無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)評(píng)估與分配技術(shù)研究*

鄭 劍,郭陽(yáng)芃,劉俊先

(1. 中國(guó)人民解放軍63786部隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000；2. 國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

隨著新軍事變革，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)正由信息化戰(zhàn)爭(zhēng)向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)演進(jìn)，無(wú)人作戰(zhàn)必將在未來(lái)作戰(zhàn)場(chǎng)景中占有重要定位。美國(guó)國(guó)防部于2018年8月28日公布了無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖，即《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖(2017-2042)》[1]，確定了無(wú)人系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的四個(gè)關(guān)鍵性主題，其中包括自主性。因此，面向未來(lái)作戰(zhàn)場(chǎng)景，在無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，自主性作為無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，是衡量未來(lái)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)與有人作戰(zhàn)系統(tǒng)或其他無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成程度、自主行為能力、能否在動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中獨(dú)立地完成復(fù)雜任務(wù)能力等的標(biāo)準(zhǔn)。

隨著人們對(duì)自主性研究的深入，自主性評(píng)估的方法也越來(lái)越多。Sheridan等人[2]概述了具有自主能力的人機(jī)交互等級(jí)模型。文獻(xiàn)[3]提出的模型是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出自主決策的。Rgyan等[4]提出了用任務(wù)評(píng)估和重規(guī)劃能力對(duì)系統(tǒng)按照模塊化功能進(jìn)行評(píng)級(jí)的方法。除此之外，還有基于代價(jià)分析[5]、成本/收益分析[6]、軌跡片段分析[7]、智能行為能力[8]等多種性能決策的方法。文獻(xiàn)[9] 提出了一種基于無(wú)人機(jī)自主水平的選擇方法。NIST的 ALFUS工作組在2003年提出了無(wú)人系統(tǒng)自主級(jí)別框架，該框架對(duì)各種類型的無(wú)人系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估及相應(yīng)的等級(jí)劃分，并且第一次對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的自主性評(píng)估進(jìn)行規(guī)范化，建立對(duì)應(yīng)框架，并且提供了相應(yīng)的理論指導(dǎo)[10]。另一個(gè)有代表性的軸分析方法是蛛網(wǎng)評(píng)估模型[11-12]。

目前，我國(guó)對(duì)無(wú)人裝備研究較多，但對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的研究比較少。與其他軍事強(qiáng)國(guó)特別是美國(guó)相比，無(wú)人系統(tǒng)在軍事方面的應(yīng)用研究仍需加強(qiáng)。本文針對(duì)當(dāng)前軍事領(lǐng)域無(wú)人系統(tǒng)自主性評(píng)估面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，分析無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性特性，提出無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的內(nèi)涵及其概念模型，通過(guò)對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的分析建立相關(guān)等級(jí)模型及評(píng)估方法，研究面向任務(wù)的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化分配模型，為作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃人機(jī)協(xié)同分工提供方法和技術(shù)支撐。

1 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性概念模型

1.1 自主性概念

自主性(autonomy)在許多領(lǐng)域都有相關(guān)概念，且每個(gè)領(lǐng)域都有各自不同的定義。雖然自主性是一個(gè)看似無(wú)處不在的概念，但是現(xiàn)在大多數(shù)討論都涉及人工智能和機(jī)器人技術(shù)，尤其是無(wú)人系統(tǒng)，導(dǎo)致其很難定義。文獻(xiàn)[13-18]對(duì)“自主”和“自主系統(tǒng)”進(jìn)行了定義，其中，比較常出現(xiàn)的片段和短語(yǔ)有：?jiǎn)为?dú)行動(dòng)、自我管理、沒(méi)有直接干預(yù)、控制自己的行為、自我導(dǎo)向行為、修改自己的行為、適應(yīng)環(huán)境的變化、獨(dú)立撰寫和選擇行動(dòng)、適應(yīng)環(huán)境的變化、選擇/參與目標(biāo)而無(wú)須人工操作員的干預(yù)、獨(dú)立實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)。

本文對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的定義：無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)在一系列軍事任務(wù)中，根據(jù)對(duì)外部戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息獲取以及自身所具有的能力，系統(tǒng)內(nèi)部之間相互交流協(xié)作，適應(yīng)其環(huán)境中的動(dòng)態(tài)變化，在人的監(jiān)督管理下能夠獨(dú)立做出判斷和決策，完成所執(zhí)行任務(wù)的能力。

1.2 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)劃分

1)自主性等級(jí)的垂直劃分依據(jù)

麻省理工學(xué)院的Parasuraman 等人提出無(wú)人自主系統(tǒng)是一個(gè)智能化的系統(tǒng)，并分別介紹了信息獲取(Information Acquisition)、信息分析(Information Analysis)、決策和行動(dòng)選擇(Decision and Action Selection)、行動(dòng)實(shí)施(Action Implementation)四個(gè)層次結(jié)構(gòu)[19]。Parasuraman提出的無(wú)人自主系統(tǒng)信息處理的四個(gè)層次結(jié)構(gòu)同樣適用于無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)核心是指揮控制，根據(jù)OODA環(huán)理論，指揮控制過(guò)程就是按照觀察(Observe)、定位(Orient)、決策(Decide)、執(zhí)行(Act)的OODA環(huán)路進(jìn)行的過(guò)程。無(wú)人自主系統(tǒng)信息處理的四個(gè)結(jié)構(gòu)層次與無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)OODA環(huán)理論的四個(gè)活動(dòng)是相對(duì)應(yīng)的。

Parasuraman等人提出的無(wú)人自主系統(tǒng)四個(gè)層次結(jié)構(gòu)從信息獲取層依次到行為實(shí)施層，智能水平逐漸提高。綜上所述，本文以外界操作人員影響無(wú)人系統(tǒng)的智能層次范圍作為無(wú)人系統(tǒng)自身智能水平的垂直劃分依據(jù)。

2)自主性等級(jí)的水平劃分依據(jù)

人和無(wú)人系統(tǒng)在執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)時(shí)，具有不同的合作方式。其中，人類和無(wú)人系統(tǒng)之間會(huì)有一些合作關(guān)系，例如，無(wú)人系統(tǒng)主動(dòng)、雙方協(xié)商或者無(wú)人系統(tǒng)被動(dòng)。根據(jù)雙方的合作關(guān)系，可以劃分為系統(tǒng)全自主、機(jī)主人輔、人機(jī)協(xié)商、人主機(jī)輔和用戶全手動(dòng)五個(gè)層次。所有感知、分析、計(jì)劃和決策都由人類完成，外界操作員從人類的參照系引導(dǎo)所有無(wú)人系統(tǒng)行為，無(wú)人系統(tǒng)只能按照人類指示完成既定簡(jiǎn)單任務(wù)。

五種合作方式的區(qū)分主要是人占據(jù)主導(dǎo)權(quán)的程度不同以及人和無(wú)人系統(tǒng)的分工差異。人占據(jù)主導(dǎo)的程度越低，說(shuō)明無(wú)人系統(tǒng)自身的智能水平越高，無(wú)人系統(tǒng)自身能夠完成大部分任務(wù)，即無(wú)人系統(tǒng)的自主性水平越高。同理，人占據(jù)主導(dǎo)的程度越高，說(shuō)明無(wú)人系統(tǒng)自身的智能水平越低，需要外界的幫助越大，即無(wú)人系統(tǒng)的自主性水平越低。綜上所述，本文將人和無(wú)人系統(tǒng)合作方式的層次作為無(wú)人系統(tǒng)智能水平的劃分依據(jù)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的劃分是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)于所分配任務(wù)做出判斷和決策的能力的評(píng)價(jià)。2012年，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布《武器系統(tǒng)自主性》，將自主武器系統(tǒng)的自主性等級(jí)劃分為三級(jí)[16]：“人在回路外的控制”(human out of the loop control)“人在回路上的控制”(human on the loop control)“人在回路中的控制”(human in the loop control)，如圖1所示。本文參考自主武器系統(tǒng)劃分，結(jié)合無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)特性，根據(jù)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)于自身智能的認(rèn)知結(jié)果以及人機(jī)交互程度屬性，提出無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)劃分。根據(jù)現(xiàn)有參考文獻(xiàn)，結(jié)合軍事應(yīng)用背景，把無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)定義為5個(gè)級(jí)別，分別為全自主、半自主、人類監(jiān)督、用戶協(xié)作和全手動(dòng)，如表1所示，各等級(jí)描述如表2所示。

表1 自主性等級(jí)定義

表2 自主性等級(jí)描述

圖1 美軍自主武器系統(tǒng)劃分

1)5級(jí)：全自主

無(wú)人系統(tǒng)在自身的能力和限制范圍內(nèi)提供了最大程度的獨(dú)立性和自我決定權(quán); 無(wú)人系統(tǒng)具有感知、決策、規(guī)劃和執(zhí)行的能力，具有全部行為的主導(dǎo)權(quán)；所有的感知和行動(dòng)都是由無(wú)人系統(tǒng)進(jìn)行的; 大多數(shù)規(guī)劃和決策都是由無(wú)人系統(tǒng)進(jìn)行的; 一些重要情況如談判與合作由用戶進(jìn)行。無(wú)人系統(tǒng)所具備的能力可以支持其完全自主完成絕大多數(shù)復(fù)雜任務(wù)，其交互能力強(qiáng)，能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化帶來(lái)的未知問(wèn)題，自主進(jìn)行決策。

2)4級(jí)：半自主

分析、計(jì)劃和決策在用戶與無(wú)人系統(tǒng)之間共享; 感知和行動(dòng)是由無(wú)人系統(tǒng)完成的。無(wú)人系統(tǒng)能夠完成一定復(fù)雜的任務(wù)，用戶參與執(zhí)行任務(wù)，并在環(huán)境較復(fù)雜的情況下參與決策分析，幫助無(wú)人系統(tǒng)做出合適的選擇。在整個(gè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，無(wú)人系統(tǒng)工作占據(jù)主動(dòng)權(quán)，對(duì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)最大，但是用戶擁有最終決策權(quán)。

3)3級(jí)：人類監(jiān)督

大多數(shù)分析、計(jì)劃和決策都是由用戶完成的；感知和行動(dòng)由無(wú)人系統(tǒng)完成。無(wú)人系統(tǒng)能夠完成一定任務(wù)，用戶和無(wú)人系統(tǒng)共同參與執(zhí)行，雙方都不占據(jù)絕對(duì)的主動(dòng)權(quán)優(yōu)勢(shì)。無(wú)人系統(tǒng)為用戶決策提供信息和基本方案，雙方相互協(xié)商產(chǎn)生較優(yōu)的方案。

4)2級(jí)：用戶協(xié)作

所有分析、計(jì)劃和決策都由用戶完成；感知是由無(wú)人系統(tǒng)完成的；用戶從機(jī)器的參照系引導(dǎo)所有無(wú)人系統(tǒng)完成動(dòng)作。無(wú)人系統(tǒng)能夠執(zhí)行較為簡(jiǎn)單的任務(wù)，由于其擁有豐富的傳感器和快速計(jì)算分析能力，可以輔助用戶做出決策，完成任務(wù)，用戶占據(jù)主動(dòng)權(quán)。

5)1級(jí)：全手動(dòng)

所有感知、分析、計(jì)劃和決策都由用戶完成；用戶根據(jù)用戶的參照系引導(dǎo)所有無(wú)人系統(tǒng)的行為；無(wú)人系統(tǒng)只能按照人類指示完成既定簡(jiǎn)單任務(wù)。

1.3 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性概念模型

傳統(tǒng)的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在不能自主調(diào)整其自主性等級(jí)的問(wèn)題。在復(fù)雜的環(huán)境下，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)面對(duì)大量的態(tài)勢(shì)，每個(gè)態(tài)勢(shì)都需要正確處理，這樣的推理機(jī)制是不存在的，因此，需要人的干預(yù)。

OODA控制循環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不利于無(wú)人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可變自主并發(fā)揮使用者性能，因此，本文中的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性概念模型采用了OOADA 的控制循環(huán)結(jié)構(gòu)，增加的“A”為“Adjustable Autonomy”，代表可變自主性。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)中，自主等級(jí)決策模塊需要根據(jù)外界戰(zhàn)場(chǎng)信息、系統(tǒng)自身信息、所執(zhí)行任務(wù)信息，經(jīng)過(guò)決策判斷，確定所要變換的自主性等級(jí)。因此，在無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)控制循環(huán)中，自主等級(jí)決策模塊和協(xié)同控制模塊位于任務(wù)規(guī)劃模塊之前，調(diào)整無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性等級(jí)，并根據(jù)相應(yīng)情況，將外界操作人員規(guī)劃、決策等輔助信息通過(guò)人機(jī)交互在協(xié)同控制模塊傳遞給無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)上述分析，提出無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性概念模型如圖2所示。

圖2 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性概念模型

1)信息融合模塊：負(fù)責(zé)收集環(huán)境感知的數(shù)據(jù)，其任務(wù)是對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集并上報(bào)態(tài)勢(shì)理解模塊。該模塊收集的數(shù)據(jù)來(lái)源于各數(shù)據(jù)源的信息(如情報(bào)信息、雷達(dá)聲吶探索等)以及知識(shí)庫(kù)中的信息。

2)態(tài)勢(shì)理解模塊：負(fù)責(zé)對(duì)外界環(huán)境理解、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，將信息融合模塊收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯合，進(jìn)行威脅評(píng)估、使命評(píng)估、行動(dòng)效果評(píng)估，為自主等級(jí)決策提供其規(guī)劃自主能力的環(huán)境認(rèn)知結(jié)果。

3)自主等級(jí)決策模塊：其是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可變自主的關(guān)鍵模塊。它需要根據(jù)態(tài)勢(shì)評(píng)估的結(jié)果以及任務(wù)目標(biāo)推理得到的任務(wù)執(zhí)行情況，對(duì)自身目前的自主能力進(jìn)行判斷，決定是否需要做出適應(yīng)性調(diào)整，改變其自主性等級(jí)以更好地執(zhí)行任務(wù)。

4)協(xié)同控制模塊：將自主等級(jí)決策模塊做出的決策轉(zhuǎn)到任務(wù)規(guī)劃模塊，輔助進(jìn)行調(diào)整，并且可以接受外部(操作人員、其他無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng))的幫助，共同執(zhí)行任務(wù)。

5)任務(wù)規(guī)劃模塊：根據(jù)協(xié)同控制模塊轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的決策信息，以及任務(wù)目標(biāo)推理確定的當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行情況，負(fù)責(zé)當(dāng)前的任務(wù)規(guī)劃和執(zhí)行，將經(jīng)過(guò)決策分析形成的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)動(dòng)作指令向相應(yīng)的無(wú)人裝備發(fā)送。

6)任務(wù)執(zhí)行模塊：根據(jù)任務(wù)規(guī)劃模塊轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的任務(wù)決策信息，實(shí)施相應(yīng)行動(dòng)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性調(diào)整的具體步驟如下：

步驟1：由信息融合模塊獲得環(huán)境感知數(shù)據(jù)；

步驟2：態(tài)勢(shì)理解模塊進(jìn)行推理，獲得當(dāng)前態(tài)勢(shì)的描述，提供給自主等級(jí)決策模塊和任務(wù)規(guī)劃模塊；

步驟3：自主等級(jí)決策模塊根據(jù)態(tài)勢(shì)理解模塊的信息，決定自主等級(jí)是否調(diào)整；

步驟4：協(xié)同控制模塊接收等級(jí)調(diào)整信息，并轉(zhuǎn)到任務(wù)規(guī)劃模塊；

步驟5：任務(wù)規(guī)劃模塊根據(jù)新的決策信息，進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃；

步驟6：任務(wù)執(zhí)行模塊根據(jù)任務(wù)規(guī)劃安排采取相應(yīng)行動(dòng)來(lái)完成任務(wù)。

2 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)評(píng)估方法

2.1 自主性評(píng)估指標(biāo)分析

根據(jù)本文對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的定義，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性體現(xiàn)在所執(zhí)行的任務(wù)，與人的交互，獨(dú)立做出判斷和決策，系統(tǒng)內(nèi)部之間和系統(tǒng)與外界的交互以及系統(tǒng)對(duì)信息的獲取等五個(gè)方面。因此，將無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)評(píng)估指標(biāo)分為五個(gè)，分別為任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度、自主決策要求、系統(tǒng)交互強(qiáng)度和信息保障力度。每個(gè)評(píng)估指標(biāo)分解為若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，進(jìn)一步描述無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性，如圖3所示。

圖3 自主性分級(jí)評(píng)估指標(biāo)

任務(wù)復(fù)雜度表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠處理的任務(wù)的復(fù)雜性，任務(wù)復(fù)雜度越高，表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)能處理任務(wù)的水平越高，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主能力越強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)了三組二級(jí)指標(biāo)來(lái)描述任務(wù)的復(fù)雜性，分別為任務(wù)分解級(jí)別、任務(wù)類型和任務(wù)要求。

人機(jī)交互程度表示對(duì)外界操作人員的依賴程度，人機(jī)交互程度越高，表示對(duì)外界操作人員的依賴程度越低，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力越強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)了四組二級(jí)指標(biāo)來(lái)描述人機(jī)交互程度，分別為人工干預(yù)時(shí)間比、人機(jī)交互級(jí)別、操作員技術(shù)水平和操作員工作強(qiáng)度。

自主決策指的是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)根據(jù)外界戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息、任務(wù)相關(guān)信息和自身狀態(tài)信息, 做出判斷和決策，使得在盡可能少用資源的前提下，實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)取得最大收益率。自主決策要求越高，表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)處理任務(wù)的水平越高，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力越強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)了三組二級(jí)指標(biāo)來(lái)描述自主決策要求，分別為動(dòng)態(tài)規(guī)劃能力、分析能力和自主導(dǎo)航能力。

系統(tǒng)交互強(qiáng)度表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各裝備之間協(xié)作的能力、信息結(jié)構(gòu)的連通性以及系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的連通性。系統(tǒng)交互強(qiáng)度越高，表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)交互水平越高，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力越強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)了兩組二級(jí)指標(biāo)來(lái)描述系統(tǒng)交互強(qiáng)度，分別為系統(tǒng)協(xié)同程度和信息傳輸速度。

信息保障力度表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)為完成所執(zhí)行的作戰(zhàn)任務(wù)獲得信息的程度。信息保障力度越高，表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知和獲取任務(wù)相關(guān)信息的能力越強(qiáng)，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力越強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)了三組二級(jí)指標(biāo)來(lái)描述信息保障力度，分別為態(tài)勢(shì)理解程度、信息融合程度和威脅感知程度。

2.2 自主性等級(jí)評(píng)估方法

自主性等級(jí)評(píng)估指標(biāo)評(píng)估數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果具有不同屬性，有定性、半定性或定量等不同體現(xiàn)形式。根據(jù)指標(biāo)值獲取的方式，可以將評(píng)估指標(biāo)分為估計(jì)型指標(biāo)和實(shí)測(cè)型指標(biāo)。例如，一些無(wú)法由計(jì)算或者實(shí)際測(cè)試得到的指標(biāo)值，只能根據(jù)一些專業(yè)人員給出的主觀意見(jiàn)，得到指標(biāo)評(píng)估結(jié)果，這些指標(biāo)被稱為估計(jì)型指標(biāo)。另外一部分由系統(tǒng)自身的信息記錄并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理得到的指標(biāo)，如人工干預(yù)時(shí)間比、接口/數(shù)據(jù)共享、威脅感知等，稱為實(shí)測(cè)型指標(biāo)。根據(jù)自主性等級(jí)評(píng)估指標(biāo)的不同屬性以及評(píng)估專家的評(píng)價(jià)偏好，將自主性等級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系中各評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)地分為實(shí)數(shù)型指標(biāo)和語(yǔ)言型指標(biāo)兩類，并對(duì)這兩種指標(biāo)值進(jìn)行初始化無(wú)量綱處理。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的高低是由任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度、自主決策要求、系統(tǒng)交互強(qiáng)度和信息保障力度五個(gè)指標(biāo)值綜合決定的，自主性不只受水平較低指標(biāo)的影響，任意一個(gè)“短板”評(píng)估指標(biāo)都會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性等級(jí)。

五個(gè)指標(biāo)的權(quán)重根據(jù)所執(zhí)行的任務(wù)的不同有所變化。在執(zhí)行一般軍事任務(wù)時(shí)，任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度以及自主決策要求三個(gè)指標(biāo)所占權(quán)重較大。其中，任務(wù)復(fù)雜度指標(biāo)主要影響所執(zhí)行任務(wù)完成時(shí)間和任務(wù)完成率等效果指標(biāo)，人機(jī)交互程度指標(biāo)的提高，可以減少外界操作人員的需求量，降低無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)外界操作人員的依賴程度，自主決策要求指標(biāo)越高，表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)能處理任務(wù)的水平越高，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主能力越強(qiáng)。由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的概念分析，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性水平主要體現(xiàn)在無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)獨(dú)立做出判斷和決策，完成所執(zhí)行任務(wù)的能力的水平。任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度以及自主決策這三個(gè)指標(biāo)主要決定了無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)水平的高低。綜上所述，本文認(rèn)為這三個(gè)指標(biāo)主要決定了無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)，而系統(tǒng)交互強(qiáng)度、信息保障力度兩個(gè)指標(biāo)則影響了無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的下限問(wèn)題。

本文定義了一個(gè)自主性等級(jí)評(píng)估函數(shù)，如公式(1)所示：

l(Um)=F(Z1,Z2,Z3)+y(f(Z4,Z5)-F(Z1,Z2,Z3))

(1)

F(Z1,Z2,Z3)表示由任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度以及自主決策要求三個(gè)指標(biāo)所決定的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)自主性等級(jí)。F(Z1,Z2,Z3)由公式(2)計(jì)算得出。

F(Z1,Z1,Z3)=N(w1Z1+w2Z2+w3Z3)

(2)

Zi表示各自主性等級(jí)評(píng)估指標(biāo)無(wú)量綱處理后的劃分等級(jí)，其值由各專業(yè)人員根據(jù)二級(jí)指標(biāo)的測(cè)量指標(biāo)評(píng)估結(jié)果綜合得到。

公式(2)中的N(x)可由公式(3)得出。

(3)

y(f(Z4,Z5)-F(Z1,Z2,Z3))表示系統(tǒng)交互強(qiáng)度、信息保障力度兩個(gè)指標(biāo)影響無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的下限問(wèn)題，其中，f(Z4,Z5)由公式(4)計(jì)算得到，y(x)由公式(5)計(jì)算得到。

f(Z4,Z5)=w4Z4+w5Z5

(4)

(5)

各權(quán)重值可由Delphi法、AHP法、二項(xiàng)系數(shù)法、熵值法等來(lái)確定。

3 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化分配模型

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化分配模型主要解決兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題，考慮能力資源、自主性等條件約束，分派無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成作戰(zhàn)活動(dòng)，在滿足活動(dòng)需求的基礎(chǔ)上，使得完成作戰(zhàn)任務(wù)消耗資源最少，時(shí)間最短。第二個(gè)問(wèn)題是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化調(diào)整問(wèn)題，即基于任務(wù)規(guī)劃的結(jié)果，如何調(diào)整無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性等級(jí)，使無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的效用極大化，同時(shí)，工作負(fù)荷適當(dāng)，資源得到極大利用。

3.1 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃模型

作戰(zhàn)任務(wù)可分解為一系列作戰(zhàn)活動(dòng)，不同作戰(zhàn)活動(dòng)分配給不同無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)。那么，如何選取合適的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)來(lái)完成某個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)，需要滿足一定的條件，并且使得完成作戰(zhàn)任務(wù)消耗資源最少，完成任務(wù)時(shí)間最短。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成某一作戰(zhàn)活動(dòng)需要具備處理這個(gè)活動(dòng)的所有條件，這些條件包括具有足夠的能力來(lái)完成這個(gè)活動(dòng)，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)在執(zhí)行該活動(dòng)時(shí)處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，即一次只能完成一個(gè)活動(dòng)，并且，該無(wú)人系統(tǒng)的自主性屬性要滿足完成這個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)的需求。本文認(rèn)為無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成作戰(zhàn)活動(dòng)的能力即為具有足夠的作戰(zhàn)資源來(lái)執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)，每種能力即為一種資源，本文以四種作戰(zhàn)能力為例，分別為Com通信能力、Rec偵察能力、Cbt打擊能力、Mot機(jī)動(dòng)能力。

本文分別定義無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)作戰(zhàn)活動(dòng)的相關(guān)決策變量如下：

1)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)活動(dòng)分配變量Dim：作戰(zhàn)活動(dòng)acti分配給無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um時(shí)，Dim=1，否則Dim=0。

2)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)在作戰(zhàn)活動(dòng)之間的轉(zhuǎn)移變量Xijm：無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um完成作戰(zhàn)活動(dòng)acti后，分配給作戰(zhàn)活動(dòng)actj，則Xijm=1，不分配給作戰(zhàn)活動(dòng)，則Xijm=0。

3)活動(dòng)順序變量aij：如果作戰(zhàn)活動(dòng)actj必須在作戰(zhàn)活動(dòng)acti完成后才能開始，則aij=1，否則aij=0。

4)時(shí)間變量si：作戰(zhàn)活動(dòng)acti開始的時(shí)間。

5)同一無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行活動(dòng)的先后順序Zij：無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)在完成作戰(zhàn)活動(dòng)acti后去執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)actj時(shí)，Zij=1，否則Zij=0。

作戰(zhàn)任務(wù)效益可由任務(wù)消耗資源、任務(wù)完成總時(shí)間來(lái)描述。

1)最小化任務(wù)消耗資源

任務(wù)消耗資源e(T)的定義為完成任務(wù)T需要的資源總和,即

(6)

2)最小化任務(wù)完成總時(shí)間

任務(wù)完成總時(shí)間Y對(duì)任意活動(dòng)的處理的時(shí)間約束式(7)總能成立，其中，T(acti)為作戰(zhàn)活動(dòng)acti完成所需時(shí)間，即

Y≥si+T(acti)

(7)

任務(wù)消耗資源，任務(wù)完成總時(shí)間Y越低越好，綜上所述，作戰(zhàn)任務(wù)效益最優(yōu)可以描述為：

(8)

1)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)能力約束

設(shè)SU={U1,U2,…，UN}表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的集合,每個(gè)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um擁有一定的資源；RUm=[ComUm,RecUm,CbtUm,MotUm]表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um擁有的四種資源的量：Com通信能力、Rec偵察能力、Cbt打擊能力、Mot機(jī)動(dòng)能力。Sact={act1,act2,…,actK}為作戰(zhàn)任務(wù)中待分配的作戰(zhàn)活動(dòng)集,Ractj=[Comactj,Recactj,Cbtactj,Motactj]表示作戰(zhàn)活動(dòng)acti分別對(duì)四種資源的需求。在作戰(zhàn)活動(dòng)分配中,若對(duì)于任意r∈[Com,Rec,Cbt,Mot],滿足rUm≥ractj,則可認(rèn)為無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um可完成作戰(zhàn)活動(dòng)acti。即約束條件為

rUm≥ractj;r∈[Com,Rec,Cbt,Mot]m=1,2,…,n;

i=1,2,…,k

(9)

2)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)約束

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性約束可由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的等級(jí)來(lái)進(jìn)行描述，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成某一作戰(zhàn)活動(dòng)需要具備處理這個(gè)活動(dòng)的自主性等級(jí)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um的自主性等級(jí)l記為Um(l)，常值acti(l)表示為執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)acti最低的自主性等級(jí)，則應(yīng)滿足無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um的自主性等級(jí)高于或等于執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)acti最低的自主性等級(jí)，即Um(l)-acti(l)≥0。

綜上所述，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性約束表示如下：

Um(l)-acti(l)≥0i=1,2,…，K;m=1,2，…，N;

l=1,2,…，5

(10)

3)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)時(shí)序約束

對(duì)任意無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um執(zhí)行活動(dòng)actj，即Djm=1，那么，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um僅存在兩種情況來(lái)執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)actj：第一種是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um在完成作戰(zhàn)活動(dòng)acti后執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)actj，即Xijm=1；第二種是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um第一次執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)就被分配去執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)actj，即Xijm=0。則無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)活動(dòng)分配變量Dim和無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)在作戰(zhàn)活動(dòng)之間的轉(zhuǎn)移變量Xjim存在如下約束關(guān)系：

(11)

一個(gè)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)可以執(zhí)行多個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)，但一次只能執(zhí)行一個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)，其所執(zhí)行的作戰(zhàn)活動(dòng)不能存在時(shí)間沖突，存在約束關(guān)系見(jiàn)式(12)：

(12)

每個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)由一個(gè)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um在同一時(shí)間只能執(zhí)行一個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)，只有在完成當(dāng)前分配的作戰(zhàn)活動(dòng)acti后才能執(zhí)行后續(xù)活動(dòng)，即約束條件見(jiàn)式(13)：

(13)

各作戰(zhàn)活動(dòng)還有時(shí)間先后順序關(guān)系，即無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um在執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)actj時(shí)，該作戰(zhàn)活動(dòng)的所有前置作戰(zhàn)活動(dòng)必須全部完成，即約束條件見(jiàn)式(14)：

(14)

其中，T(acti)為作戰(zhàn)活動(dòng)acti完成所需的時(shí)間。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)Um執(zhí)行活動(dòng)actj即Dim=1，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力資源滿足執(zhí)行活動(dòng)需要，且其自主性等級(jí)滿足活動(dòng)自主性等級(jí)要求，約束條件見(jiàn)式(15)：

(15)

式中，K、N、r分別表示作戰(zhàn)活動(dòng)總數(shù)、無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)量、能力資源類型。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃總的約束條件見(jiàn)式(16)：

(16)

綜上所述，完整的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃模型如下：

(17)

3.2 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整模型

一般多屬性決策問(wèn)題有m個(gè)可行方案和s個(gè)決策目標(biāo)，分別計(jì)算s個(gè)決策目標(biāo)的效用函數(shù)u1,u2,…,us，即可得到m個(gè)可行方案a1,a2,…,am,在s個(gè)決策目標(biāo)下的效用值為u1(ai),u2(ai)，…,us(ai),i=1,2,…，m。采用一定計(jì)算方法將s個(gè)決策目標(biāo)下的效用值綜合為可行方案ai的總效用，并采用相應(yīng)排序方法對(duì)每個(gè)可行方案的總效用值進(jìn)行排序，最終得到最優(yōu)方案。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整問(wèn)題是一個(gè)多屬性決策問(wèn)題，這個(gè)多屬性決策問(wèn)題的可行方案集、評(píng)價(jià)目標(biāo)集、效用函數(shù)集以及后果集詳細(xì)情況如下所述。

1)可行方案集

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整問(wèn)題的可行方案集為其滿足所執(zhí)行的作戰(zhàn)活動(dòng)最低的自主性等級(jí)的集合，在本文中其自主性等級(jí)共有五級(jí)，即可行方案集為L(zhǎng)={l1,l2,…,l5}。

2)評(píng)價(jià)目標(biāo)集

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整目標(biāo)，廣義上是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)以最合適的自主性等級(jí)來(lái)執(zhí)行相應(yīng)作戰(zhàn)活動(dòng)；狹義上是指無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)自主性等級(jí)的具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主等級(jí)調(diào)整目標(biāo)集包括三項(xiàng)決策目標(biāo)，分別為任務(wù)完成率s1、資源消耗s2、執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)s3，即S={s1,s2,s3}，每個(gè)目標(biāo)受自主性的五個(gè)指標(biāo)即任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度、自主決策要求、系統(tǒng)交互強(qiáng)度、信息保障力度影響。

3)效用函數(shù)集

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整問(wèn)題的效用函數(shù)集F={f1,f2,f3}，其中，f1為任務(wù)完成率，f2為資源消耗，f3為執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，分別評(píng)估無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)采用每一級(jí)自主性等級(jí)的效用值，即{f1(li),f2(li),f3(li)} 。

4)后果集

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主等級(jí)調(diào)整問(wèn)題的后果集是采用每一級(jí)自主性等級(jí)的效用值作為行向量構(gòu)成的矩陣，即自主性等級(jí)li的效用值{f1(li),f2(li),f3(li)}是后果集矩陣的第i行。設(shè)后果集為D={dij}，那么dij=fj(li)即為無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)調(diào)整為自主性等級(jí)li的第j個(gè)決策目標(biāo)的效用值。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整模型利用相應(yīng)決策規(guī)則來(lái)調(diào)整其自主性等級(jí)，即根據(jù)三個(gè)決策目標(biāo)的效用值的比較來(lái)評(píng)估各自主性等級(jí)，最終得到最優(yōu)方案。對(duì)于無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其等級(jí)決策結(jié)果希望無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)的任務(wù)完成率極大化，同時(shí)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)資源消耗最小，執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)最低。

那么，對(duì)于無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)問(wèn)題的決策規(guī)則定義如下：

1)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整對(duì)于任務(wù)完成率這個(gè)決策目標(biāo)的原則是求最大，這表明無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)把自主性等級(jí)往最大任務(wù)完成率方向調(diào)整。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)用效用函數(shù)f1(li)對(duì)任務(wù)完成率這一目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)li和lj對(duì)于任務(wù)完成率這一決策目標(biāo)的效用值分別為di1=f1(li)，dj1=f1(lj)。若di1>dj1，在任務(wù)完成率這個(gè)決策目標(biāo)下，li?lj，令d=di4-dj4，則d越大，自主性等級(jí)li對(duì)比lj的優(yōu)勢(shì)越大。

2)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整對(duì)于資源消耗這個(gè)決策目標(biāo)的原則是求最小，這表明無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)把自主性等級(jí)往最小資源消耗方向調(diào)整。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)用效用函數(shù)f2(li)對(duì)資源消耗這一目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)li和lj對(duì)于資源消耗這一決策目標(biāo)的效用值分別為di2=f2(li)，dj2=f2(lj)。若di2

3)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整對(duì)于執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)這一決策目標(biāo)的原則是求最大，這表明無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)把自主性等級(jí)往最小執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)方向調(diào)整。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)用效用函數(shù)f3(li)對(duì)信息獲取程度這個(gè)屬性進(jìn)行預(yù)測(cè)。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)li和lj對(duì)于執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)這個(gè)決策目標(biāo)的效用值分別為di3=f3(li)，dj3=f3(lj)。若di3

如上所述，三個(gè)決策目標(biāo)任務(wù)完成率、資源消耗和執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)與自主性分析的五種指標(biāo)任務(wù)復(fù)雜度、人機(jī)交互程度、自主決策要求、系統(tǒng)交互強(qiáng)度和信息保障力度的關(guān)系如表3所示。其中，“+”表示該指標(biāo)或者目標(biāo)增加，“-”表示該指標(biāo)或者目標(biāo)降低。

表3 決策目標(biāo)與自主性指標(biāo)關(guān)系

綜上所述，根據(jù)規(guī)則1、2、3，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性調(diào)整的3個(gè)決策目標(biāo)的效用函數(shù)為{f1(li),f2(li),f3(li)}，則取得最優(yōu)解的約束為：

(18)

max表示效用函數(shù)f1(li)在無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整中效用值最高時(shí)最好。

min表示效用函數(shù)f2(li)、f3(li)在無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整中效用值最低時(shí)最好。

根據(jù)這三項(xiàng)效用值，采用一定的判斷邏輯，可以得到無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的完全序，應(yīng)滿足：

?li,lj∈L，存在li?lj或lj?li，其中L={l1,l2,…,l5}。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)的分配問(wèn)題本質(zhì)是系統(tǒng)做出的一種決策，即自主性等級(jí)決策問(wèn)題。而決策問(wèn)題就是通過(guò)理性分析，滿足所制定的決策規(guī)則，最終獲得評(píng)價(jià)最優(yōu)結(jié)果。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將自主性等級(jí)決策視為自身所擁有各個(gè)自主性等級(jí)期望效用的比對(duì)，通過(guò)分別評(píng)價(jià)采用每種自主性等級(jí)的任務(wù)完成率、資源消耗和執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，最后，選擇最大效用的自主性等級(jí)分配。

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整問(wèn)題中，自主等級(jí)li與lj的優(yōu)先程度利用優(yōu)先函數(shù)來(lái)描述。其目標(biāo)決策集S={s1,s2,s3} ，根據(jù)線性優(yōu)先關(guān)系準(zhǔn)則，定義優(yōu)先函數(shù)為

(19)

其中，Ps(li,lj)函數(shù)值表示自主性等級(jí)li與lj在指標(biāo)s上的差異，其函數(shù)值越小，代表兩個(gè)自主性等級(jí)之間的差異越小。ds=dis-djs，由自主性等級(jí)方案li與lj在指標(biāo)s上效用值的差計(jì)算得到，s={1,2,3}，d*為指標(biāo)s上效用值之間的最大差值。

Ps(li,lj)函數(shù)表示無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性等級(jí)在某一決策目標(biāo)下的相對(duì)優(yōu)先程度，把所有決策目標(biāo)下的相對(duì)優(yōu)先程度合并起來(lái)，就可以計(jì)算得到無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主性等級(jí)每一級(jí)總的優(yōu)先程度。

首先，分別計(jì)算無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)之間比較的優(yōu)先值，如下所示。

(20)

然后，計(jì)算出所有無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)對(duì)于其他等級(jí)的優(yōu)先值，P(li,lj)表示自主性等級(jí)li對(duì)于自主性等級(jí)lj的優(yōu)先值，即可賦為li指向lj邊的值，最后，得到一個(gè)有向圖，如圖4所示。

圖4 自主性等級(jí)的賦值有向圖

通過(guò)計(jì)算每個(gè)自主性等級(jí)節(jié)點(diǎn)的所有流入和流出來(lái)評(píng)價(jià)相應(yīng)自主性等級(jí)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，其中，流出代表該節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，流入代表該節(jié)點(diǎn)的劣勢(shì)，其步驟如下：

組織排序法是基于無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)所擁有的自主性等級(jí)的兩兩比較，無(wú)論減少或增加一個(gè)自主性等級(jí)，對(duì)最終結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生影響。無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行一些較為復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，可以進(jìn)一步分解為簡(jiǎn)單的子任務(wù)，從而調(diào)整其自主性等級(jí)的分配，利用該算法可求解自主等級(jí)決策問(wèn)題。

4 案例研究

本節(jié)以一個(gè)登陸作戰(zhàn)任務(wù)為例，介紹作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃模型和無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整模型，驗(yàn)證本文提出模型的正確性和有效性，其案例來(lái)源于《指控組織設(shè)計(jì)方法》一書[20]。首先，解決登陸作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題，考慮能力資源、自主性、時(shí)序等條件約束，分派無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)完成作戰(zhàn)活動(dòng)，在滿足活動(dòng)需求的基礎(chǔ)上，使得完成作戰(zhàn)任務(wù)效益最高，時(shí)間最短。然后，解決無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)分配問(wèn)題，使得無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的效用極大化，同時(shí)，工作負(fù)荷適當(dāng)，其資源得到極大利用。

登陸作戰(zhàn)案例想定描述如下：我軍準(zhǔn)備對(duì)敵軍所占領(lǐng)的某島嶼進(jìn)行攻擊，奪取該島嶼作為下一步作戰(zhàn)的基地。這次登陸作戰(zhàn)的首要目標(biāo)是攻擊島上的碼頭和機(jī)場(chǎng)。其中，經(jīng)前期偵察發(fā)現(xiàn)，適合我軍登陸的海灘為地圖右側(cè)海灘，由此登陸后，向北占領(lǐng)碼頭，向南占領(lǐng)機(jī)場(chǎng)，敵軍在中間布置了雷區(qū)，對(duì)我軍進(jìn)行阻擊。在海灘西南側(cè)還有一高地，敵軍在此駐有小股部隊(duì)，需占領(lǐng)此高地，掩護(hù)我軍行動(dòng)。敵方增援部隊(duì)須經(jīng)過(guò)西側(cè)橋梁，需提前炸毀該橋梁，如圖5所示。

圖5 案例想定

案例給定的任務(wù)流程如圖6所示，任務(wù)能力資源要求及自主性等級(jí)等屬性數(shù)據(jù)如表4所示，其中，Com代表通信能力，Rec代表偵察能力，Cbt代表打擊能力，Mot代表機(jī)動(dòng)能力，可用無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力資源及自主性等級(jí)等屬性數(shù)據(jù)表示，如表5所示。其中，各作戰(zhàn)活動(dòng)為無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)和有人部隊(duì)形成有人/無(wú)人聯(lián)合部隊(duì)共同參與。

圖6 任務(wù)流程圖

表4 任務(wù)屬性數(shù)據(jù)

表5 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)

由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃模型計(jì)算執(zhí)行結(jié)果，其任務(wù)持續(xù)時(shí)間為110 min，共有8個(gè)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)參與執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)。其中：act1協(xié)助占領(lǐng)近海，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U1執(zhí)行；act2清除海區(qū)障礙，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U7執(zhí)行；act3沖擊搶占海灘，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U10執(zhí)行；act4協(xié)助壓制高地，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U4執(zhí)行；act5協(xié)助占領(lǐng)高地，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U8執(zhí)行；act6清剿海灘殘敵，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U4執(zhí)行；act7快速公路補(bǔ)給，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U2執(zhí)行；act8清除公路障礙，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U2執(zhí)行；act9協(xié)助占領(lǐng)港口，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U10執(zhí)行；act10協(xié)助占領(lǐng)機(jī)場(chǎng)，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U6執(zhí)行；act11協(xié)助奪取橋頭，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U6執(zhí)行；act12協(xié)助炸橋阻援，由無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)U12執(zhí)行。

由上文作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，可以得到作戰(zhàn)活動(dòng)分配至無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)要滿足其所執(zhí)行的作戰(zhàn)活動(dòng)等級(jí)要求，具體情況如表6所示。

表6 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)與作戰(zhàn)活動(dòng)自主性等級(jí)情況表

通過(guò)計(jì)算各無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)作戰(zhàn)活動(dòng)最合適的自主性等級(jí)，得到無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整如表7所示。

表7 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整結(jié)果

現(xiàn)分析自主性等級(jí)調(diào)整的收益情況。若各無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)不進(jìn)行自主性等級(jí)調(diào)整，均由最高自主性等級(jí)執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)，或?qū)Ω鳠o(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行自主性等級(jí)調(diào)整，分別計(jì)算其各自主性等級(jí)三個(gè)決策目標(biāo)效用值，如表8所示。

表8 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整前后決策目標(biāo)效用值

無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整前后，其三項(xiàng)決策目標(biāo)任務(wù)完成率s1、資源消耗s2、執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)s3對(duì)比如表9所示。

表9 無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整前后對(duì)比

綜上所述，當(dāng)無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)調(diào)整后，任務(wù)完成率提升7.5%，資源消耗量提升4.85%，執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)降低12.3%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)采用自主性等級(jí)優(yōu)化分配模型后，雖然資源消耗有所增加，但大幅度降低了執(zhí)行任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)，提升了任務(wù)完成率。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)我軍無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性存在的問(wèn)題，圍繞無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)評(píng)估和優(yōu)化分配展開研究，主要研究了無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性內(nèi)涵定義、自主性評(píng)估分析以及面向任務(wù)的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化分配實(shí)際運(yùn)用。通過(guò)分析軍事應(yīng)用背景下無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性特性，提出無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性的內(nèi)涵及其概念模型，分析無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性，建立相關(guān)等級(jí)模型及評(píng)估方法，研究面向任務(wù)的無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)自主性等級(jí)優(yōu)化分配模型，從而為進(jìn)一步加快無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)建設(shè)，增強(qiáng)作戰(zhàn)效能提供方法和技術(shù)支撐。