数在作战前即可获得，目标定位的精度满足保障远程火箭炮射击的要求。无人机定位校射计算机系统实施图像传输在战斗准备阶段和战斗实施阶段都可以采用，尤其对在战斗实施过程中处于机动状态的目标或临时出现的目标，可使用无人机定位系统决定目标坐标。夜间可采用前视红外侦察对敌夜幕下兵力、兵器机动和构工伪装等作战行动实施侦察。为提高无人机的安全和达到侦察的突然性，必须合理编制近地隐蔽飞行图［3］。拟制飞行路线要避开敌防空火力控制区以及火箭弹的飞行弹道，在起飞点与侦察地域间选择最佳的航线。

1.1.3 高效组织火力指挥与协调

指挥与协调是无人机保障远程火箭炮作战的重要内容。无人机侦察的情报数据和实时图像需要传输给炮兵群指挥所和远程火箭炮分队，指挥所根据战场情况不断给无人机分队下达侦察任务。无人机和战役军团火力协调部门、炮兵群指挥所、远程火箭炮分队之间建立一套实时图像和数据传输网络，达到无人机侦察情报资源共享的目的。无人机侦察的图像信息由微波通信传输到指挥所，对于数据情报通过炮兵自动化指挥系统传输。

1.1.4 精确实施毁伤效果评估

运用无人机保障远程火箭炮火力打击效果评估，是目前检验远程火力打击最为有效的办法。其主要过程包括评估信息采集、评估信息传递和处理、对目标毁伤效果的评估，工作原理是：当远程火箭炮对目标实施火力打击时，无人机在目标上空盘旋，通过电视侦察设备进行实时侦察，观察射击效果，将射击偏差量和射击后的目标状态实时传递给指挥所，以决定是否继续实施火力打击。

1.2 典型作战过程分析

无人机分队配属给远程火箭炮分队后，远程火箭炮分队向其介绍有关敌我情况、侦察目标和火力打击任务，确定协同方式，随后区分技术阵地和发射阵地展开战斗准备。作战中，无人机飞抵目标区域上空并传输电视图像，当地面控制站发现打击目标后，立即向无人机发出指令，控制无人机在打击目标上空盘旋，对目标进行定位，将目标情报数据（坐标、特征、幅员等），通过数据传输上报作战指挥所，指挥所对目标信息进行分析处理，决定目标射击诸元，确定弹药消耗量及射击方法，并向远程火箭炮阵地下达射击命令。远程火箭炮发射后，无人机观察炸点，并将目标毁伤情况反馈给指挥所，指挥所根据无人机反馈信息，评估毁伤效果，确定是否对目标进行二次打击［4］。根据无人机协同条件下远程火箭炮作战任务和作战特点，其作战能力体现在实施远程火力突击的全过程中，主要事件和时间节点如图1 所示。

图1 无人机协同条件下远程火箭炮作战过程描述

1.3 面临的威胁及对抗条件分析

无人机协同条件下远程火箭炮在作战中面临的威胁主要来自两个方面：一是远程火箭炮面临敌远程炮兵和陆军航空兵直升机的威胁；二是无人机面临敌防空导弹和高炮的威胁。炮兵武器装备受到打击是由敌方发现目标、决定实施打击、毁伤这一时间相继的过程［5］。

表1 美军主要压制火炮的性能指标

表2 美陆军近程低空防空武器的性能指标

1.4 作战能力评估目标及评估条件确立

1.4.1 评估目标确定

探索无人机协同条件下远程火箭炮作战能力评估的有效方法，通过对无人机和地面观察所两种保障方式的对比评估，显示出无人机保障的优越性；通过分析系统的各种因素在整个系统作战能力中所起作用，找出薄弱环节，为无人机协同远程火箭炮作战运用与训练提出合理建议。

1.4.2 评估条件确定

武器系统的作战能力是指在一定条件下，该武器系统被作战兵力用来执行作战任务时所具有的本领，是其自身的特性，刻画武器系统所能完成的任务，它由武器装备、官兵素质、作战任务、作战环境等因素综合决定［6］。本文假定作战对象为美军模块化战斗旅，考虑对抗因素，对我方远程火箭炮和无人机进行侦察与打击的装备编配、战斗原则按照美军实际作战情况运用。作战环境中，自然环境取简化的理想条件，即不考虑风、雨、雾、沙尘等天候环境对武器系统作战的影响；战场环境，考虑来自敌方侦察和火力打击的威胁以及电磁干扰，不考虑敌特袭扰和化学袭击等其他敌方攻击手段。

1.4.3 作战能力评估的基本步骤

1）系统分析影响无人机协同下远程火箭炮作战能力的基本因素和性能指标。将无人机保障和地面观察所保障射击两种情况进行对比，忽略影响作战能力的相同基本因素或效能指标，只找出二者不同的基本因素和效能指标，并选择地面观察所保障时的效能指标作为基准。

2）根据实验数据或经验数据，采用层次分析法，确定影响因素或性能指标的相对重要参数，得到判断矩阵，并计算每个指标因素的权重。

3）利用武器系统效能指数数学模型，对战技术指标量化计算，并得出结论。假设地面观察所保障时作战能力指数为100，并以此为参考，采用幂指数法，求出无人机协同下远程火箭炮的作战能力指数［6］。

2 评估指标体系建立及指标值分析

2.1 评估指标体系建立

通过分析无人机协同远程火箭炮作战实施方法、作战流程并考虑攻防对抗因素，无人机协同下的远程火箭炮作战能力主要依赖于以下条件：目标的探测识别和定位能力、协同作战过程中的指挥控制能力、远程火箭炮的火力打击能力、战场生存能力以及综合保障能力。为了保证评估指标体系的科学性、系统性、可行性以及简洁性，将无人机保障和地面观察所保障射击两种情况进行对比，忽略影响作战能力的相同基本因素或效能指标，只找出二者不同的基本因素和效能指标。根据以上分析建立指标体系如下页图2 所示。

图2 无人机协同条件下远程火箭炮作战能力层次分析图

2.2 末端指标的标准化

指标值的确定是地面观察所和无人机两种侦察保障方式下远程火箭炮作战能力评估对比的前提，对最终的对比结果有较大影响。由于评估指标体系中既有定性指标又有定量指标，且各指标单位不同、描述方式不同，这使得能力评估结果难以用数量化的形式表示。为了便于评估运算，使评估结果更加直观和便于理解，需要对指标值进行标准化处理。本文针对不同指标的性质采用的标准化方法主要有：专家评价法、评价函数法［7］。

2.2.1 专家评价法

对定性指标的量化处理，较常用的是专家评价法，即相关领域专家运用其专业知识对某个指标的好坏程度进行打分评价。为了使指标值更加符合实际，本文采用三值法。领域专家给出指标的3 种量化值：1）最可能值。在正常条件下，指标所能达到量化值；2）乐观值。在理想条件下，指标所能达到量化值；3）悲观值。在不利条件下，指标所能达到量化值；分别记为m，o，p 。显然，这3 种情况都具有一定的概率，这里认为它们近似服从正态分布，则该指标的值a 可按下列公式计算：

例如：某位专家对目标获取能力下属指标目标处理能力打分，乐观值为0.9，最可能值为0.75，悲观值为0.7，根据上述公式可得该指标值为0.76。多位专家的打分可以加权平均，以使打分更加贴近实际。

2.2.2 评价函数模型

对定量指标的标准化，可以用构造评价函数模型的方法。构造评价函数模型时应给出指标完全满足时的数量值、满足时的量化值与不满足时的量化值，然后建立评价曲线，最后根据曲线方程，代入指标的实际值，求得指标的量化值。评价函数模型的确定可以采用系统分析法、计算机模拟仿真法，也可以利用专家的经验判断，建立恰当的定量化模型来获得。

1）“极大值”，即指标值越大，评估值越大，极大值指标的标准化处理函数：

2）“极小值”，即指标值越大，评估值越小，极小值指标的标准化处理函数：式中，A 为指标处理后的值，A 为指标原始值，M 为该指标可能达到的最大值，m 为该指标可接受的最小值。例如：火力打击能力下属指标火力控制范围属于极大值，该指标最大值和最小值分别为140 和20，原始取值为70，则由公式得到：A=0.41。

综上所述，可分别得定性与定量指标的标准化指标值，文中15 个末端指标值的具体计算过程在此不作过多赘述，详细过程可参考见文献［8］。以地面观察所保障时的能力指标作为基准1，无人机保障与地面观察所保障指标比值列表如下页表3 所示。

表3 无人机保障与地面观察所保障的末端指标比值

3 幂指数法系统分析与作战能力评估

3.1 幂指数法系统分析

幂指数法是评价武器作战能力的一种有效方法。根据幂指数法原理，武器的作战能力指数可表示成：无人机协同下作战能力评价点xij的值取其与基准装备相应评价点能力的比值。

3.2 层次分析法确定各因素的权重

3.2.1 构建判断矩阵

用层次分析法（AHP）求幂指数：根据远程火箭炮作战能力的5 个基本指标构造判断矩阵，判断矩阵是由决策者或专家对影响总目标的各因素两两比较得出，专家对各影响因素进行两两比较，通常采用1-9 比例标度［10］。

3.2.2 计算权重向量

1）计算判断矩阵每行所有元素的几何平均值

若C.R＜0.1，则判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要对判断矩阵进行调整。R.I 是通过表4查询得到。

表4 随机一致性指数R.I

综上所述，利用MATLAB 编程计算，得出各层级权重向量如表5 所示。

表5 各层级权重

3.3 综合指数计算

将各层次的指标值和对应权重代入式（7）和式（8），通过计算可得到无人机协同保障和地面观察所保障两种情况下，远程火箭炮武器系统的作战能力综合指数如表6 所示［11-12］。

表6 远程火箭炮武器系统的作战能力综合指数

3.4 作战能力分析与评估结论

由上述的分析计算可得出以下结论：

1）无人机协同保障下远程火箭炮的作战能力指数（114.38）比地面观察所保障时的作战能力指数（100）要高，显然是由目标获取能力、火力打击能力、战场生存能力得到了提高，与实际情况相符，本文所采用的算法可靠有效；

2）对比目标获取、指挥控制、火力打击、战场生存、综合保障5 种能力可以看出，无人机协同下远程火箭炮作战的指挥控制能力和综合保障能力还有待优化提升，要作为今后训练重点改进的重点内容。

4 结论

无人机作为陆军新型侦察装备具有看得远、辨得清、校得准等特点。运用无人机协同远程火箭炮作战，可以实现由无人机对战斗地域进行大纵深、多方位、高精度、全天候的侦察监控，能有效解决远程火箭炮火力突击过程中的目标搜索定位、战场态势观察、毁伤效果评估等现实难题。可以说，无人机协同远程火箭炮作战是目前战役炮兵现有装备的最佳组合，能够最大限度地发挥两种武器系统的作战效能。