第10卷第5期2019年10月
指挥信息系统与技术
Command Information System and Technology
Vol.10No.5
Oct.2019
宦国杨杨新民
(中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007)
摘要：随着人工智能技术的发展，无人机集在军事中的应用越来越广泛。针对远程投送无人机集信息作战，对其作战规划方法进行了理论研究，设计了相应的功能组成、模块输入输出、主要过程、信息交互关系及作战过程，并探讨了关键技术，为远程投送无人机集作战规划研究及其系统建设提供参考。
关键词：无人机；集；作战规划
中图分类号：TP391文献标识码:A文章编号：1674-909X(2019)05-0054-05
Operational Planning Method and Key Technologies for
Long-Range Delivery UAV Cluster
HUAN Guoyang YANG Xinmin
(The28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Nanjing210007,China) Abstract:With the development of artificial intelligence technology,the unmanned aerial vehicle (UAV)cluster is widely used in the military.Aiming at the information operation of long-range delivery UAV cluster,the operational planning method is theoretically studied,the correspond-ingfunctioncompo3ition,moduleinputandoutput,mainproce33,informationinteractionand operationalproce33arede3igned,andthekeytechnologie3aredi3cu33ed.Itprovide3areference forthere3earchontheoperationalplanningand3y3temcon3tructionoflong-rangedeliveryUAV clu3ter.
Key words:unmanned aerial vehicle(UAV);cluster；operational planning
o引言
随着人工智能技术的发展，无人机已广泛应用于各行各业，无人机集也越来多地应用于军事领域，包括对敌方目标进行侦察、干扰或打击(12)。美国、俄罗斯和以列等国对无人机集的应用研究频频见诸报端
为了将无人机集平稳顺利地投放到指定空域执行作战任务，可采用战斗机、飞艇、舰船和潜艇等⑷投送平台完成无人机集的拋撒。投送平台的局限性及重要目标的防御拦截能力，导致投送平台无法有效突破敌重要目标的防护圈进行抵近作战。例如，航母编队一般均配备爱国者2(PAC2)、爱国者-3(PAC-3)和萨德(THAAD)等各类防空反导装备，具备近千公里的防护圈[5]0由于导弹具有射程远、速度快和突防能力强等特点，搭载无人机集，
"基金项目：江苏省自然科学基金(BK20160148)资助项目。
收稿日期=2019-03-03
引用格式：宦国杨，杨新民.远程投送无人机集作战规划方法和关键技术[J].指挥信息系统与技术，2019,10(5):54-58;
HUAN Guoyang，YANG Xinmin;Operationalplanning methodandkeytechnologiesforlong-rangedeliverey UAV cluster(J);Command Information System and Technology，2019，105):54-58;
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可高速突防抵近敌重要战略目标纵深，因此具备较强优势。美国国防部高级研究计划局⑷及陆军「宀计划研制可投放无人机的导弹。2017年4月，洛克希德・马丁公司透露拟研发布撒器型导弹以投放小型无人机。
针对目标特性和投送平台特点，选用平台的类型、数量、投送场地、投送时间和飞行航迹，以及抛撒位置、集编组、成员职责划分和特情处置规则等是否合理成为充分发挥无人机集最大作战效能、无人机集高效完成任务的关键。本文基于远程抛撒无人机集信息作战背景，对其作战规划方法及其关键技术进行研究。
1作战规划及国内外发展现状
作战规划是指挥信息系统的大脑，根据作战任务、战场态势和武器特点等，筹划作战资源、作战行动和保障行动，制订方案计划及生成武器诸元等作业活动。作战规划筹划整个作战过程，负责设计战争、组织打仗和管理战场，融合运用指挥控制系统、武器装备和信息资源，从而达到最大作战效能
近年来，作战规划作为现代战争精导武器运用的核心，已成为世界主要军事强国争相发展的重点。为加快抢占打赢信息化战争的制高点，美军自20世纪80年代开始大力推动作战规划系统建设，已建成覆盖各
军兵种和主要武器平台、支持从总统战略制定到末端武器发射全过程的完整体系（11-13），具体包括以下2方面内容：1）联合作战层：研制联合作战计划与执行系统（JOPES），并与陆军战斗指挥系统（ABCS），海军全球指挥控制系统（JMCAP）、海军陆战队空地任务部队系统（MAGTAF-II）和战区战斗管理核心系统（TB一MCS）等铰链，共同规划联合作战行动；2）军兵种层：结合各自作战特点，以独立开发应用为主，兼顾联合作战通用要求（4「15）。
我军作战任务规划装备经过多年发展已取得较大成绩「词，并应用于各类武器平台（17）和各级军兵种指挥机构，但与发达国家相比，在复杂战场环境处置及新型武器平台运用等方面还需深入研究。
2作战规划体系
2.1功能组成
远程投送无人机集作战规划作为指挥信息系统的一部分，主要包括平台投送和无人机集2大类规划能力，以及方案推演评估能力。其中，平台投送规划是针对武器平台远程投送的规划，主要包括信息作战效能、投送平台、兵力使用、突防、飞行/航路及作战行动等规划；无人机集规划是针对无人机集信息作战的规划，包括集成员职责、集飞行编队及预置处置规则等规划；方案推演评估指通过仿真进行想定设置，模拟信息作战攻防对抗，仿真推演评估，并提出方案优化建议。功能组成如图1所示。
2.2规划流程
远程投送无人机集信息作战需要在平时或战前进行准备规划，形成作战方（预）案，并对方（预）案进行推演评估和优化调整；作战实施阶段根据初始目标信息、战场态势进行方（预）案筛选和调整，形成作战计划，并生成装订诸元；必要时，根据二次目标指示信息进行快速投送平台规划方案调整，更新诸元。作战使用过程如图2所示。
信息交互关系如图3所示。远程投送无人机集作战规划通过指挥控制功能与通信系统交互打击目标初始信息、战场态势信息；与武器平台交互平台投送规划成果、无人机集规划成果等信息；与综合保障交互保障需求信息和保障信息。
远程投送无人机集信息作战规划通过信息作战效能规划模块，对打击目标信息进行效能规划，并进行投送平台规划，基于投送平台规划成果分别进行兵力使用和无人机集规划，根据兵力使用规划成果完成飞行/航路、突防和作战行动规划，形成相应作战方（预）案；方案推演评估对方（预）案进行仿真推演，依据其结果对平台投送规划和无人机集规划提出优化调整建议。
远程投送无人机集作战规划需在模型算法库、作战知识库、作战方（预）案库、交战规则库和三情数据库的支撑下完成作业，同时其规划过程也可对相应数据库进行完善和充实
。
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图2作战使用过程
指挥控制
规划成果購題$规划成果
作战指令
综合保障
保障需求$保障信息
远程投送无人机集作战规划
|打击目标
作鶴动
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队划果 编规成行划 飞规 队 集编队划果
编规成无刖支撑介
丨效能
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投送车台规划投送弔苔规划I 炭衆
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壇型算法匍應战知识圉 洋方(预)案圉跤战规则圉 匡情数据丿
图3信息交互关系
3核心功能
远程投送无人机集作战规则包括以下10项 核心功能：
1)信息作战效能规划
(1) 功能：采用仿真工具对无人机集信息作
战整体效能进行分析和规划。
(2) 输入：目标基本信息、载荷基本信息和干扰
压制等级。
(3) 输出：载荷类型、数量和作战空域。
(4) 主要过程：基于各预警雷达的分布、频率、
威力和射向等具体目标信息，以及无人机携带载荷 的频率和威力，根据干扰压制等级要求，通过三维仿
真和模型分析，计算满足干扰压制需求的载荷类型
与数量、无人机类型与数量以及飞行作战空域等o
计算时需考虑敌方反制、载荷故障率等影响因素。
2) 投送平台规划
(1) 功能：基于信息作战效能规划成果对投送
平台的种类和数量进行规划。
(2) 输入：战场态势和信息作战效能规划成果o
(3) 输出：投送平台种类及其数量。
(4) 主要过程：根据信息作战效能规划成果，基
于投送平台各类载荷编配标准，计算需使用的不同
型号投送平台的种类和数量，满足信息作战效能要 求；根据信息作战效能规划结果、平台机动能力以及
无人机机动能力计算各投送平台每个无人机的抛撒 点，导弹投送时还需计算导弹的瞄准点，其中瞄准点
与抛撒点相互影响。
3) 兵力使用规划
(1) 功能：基于投送平台规划成果对兵力进行
规划。
(2) 输入：投送平台规划成果，包括投送平台的 种类数量及抛撒点。
(3) 输出：武器平台诸元信息、平台投送场地与
时间及承担平台投送任务的部队。
(4) 主要过程：针对投送平台规划成果及投送
实力，明确投送场地、具体武器平台、投送时间及投 送任务部队；根据明确的投送平台抛撒点，推算出每
个阵地的瞄准点，生成发射诸元。
4) 突防规划
(1) 功能：基于武器平台诸元信息对武器平台
突防进行战术和技术规划。
(2) 输入：目标反制特性和兵力使用规划成果o (3) 输出：突防战术和技术成果、
突防能力分析
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与评估。
(4)主要过程：根据目标反制特性，对突防威胁进行研判；根据兵力使用规划成果进行突防技术和战术规划，并进行突防能力分析与评估，形成突防规划成果，包括突防诸元参数和突防规划建议。
5)飞行/航路规划
(1)功能：对武器平台的飞行航迹和机动路线进行规划。
(2)输入：目标基本信息、战场态势、兵力使用规划成果和突防规划成果。
(3)输出：武器平台飞行航迹。
(4)主要过程：根据平台类型与数量以及各种随机误差进行飞行/航路计算，拟合生成飞行/航路；考虑尾焰和气流干扰等因素，分析武器平台的飞行安全距离；根据武器平台的投送时间间隔和安全距离计算碰撞概率，分析武器平台飞行/航路之间的最短安全发射时间间隔。
6)作战行动规划
(1)功能：根据兵力使用规划成果规划相配套的行动方案。
(2)输入：兵力使用规划成果。
thaad(3)输出：行动方案。
(4)主要过程：为确保武器平台投送，对武器测试升级、无人机测试升级、武器转载运输和机动转进等作战行动进行规划，生成作战行动方案。
7)集成员职责规划
(1)功能：对无人机集中的各成员进行任务分工。
(2)输入：信息作战效能规划成果和投送平台规划成果
(3)输出：无人机集成员职责和参数。
(4)主要过程：根据信息作战效能规划成果对投送平台中的无人机进行映射，对无人机集各成员职责进行规划，包括通信、侦察和电子对抗等职责，设定作战目标，同时规划载荷的主备关系，生成职责参数。
8)集飞行编队规划
(1)功能：对无人机集的飞行编队进行划分和规划。
(2)输入：集成员职责规划成果。
(3)输出：飞行编队划分。
(4)主要过程：根据集成员职责规划成果，基于目标部署特性和无人机性能参数，划分飞行编队和飞行轨迹。
9)预置处置规则规划
(1)功能：对作战过程中可能存在的突发情况进行提前规划。
(2)输入：目标特性和战场态势。
(3)输出：预置规则。
(4)主要过程：针对无人机集信息侦察和电子对抗过程中可能出现的意外情况(目标变更、通信中断和设备故障等)提前规划应对措施，形成预置处置规则，并作为装订参数预先装订到无人机上。
10)方案推演评估
(1)功能：对全部规划成果进行推演，评估方案，提出优化建议。
(2)输入：战场态势、目标信息和各类规划成果。
(3)输出：仿真评估结果和方案优化建议。
(4)主要过程：根据各类规划成果进行想定设置，通过仿真模拟攻防对抗，并进行推演评估，对作战过程进行导调控制与裁决，分析仿真数据，提出方案优化建议，并将结果反馈各规划模块。
4关键技术
远程投送无人机集作战规划是无人机集完成作战任务的关键，受目标、战场态势、武器平台性能和无人机性能等因素影响，其本质又是复杂的组合优化问题。目前，无人机集作战规划问题建模难度较大，主要影响因素包括以下4个方面：1)不同的打击目标及目标反制能力；2)不同的战场态势；3)不同武器平台的飞行或抛撒能力；4)搭载的无人机具有不同的载荷和续航能力。此外，作战任务各要素彼此制约和关联，存在复杂的约束关系，如时间、空间、载荷-无人机匹配、无人机-子目标匹配和子任务优先级等要求。上述影响因素给解决远程投送无人机集信息作战规划问题带来了诸多困难(18)。本文重点研究了以下3类关键技术：
1)信息作战效能分析：是整个作战规划核心技术。构建信息作战知识库，以目标特性、无人机携带载荷战技指标及任务要求为输入，采用可视化仿真技术，运用自动计算和手动调整相结合、定性和定量相补充的方法分析无人机集搭载雷达干扰、雷达侦察、光学侦察及通信等载荷对抗的时机、方向、策略和作战目标等，反复寻优获得最优对抗策略，并对信息作战效能进行计算分析。该过程是一个空间维度多、时间复杂度高的优化问题。
2)集成员职责及编队规划。信息作战战场环境具有强度高和变化快的特点，打击目标均拥有
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反制措施，战场中极端天气和设备故障时有发生，对战场上的无人机生存威胁较大，导致集成员职责
划分和编队规划具有不确定性’因此，为确保证无人机集顺利完成作战任务，分配成员职责和规划编队时需从时空及任务角度保证无人机的任务不冲突、编队不碰撞、分工有合作、毁伤能接替及任务能完成。该过程具有多目标、多约束条件、非线性、强耦合及建模困难的特点’
3)无人机集作战仿真评估。信息作战是一个复杂的动态随机过程，存在信息多元化和过程不确定等现象，目标和无人机均需依据态势感知不断调整和变化信息对抗方式和策略，整个过程保持着非线性动态变化特点；通过仿真工具推演和评估整个过程就变得异常复杂，需构建各类相互作用和信息传递关系的仿真模型网络架构，研制贴近实战的计算分析和决策控制模型。
此外，远程投送无人机集信息作战规划关键技术还包括无人机集对抗态势评估、无人机抛撒规划、自动处置规则模型、针对特定投送平台的航路规划等。
5结束语
采用武器平台将无人机集远程投送，对敌目标进行干扰压制、情报侦察甚至火力打击，已成为一种新的作战样式。本文针对该作战样式，设计了作战规划方法，并对关键技术进行了研究，实现了对平台投送和无人机集作战的作战规划。根据规划成果，投送平台可将载有指定类型和数量的无人机集远程抛撒到指定空域，执行作战任务。后续将采用人工智能、仿生智能、非线性系统模型和复杂系统理论等方法，并结合实际作战数据对远程投送无人机集作战规划进行研究。
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作者简介：
宦国杨，男(1968—)，研究员级高级工程师，研究方向为指挥自动化系统总体设计和辅助决策技术。
杨新民，男(1979—)，研究员级高级工程师，研究方向为指挥自动化系统总体设计和辅助决策技术。
(本文编辑：马岚)
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