摘要
随着科学技术的不断发展，无人机被越来越多地应用到军事领域。从最开始的靶机和侦察、探测等辅助作战手段到现在的对地攻击、反辐射攻击等直接作战任务，无人机正在逐步向具有攻击力和杀伤力的方向转变，其在现代战争中的地位日益提高。由于无人机具有不怕伤亡、能够适应恶劣环境等有人机不具备的优点，所以可以预见在不久的将来，无人机将逐步参与到更多的直接作战任务，成为现代战争中不可或缺的一股空中打击力量。因此，对无人机的作战效能进行评估势在必行。 本文的特色和研究的重点在于无人机的作战过程分析和作战效能建模方法的运用。具体是以无人作战飞机为研究对象，根据无人机在不同作战任务中的特点和不同的研究目的，分别以作战仿真法、Lanchester方程法、对数法以及灰色系统理论等方法来对无人机的作战效能进行分析，主要的工作和研究成果归纳如下： (1)以无人机的超视距空战为研究背景，提出了一种综合态势评估、目标分配和损耗裁定的协同空战仿真模型。首先综合友机位置和敌方战机威力对我机态势的影响，提出了一种基于人工势场的无人机编队态势评估方法，该方法的最大特点是能够反映出友机对空战态势的影响；然后，提出了一种结合离散差分进化算法和邻域搜索算法的文化基因算法，来进行超视距空战的目标分配；最后为反映出超视距空战中的个体损耗情况，用一种改进的两步裁定法来模拟空战双方的相互攻击，实现超视距空战中的损耗裁定。 (2)研究了无人机在诱饵弹干扰下的静态攻击阈值控制方法。首先分析机载传感装置的作战性能，得到正确判别敌方目标和错误判别敌方目标二者之间的关系。然后根据Lanchester平方律和多兵种Lanchester方程，提出了一种改进的无人机作战Lanchester方程，进而表示出目标识别准确度对作战进程的影响，随后通过积分Lanchester方程，得到了真目标损耗和假目标损耗二者之间的函数关系，从而完成对Lanchester方程的化简，最后采用差分进化算法来进行无人机的攻击阈值优化，得到了歼击型无人机的静态攻击阈值。之后，分析了敌方存在伴飞诱饵情况下，我方自杀式无人机的作战模式，给出了自杀式无人机对应的空战Lanchester方程，并对其静态攻击阈值控制问题进行了分析。 (3)将改进的Lanchester方程与最优控制相结合，来研究无人机在诱惧弹干扰下的动态攻击阈值控制方法。首先以Lanchester方程为状态方程，以无人机的攻击阈值为控制变量，结合弹药约束，建立了终端时刻固定情况下的歼击型无人机攻击阈值最优控制模型。并且证明了如果终端时刻固定，那么己方剩余兵力的最大化等价于敌方剩余兵力的最小化；然后对终端时刻不固定的最优控制模型进行了分析。最后采用高斯伪谱法对最优控制问题进行求解，从而得到最优的动态攻击阈值。与此类似，将描述自杀式无人机的Lanchester方程与最优控制相结合，可以得到自杀式无人机的动态最优攻击阈值。 (4)分析了在敌方杀伤力未知情况下我方无人机的攻击阈值控制问题。具体是根据敌方可选武器的挂载概率和武器对应的杀伤概率，建立敌方杀伤力未知情况下的Lanchester方程，并将其作为最优控制的状态方程，然后分别给出终端时刻固定和可变两种情况下对应的最优控制模型，并且证明了敌方杀伤力未知，终端时刻固定这种情况下，最大化我方飞机的数量期望与最小化敌方飞机的数量期望二者等价。随后用高斯伪谱法对最优控制问题进行求解，得到歼击型无人机的最优攻击阈值。最后用这种方法分析了敌方杀伤力未知情况下的自杀式无人机攻击阈值控制问题，得到了相应的最优攻击阈值。 (5)在有人机作战效能对数法的基础上，结合无人机自身特点对相应参数进行调整，给出了一种适合描述无人机作战效能的改进对数法。并以此为基础，进行无人作战航空综合体的效费分析：首先，分别建立无人作战航空综合体的作战效能模型和寿命周期费用模型；然后，同时以无人作战航空综合体的作战效能最大化和寿命周期费用最小化为优化目标，采用多目标差分进化算法进行优化，从而得到满足要求的作战效能和寿命周期费用。 (6)将灰色系统理论引入到无人机的作战效能评估之中。首先计算得到无人机的任务可靠性，进而可以通过综合无人机的任务可靠性、空战能力、对地攻击能力、侦察能力、寿命周期费用五项因素，来对无人机的作战效能进行评估。考虑到评估过程中存在的指标关系不明确的问题，将灰色系统理论引入到无人机的作战效能评估之中来处理这种不确定性，经过权重计算和灰化处理等操作，最终可以得到无人机的作战效能。
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