舰载无人直升机反潜任务载荷应用问题研究

门金柱，吴东立，鄂群

（1．海军大连舰艇学院水武与防化系，辽宁大连116018; 2．海军驻安顺地区航空军事代表室，贵州安顺 561000）

1 研究背景和对象

作为海军舰载无人机发展的先驱，舰载无人直升机一经面世就吸引了全世界的目光。20世纪60年代，美国率先开发了第一型舰载无人机——QH-50无人反潜直升机（DASH），该机可携带2枚MK44轻型鱼雷，装备驱逐舰用于反潜，美海军先后接收了4个型号约800架QH-50无人反潜直升机。虽然由于性能原因该型机已基本退出现役，但世界各军事强国研制、研究舰载无人直升机的步伐却从未停止。相比固定翼等其他类型的舰载无人机，舰载无人直升机有着起降无需弹射或火箭助飞和伞降，使用方便安全;可以在空中定点悬停，便于定点侦查和监视，作战用途与方式灵活等特点［1］。随着不断发展，舰载无人直升机及其平台的研制技术和作战应用已日臻成熟，这些特点为将舰载无人直升机应用于反潜作战提供了极为有利的技术基础。

1.1 舰载无人直升机发展现状

目前，世界各国已发展了多种类型的舰载无人直升机，这里仅介绍比较有代表性的2种。一种是美国最近发展的MQ-8B“火力侦察兵”舰载无人侦察机，最大起飞重量1 430 kg，货物吊舱总载重可达360 kg，其携带250 kg有效载荷时留空时间为5 h，可携带8枚MK66火箭弹或2～4枚“海尔法”反坦克弹，具备侦查、攻击、补给等多种能力;另一种是法、德联合发展的ORKA-1200型舰载无人直升机，最大起飞重量680 kg，有效任务载荷180 kg时续航时间为8 h，其主要搭载光电和雷达任务载荷，主要战术应用方向为海上监视、超视距目标指示和战场毁伤评估。无论是技术性能，还是战术应用方向，两型飞机都代表了目前世界舰载无人直升机的先进水平和发展方向。虽然这两型飞机都不是专用的舰载无人反潜直升机，但由于目前无人机任务载荷模块化的发展，无人机作战任务和任务载荷的变更和转换在技术上几乎已不存在任何问题。因此，本文研究反潜任务载荷应用时，其所依赖的直升机搭载平台的战技术性能，主要以此两型直升机为依据进行分析。

1.2 反潜任务载荷类型

当前世界航空反潜装备中，对潜搜索、跟踪和攻击的武器装备种类繁多，其中应用比较广泛和成熟的主要有对潜搜索器材（如声呐浮标、吊放声呐）及对潜攻击武器（如航空鱼雷、航空深弹）。

虽然世界各国武器装备技战术性能指标有很大差异，但在装备重量方面相对一致。如各国使用的航空鱼雷绝大多数为324 mm轻型鱼雷（如美国MK46鱼雷），其鱼雷总重约为200 kg;单个声呐浮标重量大多在10 kg左右;吊放声呐的重量较重，单个重量约为200 kg。

至于航空深弹，由于其单枚命中目标概率相对鱼雷较低，且舰载无人直升机有效载荷较小，因此，本文研究不将其作为反潜任务载荷使用。

根据以上对舰载无人直升机和反潜武器装备现状的分析，本文假定有效载荷250 kg的舰载无人直升机为适合执行对潜搜索和攻击任务的研究对象，同时认为，适合舰载无人直升机使用的反潜任务载荷类型有搜索型（吊放声呐1部或声呐浮标25枚）、攻击型（航空鱼雷1枚）及搜攻型（航空鱼雷1枚加少量声呐浮标）等。

2 任务载荷优选方法

舰载无人直升机执行反潜任务同其他作战兵力作战一样，任务包括搜索潜艇、驱离潜艇、打击潜艇等不同目标。因此，在执行任务之前，必须要根据任务性质选择合适的任务载荷。本节的目的就是要在设定的战术背景下确定优选任务载荷的方法，并且对该方法进行简单介绍。

2.1 战术背景下的任务载荷选择方案

根据作战任务及潜艇的威胁程度，本文假定某次反潜作战目标为在我编队已发现潜艇活动区域的前提下，派遣舰载无人直升机对潜定位，并实施打击，且由于舰载无人机大都采用1个控制站控制2机或多机［2］，设定为2机协同完成该任务。因目标包括搜索定位和打击2个行动，则必须有1机装载搜索器材、1机装载鱼雷，因此2机任务载荷应有如下选择:

方案1:甲机载吊放声呐1枚;乙机载鱼雷1枚。方案2:甲机载声呐浮标25枚;乙机载鱼雷1枚。方案3:甲机载吊放声呐1枚;乙机载鱼雷1枚、声呐浮标5枚。

方案4:甲机载声呐浮标25枚;乙机载鱼雷1枚、声呐浮标5枚。

2.2 优选方法

由上述方案可看出，舰载无人直升机反潜任务载荷的选择是战术背景下的多目标方案选择，4种方案包含了搜索时间、发现概率、协同难度、命中概率等，使得决策具有一定的不确定性和模糊性。这种问题采用一般经典数学算法进行定量分析比较困难。根据本问题的特点，本文选择模糊AHP法对问题进行分析和计算。

模糊AHP法（Fuzzy Analytic Hierarchical Process）是在层次分析法基础上发展而来，出发点是求取各待选方案对决策目标的相对权重问题，然后运用一定的准则对方案进行优选或排序，求解出各方案的先后顺序，从而选出最优的方案。该方法解决了层次分析法分析问题经常出现的判断矩阵的一致性难以实现，判断矩阵的一致性与人们思维的一致性存在差异等问题。因此是对本文所述问题的较好的解决方法。

模糊AHP法的算法在各种著作中均有详细论述［3］。本节不对算法原理作过多赘述，仅结合本问题特点简单介绍计算步骤［4］。

2.2.1 建立层次结构图

根据对问题的分析，可以将问题中涉及的因素按性质分层排列，形成层次结构。第1层为总目标层，只有1个目标;第2层为中间层，可包含多个层次，根据本文问题可将其称为准则层;最底层由备选方案、待评估结果、指标等组成，称为方案层。

2.2.2 构造判断矩阵

就各上层元素，对其有逻辑关系的下层元素作两两比较，把判断的结果用判断矩阵来表示。

在区间数基础上构造A=（αij）n×n为区间数判断矩阵，αij=（α－ij，α+ij），αij=1/αij，αij值越大表示同一准则下，2个方案的重要性相比，一个方案比另一个方案越重要，将区间数判断矩阵表示为:

由于此问题的复杂性，决策主体认识的局限性，以及主体之间认识的多样性，使得判断矩阵的一致性与人们思维的一致性存在差异，为了使决策更加合理，本文采用专家评定法与环比评分法相结合，最终确定判断矩阵。

2.2.3 确定各方案相对于准则的权重

对于给定的区间数判断矩阵A=［A－，A+］，有:

1）求出A－，A+的最大特征值对应的具有正分量的归一化特征向量x－，x+;

式（2）中的乘法和求和运算按区间数运算规则进行，获得最底层各元素关于最高层的总组合权重，简记为g1，g2，…，gn后，就可以对区间数进行排序。

区间数是特殊的梯形模糊数，利用模糊排序法中概率分步法的均匀分布情形对模糊数的排序指数计算式进行排序，得到区间数gi=［g－i，g+i］的排序指数为:

根据式（3）和式（4）可以对各待选元素进行排序和优化。

3 应用算例

3.1 要素仿真

将2.1节中的4种方案分别设为任务载荷方案x1，x2，x3，x4，选定表1中的4个作战指标进行分析和比较，并对4种方案进行仿真，一并列入表1。

由于此问题中所有方案均使用相同鱼雷实施单雷攻击，因此设定在发现目标实施攻击时，所有方案命中概率相同。若问题扩展，舰载无人直升机可携载多枚鱼雷，该项数值应按不同方案进行计算。

3.2 运用模糊AHP法

1）建立层次模型结构

决策目标:反潜任务载荷最优应用方式;

准则层:{搜索时间，发现概率，协同难度，命中概率};

方案层:{方案x1，方案x2，方案x3，方案x4};层次结构模型如图1所示。

图1 层次结构模型Fig.1Model of layer structure

2）构造判断矩阵

准则层相对于目标层的区间数判断矩阵由专家根据准则层的4个目标对于最优方案的重要性程度两两比较给出，列于表2。

在准则层各指标的约束下，根据模拟仿真结果，对4种方案进行两两比较构造出在准则层下的区间数判断矩阵列于表3～表6。

3）确定权重

对各区间数判断矩阵，求出相应的权重向量，列于相应表内。

4）排序

利用式（2）求得4种方案关于最高层的总组合权重分别为:

3.3 结果分析

通过比较可以看出，反潜载荷应用4个方案中对于总目标排序结果为:方案x1＞方案x2＞方案x4＞方案x3。因此，反潜载荷应用方案1，即甲机载吊放声呐1枚，乙机载鱼雷1枚，在文中设定的战术背景下是最优的。对照表1，此结论在该战术背景下与人们的直观思维比较接近。

4 结语

舰载无人机作战载荷应用问题是无人机作战使用研究的重要内容之一，本文在分析目前世界舰载无人直升机反潜作战与训练现状的基础上，通过引入模糊AHP法对舰载无人直升机的反潜载荷应用问题进行了初步研究，对在设定战术背景下的4种反潜作战载荷进行了优化选择。值得注意的是，在实际训练和作战中，海区情况、敌潜艇作战效能等因素并不确定，因此，舰载无人直升机的搜索效率、采用不同方式对潜进行攻击效果等在反潜作战中所占的权重会有很大不同，需要根据实际情况进行具体分析。这也是该问题进一步的研究方向。

［1］徐明，周磊．舰载无人机需求分析及若干问题研究［A］．无人作战平台发展趋势及启示论坛文集［C］，2008．183－195．

［2］郑金华．无人机战术运用初探［M］．北京:军事谊文出版社，2006．93－95．

［3］李登峰．海军运筹分析教程［M］．北京:海潮出版社，2004，121－157．

［4］王义涛，门金柱，等．模糊AHP的舰机协同对潜搜索方式优选［J］．火力与指挥控制，2010，（4）:167－170．