基于灰色关联分析的无人机集群作战能力需求分析

贠栋栋，李五洲

陆军航空兵学院

作战能力需求分析是装备需求论证的核心环节，也是影响装备质量发展的重要因素。本文采用基于灰色关联分析的方法对无人机集群系统的作战能力需求展开分析，并对无人机集群系统作战能力的重要程度进行排序，进而为作战能力需求分析提供可靠的参考依据。

军事斗争形态对无人机集群作战能力提出了更高要求，无人机集群的作战任务正从战场侦察、通信中继等支援任务向察打一体、攻击等任务扩展。由近年爆发的几次局部冲突可知，虽然当前无人机集群尚未达到高度自主协同的智能化水平，但在实战中却展现出较高的效费比和作战效能。

无人机集群任务需求分析

任务需求是装备作战能力的具体表现形式，也是作战能力需求分析的基础环节。无人机集群系统的任务需求是指，为满足军事斗争的需要，无人机集群系统在作战中所应担负的任务类型，以及完成作战任务所应达到的标准要求。本文从作战运用入手并结合相关军事理论，阐述无人机集群系统的任务需求。

无人机集群作战运用

无人机集群可由不同机型的无人机组成异构无人机集群，也可由相同机型的无人机搭载不同功能的任务载荷组成同构无人机集群。本节结合近年的实战案例和国内外无人机集群项目的研究成果，分析无人机集群在当今信息化、智能化战争中的运用方式。

1.战场侦察

相比卫星侦察，无人机集群侦察具有时效性强、准确性高等优势，集群内的单机可挂装可见光照相机、标准或微光摄影机、红外热成像仪、雷达等不同任务载荷，协同对敌方主要部署和重点目标实施全方位侦察，完成侦察、监视和预警任务。

2.通信中继

无人机集群加装“机载通信节点”等通信中继设备，建立强大的冗余通信中继链路，提高装备的生存能力。当网络中的单个节点遭到攻击后，其他节点能够快速替补无法工作的通信节点，恢复网络的通信功能。通信中继无人机集群可执行复杂地形条件下指挥控制系统的远程通信、攻击性武器制导信号传输等任务。

3.电子干扰

无人机集群采取佯动战术，充当诱饵，携带电子干扰设备模拟不同型号、数量的战机，形成虚假战场目标，诱骗敌预警雷达或其他防空探测设备开机，以截获雷达频率，发现敌方阵地，反辐射武器进而获得打击机会。同时，电子干扰设备也可直接对敌方无线通信和电子系统进行有源干扰，或者集群无人机直接携带箔条、金属干扰丝等诱饵对敌实施无源干扰。

4.有人-无人协同作战

无人机集群在前攻击，有人机在后指挥控制，无人机集群与有人机协同完成作战任务，可降低作战成本和风险。集群无人机可作为有人机的僚机，凭借机动性高、智能化协同控制能力强等优势，执行协同突击、火力打击等任务，保障有人机和飞行员的安全。

5.物资运送

相比于有人机或地面车辆运送物资，无人机集群在高危战场环境中运送物资和补给，安全程度更高，时效性更强。根据物资的数量和重量，作战单元可适当扩大或减小无人机集群的规模，实现灵活、高效、精准的战场运送保障能力。

6.集群攻击

根据任务需要，集目标侦察、情报处理和火力打击等功能于一体的无人机集群，深入敌方纵深，对关键目标或高危目标实施多角度、多方式、多波次的集群攻击。集群攻击是无人机集群的高级运用方式，要求无人机集群具备高度自主协同能力，体现了智能化集群技术在实战中的应用。

任务需求描述

通过分析无人机集群系统的战场应用，结合作战概念及作战行动的定义，本文将无人机集群的任务需求描述为：为有效履行新时期军队历史使命，无人机集群在作战行动中遂行战场侦察、通信中继、电子对抗、目标打击、物资运送等任务，也可与有人直升机协同作战，完成协同突击、集群攻击等任务，具体表述详见表1。

表1 无人机集群系统的任务需求。

无人机集群作战能力指标体系分析

本节分析作战任务与作战能力的关联程度，对无人机集群系统的作战能力进行分类解析，进而完成作战能力指标体系构建。

作战任务与作战能力的关联程度

根据无人机集群系统的功能和组成，无人机集群作战能力可分为单机能力、群体协同能力和系统通用能力三种类别。其中，单机能力是指集群内单架无人机所具备的能力，主要包括基本能力，以及生存、数据通信、战场侦察、电子对抗、目标打击等专项能力；群体协同能力是无人机集群系统的特性，也是其作战能力的核心指标，反映了群体之间相互配合、协同感知、判断、决策和行动的整体能力，是支撑无人机群体智能涌现的要素集合，反映了群体能力大于单体简单叠加的能力，主要包括态势感知、判断、决策、通信、协同控制等能力；系统通用能力是指无人机集群系统的环境适应性、可靠性、维修性、保障性、安全性等特性应达到的要求，除不同作战行动对环境适应性的要求有所不同外，各类作战行动对可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性等特性的要求一般差别不大。

由于作战任务与作战能力并非一一对应，同一作战任务可能须要多种作战能力的支持，且支持程度不同。因此，标志性能力（A）、关键性能力（B）、一般性能力（C）和无关性能力（O）可描述作战能力对作战任务的支持程度。无人机集群系统作战任务与作战能力的关联程度如表2所述。

表2 无人机集群系统作战任务与作战能力的关联程度。

作战能力指标体系构建

装备作战能力指标体系必须全面、系统地反映装备作战能力的所有要素。因此，体系构建过程一定要遵循系统性、科学性、导向性以及定性与定量相结合的原则。

单机能力、群体协同能力、系统通用能力可定性为无人机集群系统的一级能力。根据一级能力的功能与特点，单机能力可分解为基本能力、生存能力等六种二级能力；群体协同能力分解为态势感知、判断决策等四种二级能力；系统通用能力可直接定性为二级能力，并可分解为环境适应性、可靠性等六种特性；而后，上述二级能力进一步分解为若干三级能力。由此构建无人机集群系统作战能力指标体系，如图1所示。

图1 无人机集群系统作战能力指标体系架构图。

作战能力需求重要度分析

装备作战能力需求的重要度分析是指结合专家和任务分队指挥员的建议及客户需求，对装备作战能力需求的重要程度进行量化排序。作战能力重要度分析可为装备作战能力需求分析提供重要的参考依据。本文采用基于灰色关联分析的质量功能配置（Quatity Function Deployment，QFD）方法，简称GQFD(Grey QFD)法，对无人机集群系统作战能力的重要度进行排序。

GQFD法是国内相关研究团队结合灰色系统理论，对传统的产品质量功能配置方法（QFD方法）进行了改进和优化。针对QFD方法确定顾客需求的重要度存在主观性强、准确性差的缺点，GQFD法利用灰色关联分析，并根据作战行动序列与作战能力序列的灰色关联度计算结果，构建灰色关联矩阵，然后利用优势分析得到作战行动需求的重要度，建立QFD质量屋，计算出装备作战能力需求的重要度，最后对重要度进行排序。全过程对输入数据进行预处理，以作战行动需求为牵引，定性分析转为定量分析，较好地排除人为因素的影响，结果更加客观、精确，提高了整体可信度。基于GQFD法的分析过程详见图2。

图2 基于GQFD法的分析流程图。

任务需求和能力需求确定

根据无人机集群系统作战任务需求和作战能力需求分析，本文构建的无人机集群系统作战任务需求序列为：

Xi={xi(1),xi(2),…,xi(n),i =1,2,…,5}

作战能力需求序列为：

Yj={yj(1),yj(2),…,yj(n),j=1,2,…,11}

作战任务需求及作战能力需求的分类如表3所述。

表3 无人机集群系统作战任务需求及作战能力需求分类表。

基于GQFD法的需求分析

本案例邀请16名专家和任务分队指挥员，按照无人机集群系统的5项作战任务需求及11项作战能力需求的重要程度，采用1 ～9级标度法对任务需求和作战能力需求进行打分，分值1～9依次代表重要度等级，其中1为不重要，9为非常重要。具体分值统计如表4所述。

表4 无人机集群系统作战任务需求及作战能力需求评分统计表。

表4中的数据经整理可得：

用εij、γij、ρij分别表示任务需求序列Xi与作战能力需求序列Yj的灰色绝对关联度、 灰色相对关联度以及灰色综合关联度，计算公式如下所述。

1.灰色绝对关联度计算

由式(1)～(9)可计算出无人机集群系统任务需求与作战能力需求的灰色综合关联矩阵：

4.作战任务需求重要度的绝对权值计算

5.作战能力需求的重要度计算

本节构建作战能力需求的质量屋，将Xi的绝对权值λi及灰色综合关联矩阵Ψ代入质量屋，而后按照传统QFD法进行质量功能展开，得到无人机集群系统作战能力需求Yi的重要度及排序关系，详见表5。

由 表5可知，Y8＞Y2＞Y3=Y4＞Y5＞Y9＞Y10＞Y6＞Y7＞Y11＞Y1，说明无人机集群系统作战能力需求的重要程度依次为判断决策能力、生存能力、数据通信能力、目标侦察能力、电子对抗能力、通信中继能力、协同控制能力、目标打击能力、态势感知能力、通用能力、基本能力。

表5 无人机集群系统作战能力需求的重要度及其排序表。

本节构建作战任务需求与作战能力需求的质量屋，对作战能力需求的重要程度进行排序，完成了无人机集群系统作战任务需求与作战能力需求关联程度的定性分析及定量描述，为无人机集群系统作战能力需求分析提供可靠的参考依据。

总结

本文采用基于灰色关联分析的质量功能配置方法对无人机集群系统作战能力需求进行分析，在一定程度上克服了传统QFD方法存在的主观性强、准确性差的缺陷。本文仅对无人机集群系统作战能力需求的部分内容和分析流程进行简要阐述，涉及任务需求分析、作战任务与作战能力的关联程度分析、作战能力指标体系构建等内容，仍须要利用大量文献资料和试验数据进行深入研究，以全面客观地满足装备作战能力需求分析的实践要求。