無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)框架初探

蔣平 程志君 王博 姜江 馬少維

摘 要：無人集群在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用剛剛開始，其作戰(zhàn)試驗(yàn)更是一個(gè)尚待研究的課題。本文從無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)的特點(diǎn)分析入手，初步探索了作戰(zhàn)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)框架，提出了作戰(zhàn)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程，包括作戰(zhàn)任務(wù)分析、評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建、影響因素分析、試驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)等，為無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供參考，推進(jìn)無人集群的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人集群;作戰(zhàn)試驗(yàn);設(shè)計(jì)框架;評(píng)估指標(biāo)體系;試驗(yàn)項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：TJ760; V279

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5048（2020）06-0030-06

0 引? 言

裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)是驗(yàn)證和評(píng)價(jià)新型武器裝備作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性和生存性的試驗(yàn)鑒定活動(dòng)[1]。具體來講，裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)是由獨(dú)立作戰(zhàn)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)（通常以參試部隊(duì)為主）負(fù)責(zé)，依據(jù)武器裝備訓(xùn)練與作戰(zhàn)任務(wù)剖面，在近似于實(shí)戰(zhàn)的試驗(yàn)環(huán)境中，運(yùn)用多種試驗(yàn)方法手段，對(duì)武器裝備進(jìn)行外場試驗(yàn)和評(píng)估的過程[2]。裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)關(guān)注的是新裝備能否滿足作戰(zhàn)需求，是裝備建設(shè)鏈條上的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是武器裝備必須經(jīng)歷的“煉金石”，對(duì)于裝備的研制驗(yàn)收和形成戰(zhàn)斗力起到了把關(guān)和推進(jìn)的作用。因此，作戰(zhàn)試驗(yàn)受到了從裝備研制部門、總部到裝備使用單位的普遍重視。但是，裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)仍然是一個(gè)新課題，如何科學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施作戰(zhàn)試驗(yàn)，是迫切需要解決的問題。本文所關(guān)注的軍用無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)，更是一個(gè)全新的領(lǐng)域。

1 無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)

無人集群的概念最初是由無人飛行器（UAV）發(fā)展而來。近年來，隨著智能技術(shù)以及自組網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得眾多無人飛行器可以聚合起來形成具備一定智能的共同完成作戰(zhàn)使命的系統(tǒng)，發(fā)展成為“無人機(jī)集群”[3]。現(xiàn)在軍用無人集群概念已經(jīng)發(fā)展到無人車、無人艇、無人潛航器等無人作戰(zhàn)平臺(tái)的集群，研究和應(yīng)用較多的還是無人機(jī)集群[4-5]。軍用無人集群的特點(diǎn)是：分布式智能協(xié)同和高度的人機(jī)融合協(xié)同[6]。分布式智能協(xié)同改變了高技術(shù)武器裝備發(fā)展強(qiáng)調(diào)“一機(jī)多能”的趨勢，把多個(gè)先進(jìn)的功能集成到一個(gè)平臺(tái)上，造成裝備的造價(jià)昂貴、損失大，而將不同的功能分布到不同的無人平臺(tái)上，依靠無人平臺(tái)之間的協(xié)作來完成作戰(zhàn)任務(wù)，具有顯著的成本優(yōu)勢和抗損能力;人機(jī)高度融合協(xié)同改變了傳統(tǒng)的作戰(zhàn)樣式，支持更復(fù)雜的作戰(zhàn)功能和更高的任務(wù)強(qiáng)度，降低作戰(zhàn)損失和人員傷亡。美國國防部在2018年發(fā)布的《2017-2042無人系統(tǒng)綜合路線圖》中指出，無人系統(tǒng)的集群能力是確保美軍未來利用無人系統(tǒng)作戰(zhàn)中獲取優(yōu)勢的19項(xiàng)需要近遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一[7]。

目前，軍用無人集群尚處于試驗(yàn)和發(fā)展階段，國內(nèi)外都開展了相關(guān)的試驗(yàn)。Saliceti[8]在其博士論文中探討了美國陸、海、空、海岸警衛(wèi)隊(duì)等單位的軍用無人機(jī)作戰(zhàn)試驗(yàn)與評(píng)估問題。Ervin等[9]介紹了約翰霍普金斯大學(xué)在美國海軍采辦項(xiàng)目辦公室資助下的無人潛航器的作戰(zhàn)試驗(yàn)與評(píng)估。2015年，美國海軍研究生院的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)室（Advanced Robotics Systems Engineering Laboratory，ARSENL）首次開展了50架無人機(jī)群的自主起飛、飛行和著陸試驗(yàn)[10]。2016年10月，美國海軍進(jìn)一步開展了無人機(jī)集群試驗(yàn)，由3架有人駕駛的F18戰(zhàn)斗機(jī)總共投放103架小型無人機(jī)。這些無人機(jī)具備組網(wǎng)通信和智能協(xié)同的能力，能夠自行完成編隊(duì)集結(jié)、目標(biāo)搜索定位和攻擊任務(wù)。該項(xiàng)目的目的是對(duì)自主導(dǎo)航、自適應(yīng)編隊(duì)、有效避撞等集群智能的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行演示驗(yàn)證[11]。2016年10月，英國海軍在蘇格蘭西海岸組織了“無人戰(zhàn)士-2016”大型無人化裝備部署演習(xí)，出動(dòng)50部包括無人戰(zhàn)機(jī)、無人水下潛航器、水面無人艇等無人化裝備，開展任務(wù)協(xié)同和作戰(zhàn)測試，完成了海域探索、監(jiān)控情報(bào)收集、人機(jī)協(xié)同等任務(wù)，證明了無人集群可與其他有人作戰(zhàn)平臺(tái)實(shí)施協(xié)同作戰(zhàn)的可行性。2017年6月，中國電子科技集團(tuán)成功完成了119架小型固定翼無人機(jī)集群的飛行試驗(yàn)，成功演示了機(jī)群密集彈射起飛、空中集結(jié)、多目標(biāo)分組、編隊(duì)合圍、集群行動(dòng)等動(dòng)作 [12]。2018年10月，我國在珠海使用56艘無人艇，首次實(shí)現(xiàn)了世界最大規(guī)模的水面無人艇群協(xié)同演練，完成了快速集結(jié)、隊(duì)形保持、動(dòng)態(tài)任務(wù)分配、隊(duì)形自主變換、協(xié)同避障及容錯(cuò)控制等多項(xiàng)測試科目。

現(xiàn)有的無人集群試驗(yàn)主要集中在無人集群的智能感知、信息共享、路徑實(shí)時(shí)規(guī)劃、自主編隊(duì)與重構(gòu)、智能協(xié)同決策等關(guān)鍵技術(shù)的演示驗(yàn)證，而真正的作戰(zhàn)試驗(yàn)尚未開展。原因主要是，目前軍用無人集群所依托的無人平臺(tái)在上述關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和融合方面尚未成熟。雖然無人集群作戰(zhàn)是一種顛覆性的作戰(zhàn)樣式，但仍然處于技術(shù)探索和發(fā)展融合階段，需要通過各種試驗(yàn)去驗(yàn)證和改進(jìn)。無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)必然成為其從探索走向成熟的必要環(huán)節(jié)，有必要根據(jù)無人集群作戰(zhàn)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，開展作戰(zhàn)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，推進(jìn)無人集群的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用。

無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)主要涉及兩個(gè)方面：一是檢驗(yàn)無人集群的作戰(zhàn)效能;二是檢驗(yàn)無人集群的作戰(zhàn)適用性。其中，作戰(zhàn)效能是指無人集群在規(guī)定的作戰(zhàn)條件下使用時(shí)達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力;作戰(zhàn)適用性是指無人集群在作戰(zhàn)使用過程中能夠保持可用的程度，即無人集群在計(jì)劃的保障資源和保障方案下，在外場使用時(shí)能夠支持使用者完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。作戰(zhàn)效能反映的是無人集群固有特性使其能夠完成所賦予的作戰(zhàn)任務(wù)的能力，作戰(zhàn)效能的高低反映裝備勝任作戰(zhàn)任務(wù)的程度，即具備完成作戰(zhàn)任務(wù)能力的程度;而作戰(zhàn)適用性反映的是考慮外界使用條件和保障條件的影響，無人集群能夠完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。對(duì)這兩種能力的檢驗(yàn)需要通過無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)作戰(zhàn)試驗(yàn)的規(guī)劃、實(shí)施和評(píng)估。

2 無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是根據(jù)無人集群的特點(diǎn)，按照作戰(zhàn)試驗(yàn)的目的和要求，在預(yù)定的時(shí)間、資源、經(jīng)費(fèi)和作戰(zhàn)想定內(nèi)，對(duì)作戰(zhàn)試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)評(píng)估和試驗(yàn)的實(shí)施進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的活動(dòng)。無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是對(duì)無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)的科學(xué)規(guī)劃，通過設(shè)計(jì)來建立指標(biāo)體系與作戰(zhàn)試驗(yàn)任務(wù)、作戰(zhàn)試驗(yàn)環(huán)境之間的關(guān)系[13]。因此，科學(xué)設(shè)計(jì)無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目，能夠縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，對(duì)于推動(dòng)軍用無人集群作戰(zhàn)的成熟應(yīng)用具有重要意義。

無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心是分析無人集群的作戰(zhàn)任務(wù)、評(píng)估指標(biāo)體系，以及試驗(yàn)相關(guān)影響因素之間的關(guān)系，明確試驗(yàn)的安排，做出科學(xué)規(guī)劃。

2.1 作戰(zhàn)任務(wù)分析

作戰(zhàn)任務(wù)分析首先要明確作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)。無人機(jī)、無人艇等無人集群通常能夠承擔(dān)多樣化的作戰(zhàn)任務(wù)，如無人艇集群可以承擔(dān)護(hù)航、偵察、攻擊等多種任務(wù)，因此開展作戰(zhàn)試驗(yàn)前，首先要明確試驗(yàn)所針對(duì)的作戰(zhàn)任務(wù)。根據(jù)任務(wù)的需要，綜合考慮試驗(yàn)樣本量、試驗(yàn)周期、經(jīng)費(fèi)、配套設(shè)備等多種影響因素，確定試驗(yàn)規(guī)模和試驗(yàn)場地，再進(jìn)一步分析試驗(yàn)是按照任務(wù)流程依次展開還是針對(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目考慮平行開展。然后，需要確定作戰(zhàn)任務(wù)剖面，任務(wù)剖面的制定須參考無人集群的作戰(zhàn)想定，最大限度地還原無人集群在作戰(zhàn)任務(wù)中所經(jīng)歷的事件及環(huán)境，任務(wù)剖面的描述通常采用任務(wù)樹分解方法或基于IDEFO方法，目的是將作戰(zhàn)任務(wù)劃分為不同的階段，便于建立評(píng)估指標(biāo)與各試驗(yàn)階段對(duì)應(yīng)關(guān)系[13]。每個(gè)階段也要明確其試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2.2 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立，是開展試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中后續(xù)的影響因素分析、試驗(yàn)實(shí)施和試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定的基礎(chǔ)[13]。因此，需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分析確定的任務(wù)剖面，開展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能分解，明確參與每個(gè)階段的無人平臺(tái)具體結(jié)構(gòu)，確定需要評(píng)估的關(guān)鍵部分，如在整個(gè)任務(wù)剖面中比較重要的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。然后，根據(jù)無人集群作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)保障使用特點(diǎn)，確定每個(gè)關(guān)鍵部分的評(píng)估指標(biāo)集合。進(jìn)一步，因?yàn)闊o人集群是在單個(gè)無人平臺(tái)基礎(chǔ)上集成的作戰(zhàn)系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)大系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力評(píng)估還要考慮單個(gè)平臺(tái)之間的通信和智能協(xié)同能力，以及整個(gè)集群的抗毀性等能力，提出系統(tǒng)級(jí)的評(píng)估指標(biāo)，將這些指標(biāo)匯集起來，形成無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)的指標(biāo)體系。由于無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)屬于比較敏感的話題，也是一個(gè)新領(lǐng)域，因此評(píng)估指標(biāo)體系在國內(nèi)外公開文獻(xiàn)中鮮有涉及，如美國海軍研究生院的Giles等[14]提到了在設(shè)計(jì)無人集群時(shí)需要考慮生存性、可連接性、可用性、隱蔽性等指標(biāo)，但是沒有介紹如何評(píng)價(jià)這些指標(biāo);國內(nèi)宋海偉等[15]在總結(jié)無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展時(shí)提出，需要開展無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真和試驗(yàn)評(píng)估研究，但是并未介紹試驗(yàn)評(píng)估的指標(biāo)。因此，只能借鑒通用武器裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)來研究無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)體系。指標(biāo)體系大致可劃分為作戰(zhàn)效能指標(biāo)群和作戰(zhàn)適用性指標(biāo)群。評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建需要根據(jù)無人集群的特點(diǎn)、作戰(zhàn)任務(wù)的特點(diǎn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)?zāi)康膩泶_定。武器裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)體系一般包括評(píng)估作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性、在役適用性、體系適用性等方面的指標(biāo)[16]。為敘述方便，這里將適用性指標(biāo)合并，將無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)體系分為作戰(zhàn)效能指標(biāo)群和作戰(zhàn)適用性指標(biāo)群。

評(píng)估無人集群的作戰(zhàn)效能，必須結(jié)合裝備的特點(diǎn)、具體環(huán)境、具體任務(wù)和作戰(zhàn)試驗(yàn)?zāi)康膩磉M(jìn)行。如針對(duì)水下無人集群，作戰(zhàn)效能主要包括集群的機(jī)動(dòng)、協(xié)同、反潛、反艦、布雷、偵察等。這些效能往往難以直接評(píng)估，需要分解為更小的指標(biāo)，才能通過采集的數(shù)據(jù)開展評(píng)估。如對(duì)機(jī)動(dòng)性的評(píng)估，需要通過速度、自持力、下潛深度、續(xù)航力和操縱性等指標(biāo)來綜合評(píng)估。針對(duì)協(xié)同效能中的定位能力評(píng)估，需要通過導(dǎo)航信號(hào)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)定位精度偏差來評(píng)估[17]?？傊?，構(gòu)造無人集群的作戰(zhàn)效能指標(biāo)群應(yīng)該能逐層分解到可直接采集數(shù)據(jù)的層次。

評(píng)估無人集群的作戰(zhàn)適用性，主要考慮單個(gè)無人平臺(tái)的可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性等“七性”指標(biāo)，以及無人集群作為單個(gè)平臺(tái)的集成而需要評(píng)估的系統(tǒng)級(jí)適用性指標(biāo)，包括信息共享能力、信息處理能力、電磁兼容性、互操作能力、系統(tǒng)抗毀性等。與作戰(zhàn)效能指標(biāo)類似，作戰(zhàn)適用性指標(biāo)也需要逐層分解到可測量的層次，如單個(gè)無人平臺(tái)的可靠性指標(biāo)需要分解為平均關(guān)鍵故障間隔時(shí)間（MTBCF）、關(guān)鍵部件的平均故障前時(shí)間（MTTF）等;維修性指標(biāo)可分解為平均維修時(shí)間（MTTR）、平均預(yù)防性維修時(shí)間（MPMT）等。

2.3 影響因素分析

作戰(zhàn)試驗(yàn)相關(guān)的影響因素是指對(duì)試驗(yàn)有影響的各種因素，包括不可控因素和可控因素。不可控因素在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中又稱為試驗(yàn)條件，是指試驗(yàn)中無法改變的因素，通常由作戰(zhàn)試驗(yàn)所選擇的作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)環(huán)境決定，如無人機(jī)集群在高原山地作戰(zhàn)試驗(yàn)的不可控因素包括地形、氣壓、能見度、氣溫等。可控因素是指在試驗(yàn)中可以人為調(diào)整的因素，每個(gè)可控因素通?？梢园ǘ鄠€(gè)水平（取值或配置，如彈藥、載荷重量）?？煽匾蛩厥怯稍u(píng)估指標(biāo)體系決定的。如無人機(jī)集群在高原山地作戰(zhàn)試驗(yàn)中的可控因素包括參試無人機(jī)數(shù)量、飛行高度、編隊(duì)方式、傳感器類型、載荷配置以及目標(biāo)大小、目標(biāo)狀態(tài)（靜止、慢速運(yùn)動(dòng)、高速運(yùn)動(dòng)）等。影響因素分析的目的是降低不可控因素對(duì)試驗(yàn)評(píng)估結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上，通過映射的方式，建立多個(gè)可控因素的多個(gè)水平與評(píng)估指標(biāo)之間的定量關(guān)系。

2.4 試驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)

在上述分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具體的作戰(zhàn)試驗(yàn)活動(dòng)，就是要確定作戰(zhàn)試驗(yàn)的具體項(xiàng)目和階段劃分、試驗(yàn)和評(píng)估方法的選定、試驗(yàn)和評(píng)估流程的確定等。

2.4.1 作戰(zhàn)試驗(yàn)具體項(xiàng)目和階段劃分

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分析的結(jié)果，結(jié)合評(píng)估指標(biāo)體系來確定試驗(yàn)的具體項(xiàng)目，將作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目清單化，即明確需通過作戰(zhàn)試驗(yàn)考核的試驗(yàn)項(xiàng)目清單。要做到這一點(diǎn)，需要對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)剖面做進(jìn)一步分析，將試驗(yàn)過程劃分為不同的階段，明確各階段的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容以及檢驗(yàn)的指標(biāo)。同時(shí)，將作戰(zhàn)試驗(yàn)活動(dòng)劃分為不同的類型，主要有機(jī)動(dòng)性試驗(yàn)、智能協(xié)同試驗(yàn)、火力打擊試驗(yàn)、目標(biāo)搜索探測能力試驗(yàn)、指揮控制試驗(yàn)、作戰(zhàn)適應(yīng)性試驗(yàn)等六大類，這樣劃分的目的是需要根據(jù)不同的類型來安排試驗(yàn)資源和制定試驗(yàn)計(jì)劃。

為了列出每個(gè)試驗(yàn)階段需開展的試驗(yàn)類型以及對(duì)應(yīng)各階段要評(píng)估的指標(biāo)，這里提出通過矩陣圖的形式來表現(xiàn)。根據(jù)選定的作戰(zhàn)任務(wù)，將任務(wù)剖面作為一個(gè)維度，評(píng)估指標(biāo)體系作為另一個(gè)維度，列出相關(guān)矩陣圖，從而確定在每一個(gè)任務(wù)階段需要檢驗(yàn)的指標(biāo)，再將不同的試驗(yàn)類型作為一個(gè)維度，分析在每一個(gè)任務(wù)階段需要開展對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)類型，列出矩陣圖。由于不同類型的無人平臺(tái)在指標(biāo)上差異很大，因此，本文僅以某型水下無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)為例[18]，按照上述思路制成一個(gè)T型矩陣圖，如圖1所示。

圖中，中間橫向的是任務(wù)剖面，下側(cè)縱向是試驗(yàn)類型，上側(cè)縱向是指標(biāo)體系。因此，右下側(cè)矩陣描述的是任務(wù)剖面中每個(gè)階段與試驗(yàn)類型之間的關(guān)系，右上側(cè)矩陣是描述任務(wù)剖面中每個(gè)階段與指標(biāo)體系之間的關(guān)系。由于指標(biāo)體系一般比較龐大，圖中只列出了一部分比較重要的指標(biāo)。圖中，實(shí)心圈代表關(guān)系非常密切，必須安排相關(guān)的指標(biāo)檢驗(yàn)或試驗(yàn);空心圈代表有一定的關(guān)系，在綜合任務(wù)剖面開展評(píng)估時(shí)權(quán)重較小。

確定的試驗(yàn)項(xiàng)目，還需要在后續(xù)的試驗(yàn)方法選擇和試驗(yàn)評(píng)估流程確定中予以細(xì)化，以指導(dǎo)作戰(zhàn)試驗(yàn)的準(zhǔn)備和實(shí)施。

2.4.2 試驗(yàn)和評(píng)估方法的選定

根據(jù)作戰(zhàn)試驗(yàn)每個(gè)階段的試驗(yàn)?zāi)康募皺z驗(yàn)指標(biāo)，選定適用的試驗(yàn)方法，并統(tǒng)籌安排作戰(zhàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，建立作戰(zhàn)試驗(yàn)類型與采集數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系矩陣，生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)需求清單。試驗(yàn)方法的選擇，還要根據(jù)無人集群的特點(diǎn)，以及試驗(yàn)條件來統(tǒng)籌考慮。

傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法主要有實(shí)物試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)兩大類。目前國內(nèi)外對(duì)無人集群的試驗(yàn)介紹主要是實(shí)物試驗(yàn)，但是由于無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)是一個(gè)新興領(lǐng)域，目前公開文獻(xiàn)中對(duì)無人集群試驗(yàn)介紹主要集中在對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和簡單的功能試驗(yàn)，而鮮有介紹作戰(zhàn)試驗(yàn)的方法。胡建章等[19]詳細(xì)介紹了水面無人艇群設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)，試驗(yàn)只是用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。Almeida等[20]介紹了葡萄牙空軍學(xué)院的無人飛行器項(xiàng)目的指揮和控制框架設(shè)計(jì)，試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)UAV的基本性能，如拐彎響應(yīng)和人機(jī)交互等。這些試驗(yàn)和評(píng)估均未涉及到作戰(zhàn)試驗(yàn)，因此，無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)沒有現(xiàn)成的方法可供參考，需要在現(xiàn)有試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上不斷地探索和總結(jié)。

在無人平臺(tái)的作戰(zhàn)試驗(yàn)中，仿真試驗(yàn)是一類基礎(chǔ)和常用的方法，常用于取代實(shí)物試驗(yàn)，因?yàn)榻７抡婵梢栽谌蝿?wù)剖面的任何階段開展，能節(jié)省試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)時(shí)間[3]。仿真試驗(yàn)還可以為實(shí)物試驗(yàn)的條件設(shè)置提供參考。但是，目前針對(duì)無人集群的仿真模型還比較簡單，對(duì)抗條件下無人集群作戰(zhàn)的建模仿真仍是空白，需要開展集中攻關(guān)。

在試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合需要評(píng)估的指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況來選擇試驗(yàn)評(píng)估方法。如在作戰(zhàn)適用性的可靠性指標(biāo)評(píng)估時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)中的樣本量和故障數(shù)，選擇適用于大樣本有失效數(shù)據(jù)背景下的極大似然方法、適用于無失效數(shù)據(jù)背景下的修正極大似然方法，或者適用于小樣本背景下的貝葉斯方法。在選擇具體的評(píng)估方法時(shí)，還可以參考作戰(zhàn)使命層次的映射關(guān)系、作戰(zhàn)任務(wù)層次的映射關(guān)系、無人裝備層次的映射關(guān)系，然后確定優(yōu)先排序、構(gòu)建計(jì)分模型和風(fēng)險(xiǎn)模型等，開展試驗(yàn)評(píng)估[21]。

2.4.3 作戰(zhàn)試驗(yàn)和評(píng)估流程的確定

無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)和評(píng)估流程是指為完成無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)任務(wù)，由試驗(yàn)主管部門、實(shí)施單位、保障部門等緊密協(xié)作，共同完成試驗(yàn)任務(wù)、試驗(yàn)評(píng)估的基本過程。作戰(zhàn)試驗(yàn)和評(píng)估流程的確定，是根據(jù)確定的作戰(zhàn)試驗(yàn)具體項(xiàng)目和階段劃分，以及選定的試驗(yàn)和評(píng)估方法，從操作流程的角度，對(duì)試驗(yàn)和評(píng)估過程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，畫出流程的框圖。在該流程框圖中，明確每一個(gè)試驗(yàn)和評(píng)估項(xiàng)目的輸入、輸出、實(shí)施的詳細(xì)條件和對(duì)應(yīng)的方法，如采用質(zhì)量管理中的過程決策程序圖（PDPC），為可能出現(xiàn)的問題制定預(yù)案，以便提前進(jìn)行準(zhǔn)備，也可以為后續(xù)的流程優(yōu)化提供輸入。

2.5 試驗(yàn)項(xiàng)目的修訂

無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)應(yīng)全面系統(tǒng)考核被試無人集群的作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性。根據(jù)設(shè)計(jì)框架，針對(duì)無人集群的作戰(zhàn)任務(wù)開展試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可能提出多個(gè)候選的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括每個(gè)階段的不同試驗(yàn)類型。由于受到試驗(yàn)設(shè)施、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間等因素的限制，在實(shí)際試驗(yàn)中，被試無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目在上述框架確定的流程基礎(chǔ)上進(jìn)行裁剪，只能進(jìn)行部分試驗(yàn)內(nèi)容，因此，實(shí)際的作戰(zhàn)試驗(yàn)僅能檢驗(yàn)無人集群的部分作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適應(yīng)性指標(biāo)。這就需要根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的重要程度，排列出優(yōu)先順序，綜合考慮試驗(yàn)類型的優(yōu)化合并，在原先選定的范圍內(nèi)篩選，確定合適的試驗(yàn)項(xiàng)目。

首先，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)任務(wù)分析，確定作戰(zhàn)試驗(yàn)任務(wù)的重要程度排序，如某水下無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)任務(wù)包括偵察、反潛、布雷等，可以根據(jù)研制總要求和不同任務(wù)的緊迫性，對(duì)試驗(yàn)任務(wù)打分，按照反潛、布雷和偵察的重要程度順序來確定試驗(yàn)任務(wù)排序。在此基礎(chǔ)上，保留優(yōu)先度高的指標(biāo)，優(yōu)先選擇支撐被試裝備完成主要任務(wù)的考核指標(biāo)或者上級(jí)有明確要求的考核指標(biāo)。此外，可以剔除優(yōu)先度低而試驗(yàn)消耗大的試驗(yàn)項(xiàng)目，從而對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的規(guī)模和范圍進(jìn)行削減[22]。同時(shí)，還可以考慮對(duì)不同試驗(yàn)階段的不同類型試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化合并，如圖1中的智能協(xié)同試驗(yàn)，原計(jì)劃在航渡階段和返航階段都需要開展，而在實(shí)際規(guī)劃時(shí)，從節(jié)省經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的角度出發(fā)，可以考慮合并在一個(gè)階段開展。經(jīng)過試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員的詳細(xì)論證和優(yōu)化，對(duì)原有試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行修訂后，形成最終的試驗(yàn)方案。

無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)框架的流程如圖2所示。

3 結(jié)? 論

武器裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)是一個(gè)新的課題，而無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)更是一個(gè)嶄新的研究方向。由于無人集群具備狀態(tài)感知、信息共享、智能協(xié)同、自主編隊(duì)等特點(diǎn)，為了針對(duì)特定作戰(zhàn)任務(wù)，開展作戰(zhàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，需要在評(píng)估指標(biāo)體系的選取和相關(guān)影響因素的分析方面，有針對(duì)性地開展研究，這是與傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的地方，也是與常規(guī)的武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)有所不同。

本文在分析無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了作戰(zhàn)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程，初步探索了無人集群作戰(zhàn)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)框架。針對(duì)具體無人集群的作戰(zhàn)試驗(yàn)，需要根據(jù)性能特點(diǎn)和作戰(zhàn)任務(wù)，開展深入分析，構(gòu)建適用的指標(biāo)體系，制定可行的試驗(yàn)項(xiàng)目。

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Preliminary Study on Design Framework of

Unmanned Swarm Operational Tests

Jiang Ping 1*，Cheng Zhijun 1，Wang Bo 1，Jiang Jiang1，Ma Shaowei2

（1. College of Systems Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China;

2. Unit 31511 of PLA，Beijing 100144，China）

Abstract： The applications of unmanned swarm have just started in military，and the combat test of unmanned swarm is thus a topic to be further researched. This paper starts from the analysis of characteristics of unmanned swarm operational test，explores the design framework of the operational test，and proposes a design process of operational test which includes operational task analysis，evaluation indices system construction，influence factors analysis，test activities design，and so on. This research provides reference for design of unmanned swarm combat tests，and promotes the field applications of unmanned swarm.

Key words：unmanned swarm; operational test; design framework; evaluation indices system; test item

收稿日期：2020-05-08

基金項(xiàng)目：國防科技大學(xué)預(yù)研基金項(xiàng)目（ZK17-02-08）

作者簡介：蔣平（1976-），男，四川成都人，副教授，博士，研究方向是復(fù)雜裝備可靠性評(píng)估與試驗(yàn)鑒定。

E-mail：jiangping@nudt.edu.cn