孙怡恺

摘 要：目前无人机集群在民间及军事上应用越来越普遍，所发挥的作用也越来越重要，但是在对无人机集群执行某项任务之前要对其进行系统的能力评估，这对无人机集群能否胜任某项任务起到了先期研判作用。本文主要从平台分配关系、平台控制关系、决策实体间关系、以及决策实体间信息交互关系4各方面进行论证。

关键词：无人机群;系统能力;评估

一、无人机集群定义

无人机集群由一定数量的单功能和多功能无人航空飞行器共同组成，在交感网络的支撑下，节点之间进行信息交互与反馈、激励与响应等交感行为。

无人机集群并不是简单的多航空器平台的编队，其集群能力也不是诸多平台单一能力的简单叠加，而是由多航空器平台通过科学的方法聚集后，经过集群自组织机制与行为调控机制的有机耦合，产生了新的能力或原有能力发生了质的变化。集群整体具有能力涌现的特点，可实现单个平台行为自主决策、平台间行为协同，最终产生能力涌现的自主式空中移动系统。

二、无人机集群体系能力评估的意义

无人机集群体系能力评估是对能力的定量评价，是评价集群能力与使命环境匹配程度的依据，包含两个步骤：“用什么测”和“如何测”。“用什么测”就是如何选取合适的性能测度参数作为评价集群能力的客观依据，“如何测”就是如何通过正确的性能测度方法实现集群能力的评价，合适的性能测度参数和正确的性能测度方法对最终的结果有着决定性的作用。

做好无人机集群体系能力评估主要有以下几点作用：一是可以根据评估结果去匹配相应难度的任务，防止出现任务难度过高而无人机集群不能完成的现象，或者用过高等级的无人机集群去完成较低难度的任务，造成资源浪费;二是通过能力评估可以掌握不同种类不同数量不同协同方式的无人机组合成无人机集群后所具备的能力现状，从而建立无人机集群体系能力数据库，为今后执行不同种类的任务提供参考和帮助;三是可以了解无人机集群所呈现的能力现状与当前无人机市场的需求是否相吻合，从而为下一步无人机技术的开发提供数据支撑和帮助。

三、无人机集群能力评估方法

（一）任务-平台分配关系性能测度。

该测度一般包括作战任务的完成时间、平台的平均移动距离和平台在任务上的平均协作量等。

1.作战任务的完成时间。该测度是最常用的性能测度，即平台完成整个任务序列图的时间。任务的完成时间越小，任务的完成效率越高，因此，在优化设计任务-平台分配关系时，应该尽可能减小整个作战任务的完成时间。

2.平台的平均运动距离。据研究，如果一个目标处于运动状态，其被发现的概率会比处于静止状态时增加90%以上，因此，在设计任务-平台分配关系时，应该尽可能减少平台在整个任务完成过程中的运动距离，降低被发现的可能性，进而保证平台安全、顺利完成任务。

3.平台在任务上的平均协作量。平台之间交互协作过多会降低完成任务的效能，不必要的交互会导致任务出错。因此，在优化设计任务-平台分配关系时，应该尽可能减少不必要的协作，从而降低平台的协作代价。

（二）平台控制关系性能测度

平台控制关系设计问题的性能测度包括决策实体的最大工作负载和全部决策实体工作负载的均衡度。

1.决策实体的最大工作负载。通常情况下，对于单个决策实体，该决策实体所承受的工作负载越小，它的信息处理就越精确，效率也就越高，因此，在优化平台控制关系时，应该尽可能减少实体工作量。

2.决策实体工作负载的均衡度。在决策平台控制关系时，既期望无人机集群中的每个决策实体的工作负载尽可能小，又期望决策实体的工作负载尽可能平衡，这样使该集群个体在动态不确定的环境中能够具有较强的适应性。因此，可以定义决策实体工作负载的均衡度作为平台控制关系设计问题的性能测度。

（三）决策实体间关系性能测度

包括决策实体间指挥控制关系设计问题的性能测度和决策实体间信息交互关系设计问题的性能测度。其中，决策实体间指挥控制关系设计问题的性能测度包括附加协作负载之和以及层次结构中决策实体的最大工作负载。

1.附加协作负载之和。在生成决策实体之间的层次关系的过程中，会引入决策实体之间附加的协作负载，因此，在优化设计决策实体间指挥控制关系时，期望最小化全部决策实体的附加协作负载之和，以降低无人机之间的协作代价，从而提高集群协作效率。

2.层次结构中决策实体的最大工作负载。在生成决策实体之间的层次关系的过程中，由于引入了决策实体之间附加的协作负载，从而会导致某些决策实体工作负载增加，因此，在优化设计决策实体间指挥控制關系时，期望无人机集群层次结构中决策实体间的工作负载尽可能平衡，在平衡的基础上使层次结构中决策实体的最大工作负载最小化。

（四）决策实体间信息交互关系性能测度

决策实体间信息交互关系设计问题的性能测度包括信息交互网络传输速度、网络的建设成本和网络的稳定性。

1.信息交互网络传输速度。设计实体之间信息网络，保证实体之间的信息交互，所构建的网络的重要指标就是信息传输速度。速度越快，传输质量越高。

2.信息交互网络成本。加大的网络成本可能会优化信息交互效率，但是成本的加大容易造成资源浪费，加之集群内各无人机所拥有的信息交互资源的有限性，交互关系的设计都应该考虑总的网络构建成本，因此，在满足传输基础效率的基础上，通过优化分配信息链路容量，减少网络构建成本。

3.信息交互网络的可靠性。实际任务过程中信息交互网络难免会遭受一定程度的攻击，因此需要保证个别链路被摧毁失效时，整个网络信息交互不至于完全瘫痪，所以应该建立较为可靠的信息交互网络，具备一定的抗摧毁能力。

四、结语

当前无人机集群能力评估正处于一个发展阶段，各国都在努力建立一套适合自己的无人机集群能力评估方法和手段，因此提升无人机集群评估能力与发展无人机集群技术是相辅相成的，相信在不久的将来，各国会根据更完善的无人机集群能力评估体系建立一套无人机集群体系能力数据库，进而更好地匹配当前的各种任务，达到迅速、高效、节能的标准要求。

参考文献：

[1]梁晓龙  张佳强  吕娜  无人机集群  西北工业大学出版社  2018.5