李 健,郭三學(xué)
(武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院,西安 710086)
數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估*
李 健,郭三學(xué)
(武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院,西安 710086)
分析了新型數(shù)字化單兵系統(tǒng)的功能特點(diǎn),建立了數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估的指標(biāo)體系,提出一致性排序法與模糊綜合評價法相結(jié)合的評估方法,采用一致性排序法確定了指標(biāo)權(quán)重,運(yùn)用模糊綜合評價理論對系統(tǒng)效能進(jìn)行了評估,為數(shù)字化單兵系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐和功能改進(jìn)提供了理論支持。
數(shù)字化單兵系統(tǒng),效能評估,一致性排序,模糊綜合評價
數(shù)字化單兵系統(tǒng)已是世界發(fā)達(dá)國家特戰(zhàn)部隊(duì)的基本裝備,例如美國的“陸地勇士”系統(tǒng)、英國的FIST系統(tǒng)、法國的FELIN系統(tǒng)、德國的IdZ系統(tǒng)、以色列的“未來步兵系統(tǒng)”等。武警部隊(duì)從反恐作戰(zhàn)需求出發(fā),自行研制了一款“武警勇士”數(shù)字化單兵系統(tǒng),該系統(tǒng)基于北斗定位導(dǎo)航,融合了眾多關(guān)鍵技術(shù),采用模塊化的設(shè)計思路,將武器、光電瞄具、通信設(shè)備、防護(hù)用具等功能模塊進(jìn)行了有效的整合和提升。系統(tǒng)具有語音通信、視頻傳輸、短文收發(fā)、位置標(biāo)注、一鍵拍照、搖斃控制、腕顯調(diào)度等功能,全重10 kg,消耗功率小于50 W,其中通信子系統(tǒng)的覆蓋范圍大于1 000 m2,數(shù)據(jù)傳輸距離大于500 m,從而有效地提升了武警部隊(duì)在反恐作戰(zhàn)等多樣化任務(wù)中單兵作戰(zhàn)的能力,填補(bǔ)了武警部隊(duì)反恐作戰(zhàn)信息支撐的空白。但同國外數(shù)字化單兵系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)仍有不斷改進(jìn)和完善的空間。因此,全面分析該系統(tǒng)的功能特點(diǎn)及存在的問題,對系統(tǒng)功能進(jìn)行客觀評價是系統(tǒng)改進(jìn)與提升的重要理論基礎(chǔ),也是作戰(zhàn)實(shí)踐的客觀需要。
目前,國外先進(jìn)的單兵數(shù)字化裝備從功能和結(jié)構(gòu)上看,主要由5個分系統(tǒng)組成。這5個分系統(tǒng)分別是一體化頭盔系統(tǒng),能夠?yàn)槭勘峁?zhàn)場上所有視聽信息;計算機(jī)分系統(tǒng),可為士兵提供通信、預(yù)警、定位和防護(hù)等服務(wù);武器分系統(tǒng),能完成晝夜監(jiān)視、跟蹤、精確射擊等多項(xiàng)任務(wù);先進(jìn)軍服系統(tǒng),能夠防彈、防化學(xué)戰(zhàn)劑、防火、防熱核、防紅外監(jiān)視、防激光等;微氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng),為士兵在炎熱或嚴(yán)寒戰(zhàn)場條件下提供保障?!拔渚率俊睌?shù)字化單兵系統(tǒng)也具有相近的功能模塊,本文從該裝置實(shí)際功能出發(fā),以打擊性、交互性和保障性作為作戰(zhàn)效能評估的準(zhǔn)則層。在各準(zhǔn)則層中建立多個目標(biāo)層指標(biāo),作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系設(shè)計如圖1所示。
圖1 數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系
1.1 打擊性
打擊性應(yīng)充分體現(xiàn)觀察、瞄準(zhǔn)、射擊等一體化功能,由武器分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其效能指標(biāo)通過致命性、非致命性以及射擊的精確性3方面予以描述。
1.1.1 致命性
武器系統(tǒng)配備95式或03式自動步槍。步槍重3.25 kg,容彈量30發(fā),連發(fā)使用時100發(fā)/min,單發(fā)使用時40發(fā)/min。能夠?qū)崿F(xiàn)400 m距離內(nèi)的致命殺傷。步槍可發(fā)射槍榴彈,殺傷集團(tuán)有生目標(biāo),毀傷輕型裝甲目標(biāo)及野戰(zhàn)掩體。能有效地對群體目標(biāo)進(jìn)行火力封控,對單個目標(biāo)實(shí)施定點(diǎn)射擊。
1.1.2 非致命性
步槍裝有35 mm槍掛式防暴榴彈發(fā)射器,能夠發(fā)射35 mm系列防暴彈,如催淚彈、閃光爆震彈、動能彈、發(fā)煙彈等。其有效射程為360 m??煞奖銓?shí)現(xiàn)從致命性打擊到非致命性效應(yīng)的轉(zhuǎn)換。在處置群體性事件中能夠有效地驅(qū)散鬧事人群。非致命性武器例如催淚彈受氣候風(fēng)向影響較為明顯,在戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用時應(yīng)注意在上風(fēng)位實(shí)施[1]。
1.1.3 準(zhǔn)確性
偵察與觀瞄器材有效地提高了武器系統(tǒng)鎖定目標(biāo)的速度與射擊精度。它包括槍配熱成像儀、激光瞄準(zhǔn)儀、戰(zhàn)術(shù)燈等。夜間槍具瞄準(zhǔn)專用的視頻強(qiáng)化圖像增強(qiáng)器使畫面通過計算機(jī)處理后顯示在頭盔顯示器上,士兵可以通過該顯示器面對在黑暗掩蓋下的目標(biāo)進(jìn)行機(jī)動和交戰(zhàn),大大提高了士兵的作戰(zhàn)效能。提高精度的同時這些輔助裝備無形之中也增加了系統(tǒng)的整體重量,給士兵行動帶來不便,這就需要新型聚合材料的使用來減輕系統(tǒng)重量。
1.2 交互性
交互性由計算機(jī)分系統(tǒng)和一體化頭盔實(shí)現(xiàn),計算機(jī)系統(tǒng)為士兵提供交互界面,主要部件有圖像增強(qiáng)器、光電信號轉(zhuǎn)換平板顯示器、全球定位系統(tǒng)、儲有文字、圖像、數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場態(tài)勢等信息的單兵計算機(jī)等。一體化頭盔為士兵提供視聽信息,主要部件有增強(qiáng)型視頻放大裝置,頭盔顯示器,無線電頭盔控制器等。
1.2.1 實(shí)時通信
實(shí)時通信能力依托無線電臺、腕顯裝置和頭盔目鏡來實(shí)現(xiàn)。其中無線電臺由單兵電臺、分隊(duì)長電臺、前指電臺以及送受話器組成,能夠提供單兵之間無基站快速組網(wǎng)通信的功能,實(shí)現(xiàn)班組成員之間語音通信。指揮員(班長)通過分隊(duì)長電臺可與其他班組成員以及設(shè)在指揮中心的前指電臺通信,保證信息的上傳下達(dá)。語音、數(shù)據(jù)可以同時傳輸,單兵電臺語音可以獨(dú)立組網(wǎng)。通信距離(視距):班組內(nèi)超過1 000 m,班組與指揮中心超過3 000 m;通信節(jié)點(diǎn)數(shù)超過16個,可支持班組數(shù)量8個;數(shù)據(jù)傳輸速率為128 kbps。士兵佩戴的腕顯裝置以及頭盔目鏡能夠及時地顯示上級傳來的圖片及文字信息。
1.2.2 信息處理
信息處理能力由單兵計算機(jī)、作戰(zhàn)指揮軟件來實(shí)現(xiàn)。計算機(jī)具備信息處理多樣性、可操作性、可視性等特點(diǎn),為士兵能夠高效地使用戰(zhàn)場信息提供強(qiáng)有力的保障。文字編輯、圖像傳輸、戰(zhàn)場態(tài)勢標(biāo)注、目標(biāo)距離和區(qū)域面積的測量、行動路線的預(yù)設(shè)等都能夠通過單兵計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。目前,國外的單兵系統(tǒng)如美國的“奈特勇士”使用智能手機(jī)作為終端設(shè)備[2],既便于攜帶,又大大減少了線纜連接,為士兵行動提供方便條件。
1.2.3 定位導(dǎo)航
數(shù)字化單兵系統(tǒng)的定位功能基于北斗定位系統(tǒng)。系統(tǒng)能將士兵的位置實(shí)時傳輸給指揮部方便作戰(zhàn)指揮。目前,系統(tǒng)在空曠環(huán)境下定位精度能夠達(dá)到0.1 m,但在樓內(nèi)、隧道等封閉的環(huán)境下還存在定位盲區(qū),這也是該系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)的難點(diǎn)。
1.3 保障性
一體化頭盔、先進(jìn)軍服、微氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)為士兵提供有效的生命防護(hù),這些分系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具有人性化的特點(diǎn)。
1.3.1 能源保障
每套數(shù)字化單兵系統(tǒng)都有一個背負(fù)式電源為整個系統(tǒng)提供電力支持。各功能模塊通過系統(tǒng)線纜與電源相連。各用電模塊的功耗決定了電池模塊的選擇。目前,背負(fù)式電源使用鋰電池,供電時間還有限,連接方式也不是很方便。
1.3.2 防護(hù)保障
頭盔、先進(jìn)軍服和防護(hù)攜行具構(gòu)成了數(shù)字化單兵系統(tǒng)的防護(hù)模塊,可對單兵頭部、面部、軀干等要害部位形成有效的彈道防護(hù)。頭盔由抗打擊的輕金屬材料制成,硬度大、不易碎,其防護(hù)能力達(dá)到了GA293-2001II級,能防止54式手槍、51式普通手槍彈450 m/s以下速度的射擊。防彈衣等攜行具防護(hù)級別達(dá)到了GA141-2001II級。
1.3.3 人機(jī)功效
系統(tǒng)功能模塊設(shè)計具有人性化的特點(diǎn),頭盔、軍服等防護(hù)攜行具應(yīng)因人而宜,體現(xiàn)機(jī)宜人、以人為核心的設(shè)計理念。先進(jìn)的軍服通過調(diào)節(jié)裝置可以使士兵在炎熱和寒冷的環(huán)境下作戰(zhàn)時保持正常體溫;信息視覺交互界面簡單直觀,聽覺交互界面清晰可辨,控制界面便于操作;采用先進(jìn)的新型材料降低系統(tǒng)的體積和重量,提高士兵機(jī)動性,這些功能目前還很難達(dá)到令人滿意的狀態(tài),是系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)提高的重要內(nèi)容。
2.1 評估方法
由于評價指標(biāo)存在無公度性,即指標(biāo)量綱不同;變化范圍不同;同時具有對抗性也就是有的指標(biāo)的值越大越好,有的越小越好等問題。所以評價時必須進(jìn)行規(guī)范化處理,方便指標(biāo)比較和運(yùn)算,為此將指標(biāo)分為定量和定性指標(biāo)分別進(jìn)行規(guī)范。根據(jù)圖1數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系,本文采用將一致性排序法與模糊綜合分析法相結(jié)合的評估方法,通過一致性排序法確定各指標(biāo)層權(quán)重,得出權(quán)重矩陣W=[w1,w2,w3…wi],i=1,2,3…9。模糊綜合評價由指標(biāo)集U、評價集V和單指標(biāo)Ui相對于評價集V的評價矩陣R 3個要素構(gòu)成[3]。
①指標(biāo)集U=,i=1,2,3…9;
②評價集V=;
③單指標(biāo)Ui相對于評價集V的評價矩陣R;
最后根據(jù)計算結(jié)果對目標(biāo)進(jìn)行綜合評價,評價向量為:
2.2 一致性排序法確定指標(biāo)權(quán)重
本文采用一致性排序法確定權(quán)重,一致性排序方法與層次分析法相比其特點(diǎn)為不用構(gòu)造判斷矩陣,更不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn),對同一層次中的指標(biāo)或方案的數(shù)目不加限制,具有保序性。將10位專家對3個準(zhǔn)則層指標(biāo)的評價結(jié)果進(jìn)行整理,得出準(zhǔn)則層的二元定性一致性標(biāo)度矩陣[5],分別為:
對U1各行元素求和可得從而可知U1,U2,U3的一致性排序?yàn)閁1>U2>U3。同理求得各一致性排序?yàn)橛晒剑?/p>
可得打擊性、交互性和保障性的權(quán)重向量(U1,U2,U3)T=(0.400,0.333,0.267)T,同樣方法得到各指標(biāo)層權(quán)重矩陣為:
2.3 模糊綜合評價法確定指標(biāo)隸屬度
2.3.1 評價集
本文應(yīng)用5級評價等級,設(shè)評價集V=[v1,v2,v3,v4,v5]分別代表:好、較好、一般、較差、差。各評價級轉(zhuǎn)化為百分制對應(yīng)為V=[100,90,75,60,45],其中[100,90]為“好”,[90,75]為“較好”,[75,60]為“一般”,[60,45]為“較差”,[45,0]為“差”。
2.3.2 定性指標(biāo)規(guī)范化
定性指標(biāo)包括信息處理、人機(jī)功效等分量,由于無法用數(shù)學(xué)表達(dá)式定量表示,一般采用專家打分的方法確定隸屬度[6]。例如有y位專家,每位專家對每個指標(biāo)可打100分,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)實(shí)際情況,把0~100分分別打給每個指標(biāo)中的每個評語等級Vk,k=1,2,3,4,5。假設(shè)第x位專家對某一影響指標(biāo)中的某一評價等級的打分為PX,X=1,2…y,則此指標(biāo)在此評價等級中的隸屬度rik可由式(1)得定性指標(biāo)隸屬度如表1所示。
表1 定性指標(biāo)隸屬度
2.3.3 定量指標(biāo)規(guī)范化
定量指標(biāo)包括精確度、定位導(dǎo)航等。這些指標(biāo)有的要求越大越好,如射擊的精確度,有的要求越小越好,如定位導(dǎo)航的精確范圍。對各指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理,采用梯形模糊數(shù)。5級評語對應(yīng)的隸屬度函數(shù)公式及圖形如式(5)~式(7)及圖2所示[7],定量指標(biāo)隸屬度如表2所示。
圖2 隸屬度函數(shù)圖形
表2 定量指標(biāo)隸屬度
2.4 綜合評價
根據(jù)式(2)計算綜合評價值如下:
根據(jù)計算結(jié)果求出綜合評價分值為E=A· VT=80.95。由5級術(shù)語評價集可知,該數(shù)字化單兵系統(tǒng)性能評價為“較好”?!拔渚率俊睌?shù)字化單兵系統(tǒng)雖然采用了先進(jìn)的技術(shù),但從實(shí)戰(zhàn)效果來看仍有很大的改進(jìn)空間,與單兵系統(tǒng)配合的各種信息化平臺還不健全,遠(yuǎn)距離偵聽裝備還跟不上實(shí)際需求,定位系統(tǒng)在特殊環(huán)境下還存在盲區(qū),計算機(jī)的人機(jī)界面、防護(hù)裝置的功能及舒適性還有待全面提高,該系統(tǒng)評價為較好,比較客觀地反映了實(shí)際情況。
①根據(jù)“武警勇士”數(shù)字化單兵系統(tǒng)的功能模塊,設(shè)計了作戰(zhàn)效能評價指標(biāo)體系,指標(biāo)體系能夠客觀地反映系統(tǒng)的基本特性,具有客觀性,準(zhǔn)確性、科學(xué)性。②采用一致性排序法確定各指標(biāo)權(quán)重,不需要一致性檢驗(yàn),具有保序性。利用模糊綜合評價法分別從定性、定量兩方面評價該多指標(biāo)問題。解決了不同指標(biāo)間的不可公度性及對抗性等影響,方便了指標(biāo)的比較和綜合運(yùn)算。③“武警勇士”數(shù)字化單兵系統(tǒng)評價結(jié)果為較好,比較符合客觀實(shí)際,反應(yīng)了該系統(tǒng)還有全面改進(jìn)提升的技術(shù)空間。
[1]郭三學(xué).非致命武器技術(shù)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2015.
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[7]張杰,唐宏,蘇凱.效能評估方法研究[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.
Research for Operational Efficiency Evaluation of Digital Soldiers System
LI Jian,GUO San-xue
(School of Equipment Engineering,Engineering University of Chinese Armed Police Force,Xi’an 710086,China)
This paper analyses the function feature of the new style digital soldiers system,establishing a efficiency evaluation index system for the digital soldiers system,coming up with a evaluation method which combines the consistent ranking mothed and the fuzzy comprehensive mothed and adopts the consistent ranking method to determine the index weight.This paper uses fuzzy comprehensive evaluation method to evaluate the efficiency of the digital soldiers system,providing theoretical basis for the application and improvement of the digital soldiers system.
digital soldiers system,efficiency evaluation,consistent ranking method,fuzzy comprehensive evaluation
E920.8
A
1002-0640(2017)05-0177-04
2016-03-05
2016-05-27
李 ?。?992- ),男,遼寧沈陽人,碩士研究生。研究方向:裝備科研與實(shí)驗(yàn)。