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研究生:翁予恒
研究生(外文):Weng Yu-Hen
論文名稱:群體無人飛行載具系統作戰效能交互影響分析
論文名稱(外文):Interaction Analysis of the Combat Effectiveness for Unmanned Aerial Vehicles
指導教授:邱天嵩邱天嵩引用關係
指導教授(外文):Chio Tien-Sung
學位類別:碩士
校院名稱:國防管理學院
系所名稱:國防決策科學研究所
學門:社會及行為科學學門
學類:綜合社會及行為科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:無人飛行載具群體系統作戰效能系統動態學
外文關鍵詞:UAVsSwarm SystemCombat effectivenessSystem Dynamics
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無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle ,UAV) 具有區域偵察、目標監視、目標指示、戰損評估、目標攻擊、資訊中介傳輸等功用,所以世界各國都取其低成本、功能強、減低人員傷亡等的優點,將UAV視為無人作戰平台發展的重點。為提升UAV應用效能,減少人員控制,近年來科學界都致力於將自然界中群體智能特性例如自恢復、學習、間接通信等運用於UAV上,藉由多數較簡單個體組成的群體在群體智能應用下,減少集中控制,適應動態環境變化,自主完成複雜任務,以提升系統作戰效能。
武器系統效能評估是武器研發、購置、運用之基礎,現今學界對於群體智能下UAVs應用的效能評估相關研究較少,所以分析群體UAVs系統作戰效能,可符合未來科技戰場趨勢,有助於本國UAV發展。
為改善武器系統效能建模分析多未考慮動態過程以及系統回饋等缺點,本研究以系統動態學(System Dynamics)為模型建立工具,以偵察機與攻擊機聯合作戰為模擬想定,建立群體UAVs系統可靠性次系統、突防性次系統、自恢復數量效能次系統、攻擊機效能次系統、偵察效能次系統等次系統,並組合成群體UAVs系統效能評估模型,模擬從UAVs起飛時到任務完成過程中各作戰效能指標的交互影響與輸出,具體分析群體UAVs系統作戰效能。
模擬結果發現,使用系統動態學建立群體UAVs系統作戰效能交互影響評估模型,可分析動態作戰階段各效能指標變化與交互影響關係,並顯示群體智能對於UAVs效能輸出具有正向的幫助,當UAVs數量減少時,可藉由群體智能中的自恢復行為克服數量上的劣勢,使整體系統效能不受數量減少的影響,所以發揮群體智能對作戰有相當的幫助。
並且發現聯合作戰可藉由彼此性能特性,增進作戰效能,但複雜性高,整體效能交互影響因子數量甚多,所以用系統觀去分析全系統各因子交互影響下的變化,可使指揮官預測各效能指標演變趨勢,幫助決策使用。
The unmanned aerial vehicle (UAV) has many functions, such as area reconnaissance, target surveillance, target indication, combat lesion assessment, target attack, and information intermediary transmitting, etc. Many countries have regarded UAV as critical development of unmanned combat platform due to its advantages of low costs, high capabilities, and less damage and casualties. For the purpose of improving effectiveness of UAV application and reducing manned control, the science and technology industry has devoted many efforts into applying the swarm intelligence in UAV operation in terms of using numbers of simple-function UAV to reduce centralized control, to adapt the change of dynamic environment, and to accomplish missions autonomously, in order to enhance the system combat effectiveness.
Weapon effectiveness evaluation is the fundamental for weapon research & development, purchasing, and application. Fewer studies on swarm intelligence were found, so analyzing the combat effectiveness of swarm UAV is not only helpful for the future technology-based battle environment, but also for the nation’s UAV development.
For the purpose of improving weapon effectiveness evaluation, this research uses the system dynamic as the model. The simulation scenario was developed by combining the reconnaissance aircrafts and attack fighters in terms of joint operations, establishing subsystems of dependability, penetration, self-recovery, attack aircrafts, and reconnaissance. In addition, the swarm UAV system effectiveness assessment model was integrated with those subsystems to simulate the UAV flight mission in order to identify the impacts and correlations within the mission execution process and to analyze the swarm UAV system combat effectiveness.
Simulation results have found: Firstly, by using the System Dynamic to set up swarm UAV combat effectiveness has made interactive impacts on evaluation model. Secondly, the interrelation of each effectiveness indicator change within the operational phases can be analyzed. Thirdly, the swarm intelligence has made a positive impact on UAV effectiveness outputs in which the problems of less UAVs can be resolved by the self-recovery while the numbers of UAV is reduced. Third, the result has demonstrated that swarm intelligence is meaningful and useful for the operations. Finally,the joint operation can depend on various weapon characteristics to improve combat effectiveness. However, the joint operation is complex which requires systematic aspects to analyze the interaction of every effectiveness indicators. This research has made contributions to the combatant commanders who can predict the trend of effectiveness indicators and to help decision making.
摘 要 I
Abstract II
目 錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究目的 2
1.4 研究範圍與限制 3
1.4.1 研究範圍 3
1.4.2 研究限制 4
1.5 研究流程 4
第二章 文獻探討 6
2.1 無人飛行載具 6
2.2 系統的定義及分類 7
2.3 群體UAVs系統定義 9
2.4 群體UAVs系統作戰效能 11
2.4.1 系統效能定義 11
2.4.2 群體UAVs系統效能分析方法 13
2.4.3 群體UAVs系統作戰效能評量指標 16
2.5 運用系統動態學分析群體UAVs系統作戰效能 21
2.6 系統動態學(System Dynamics) 24
2.6.1 系統動態學發展之基礎 25
2.6.2 系統動態學模型建構理念 26
2.6.3 系統動態學模型結構的主要元件 27
2.6.4 系統動態學模型建構程序 28
2.7 文獻探討總結 29
第三章 群體UAVs系統效能模型建構 31
3.1 界定群體UAVs系統邊界 31
3.2 描繪策略目標與因果關係圖 32
3.3 確定偵察策略限制式 35
3.4 定義次系統因果關係與變數 40
3.4.1 可靠性次系統 40
3.4.2 突防性次系統 47
3.4.3 自恢復數量效能次系統 49
3.4.4 偵察效能次系統 51
3.4.5 攻擊機效能次系統 53
3.4.6 群體UAVs系統作戰效能模型 55
第四章 模型基本行為分析 57
4.1 模擬場景 57
4.2 模式初始條件 58
4.3 定義效能指標 60
4.4 基本行為分析 60
4.4.1 UAVs值勤數量與自恢復數量效能分析比較 60
4.4.2 偵察率分析比較 61
4.4.3 攻擊機與防空火力數量分析比較 62
4.4.4 火力作用頻度與成功突防效能分析比較 63
4.4.5 火力作用頻度與防空火力數量分析比較 65
4.4.6 自恢復數量效能與目標發現率分析比較 66
第五章 群體UAVs系統作戰效能決策分析 67
5.1 決策者決策變數分析 67
5.1.1 攻擊機數量 67
5.1.2 防空火力數量決策分析 68
5.2 多指標效能綜合評估 68
5.3 效能指標敏感度分析 71
5.3.1 UAVs值勤數量敏感度分析 71
5.3.2 自恢復數量效能敏感度分析 72
5.3.3 防空火力數量敏感度分析 73
第六章 結論與建議 75
6.1 研究成果 75
6.2 研究貢獻 76
6.3 研究建議 77
參考文獻 78
附錄一 群體UAVs系統作戰效能系統動態學線流圖模型 81
附錄二 群體無人飛行載具系統作戰效能模型函數輸入列表 82
中文部分(按姓氏筆畫順序)
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