李 健，郭三學

（武警工程大學裝備工程學院，西安 710086）

數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估*

李 健，郭三學

（武警工程大學裝備工程學院，西安 710086）

分析了新型數(shù)字化單兵系統(tǒng)的功能特點，建立了數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估的指標體系，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權重，運用模糊綜合評價理論對系統(tǒng)效能進行了評估，為數(shù)字化單兵系統(tǒng)的應用實踐和功能改進提供了理論支持。

數(shù)字化單兵系統(tǒng)，效能評估，一致性排序，模糊綜合評價

0 引言

數(shù)字化單兵系統(tǒng)已是世界發(fā)達國家特戰(zhàn)部隊的基本裝備，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)基于北斗定位導航，融合了眾多關鍵技術，采用模塊化的設計思路，將武器、光電瞄具、通信設備、防護用具等功能模塊進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在反恐作戰(zhàn)等多樣化任務中單兵作戰(zhàn)的能力，填補了武警部隊反恐作戰(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)仍有不斷改進和完善的空間。因此，全面分析該系統(tǒng)的功能特點及存在的問題，對系統(tǒng)功能進行客觀評價是系統(tǒng)改進與提升的重要理論基礎，也是作戰(zhàn)實踐的客觀需要。

1 單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估指標體系

目前，國外先進的單兵數(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)，能夠為士兵提供戰(zhàn)場上所有視聽信息；計算機分系統(tǒng)，可為士兵提供通信、預警、定位和防護等服務；武器分系統(tǒng)，能完成晝夜監(jiān)視、跟蹤、精確射擊等多項任務；先進軍服系統(tǒng)，能夠防彈、防化學戰(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)，為士兵在炎熱或嚴寒戰(zhàn)場條件下提供保障。“武警勇士”數(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)效能評估的準則層。在各準則層中建立多個目標層指標，作戰(zhàn)效能評估指標體系設計如圖1所示。

圖1 數(shù)字化單兵系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估指標體系

1.1 打擊性

打擊性應充分體現(xiàn)觀察、瞄準、射擊等一體化功能，由武器分系統(tǒng)實現(xiàn)。其效能指標通過致命性、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，殺傷集團有生目標，毀傷輕型裝甲目標及野戰(zhàn)掩體。能有效地對群體目標進行火力封控，對單個目標實施定點射擊。

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?？煞奖銓崿F(xiàn)從致命性打擊到非致命性效應的轉(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向影響較為明顯，在戰(zhàn)術應用時應注意在上風位實施［1］。

1.1.3 準確性

偵察與觀瞄器材有效地提高了武器系統(tǒng)鎖定目標的速度與射擊精度。它包括槍配熱成像儀、激光瞄準儀、戰(zhàn)術燈等。夜間槍具瞄準專用的視頻強化圖像增強器使畫面通過計算機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進行機動和交戰(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

交互性由計算機分系統(tǒng)和一體化頭盔實現(xiàn)，計算機系統(tǒng)為士兵提供交互界面，主要部件有圖像增強器、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等。一體化頭盔為士兵提供視聽信息，主要部件有增強型視頻放大裝置，頭盔顯示器，無線電頭盔控制器等。

1.2.1 實時通信

實時通信能力依托無線電臺、腕顯裝置和頭盔目鏡來實現(xiàn)。其中無線電臺由單兵電臺、分隊長電臺、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，實現(xiàn)班組成員之間語音通信。指揮員（班長）通過分隊長電臺可與其他班組成員以及設在指揮中心的前指電臺通信，保證信息的上傳下達。語音、數(shù)據(jù)可以同時傳輸，單兵電臺語音可以獨立組網(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、作戰(zhàn)指揮軟件來實現(xiàn)。計算機具備信息處理多樣性、可操作性、可視性等特點，為士兵能夠高效地使用戰(zhàn)場信息提供強有力的保障。文字編輯、圖像傳輸、戰(zhàn)場態(tài)勢標注、目標距離和區(qū)域面積的測量、行動路線的預設等都能夠通過單兵計算機來實現(xiàn)。目前，國外的單兵系統(tǒng)如美國的“奈特勇士”使用智能手機作為終端設備［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)技術改進的難點。

1.3 保障性

一體化頭盔、先進軍服、微氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)為士兵提供有效的生命防護，這些分系統(tǒng)的設計應具有人性化的特點。

1.3.1 能源保障

每套數(shù)字化單兵系統(tǒng)都有一個背負式電源為整個系統(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 防護保障

頭盔、先進軍服和防護攜行具構(gòu)成了數(shù)字化單兵系統(tǒng)的防護模塊，可對單兵頭部、面部、軀干等要害部位形成有效的彈道防護。頭盔由抗打擊的輕金屬材料制成，硬度大、不易碎，其防護能力達到了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級別達到了GA141-2001II級。

1.3.3 人機功效

系統(tǒng)功能模塊設計具有人性化的特點，頭盔、軍服等防護攜行具應因人而宜，體現(xiàn)機宜人、以人為核心的設計理念。先進的軍服通過調(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；采用先進的新型材料降低系統(tǒng)的體積和重量，提高士兵機動性，這些功能目前還很難達到令人滿意的狀態(tài)，是系統(tǒng)進一步改進提高的重要內(nèi)容。

2 數(shù)字化單兵系統(tǒng)效能評估

2.1 評估方法

由于評價指標存在無公度性，即指標量綱不同；變化范圍不同；同時具有對抗性也就是有的指標的值越大越好，有的越小越好等問題。所以評價時必須進行規(guī)范化處理，方便指標比較和運算，為此將指標分為定量和定性指標分別進行規(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層權重，得出權重矩陣W=［w1，w2，w3…wi］，i=1，2，3…9。模糊綜合評價由指標集U、評價集V和單指標Ui相對于評價集V的評價矩陣R 3個要素構(gòu)成［3］。

①指標集U=，i=1，2，3…9；

②評價集V=；

③單指標Ui相對于評價集V的評價矩陣R；

最后根據(jù)計算結(jié)果對目標進行綜合評價，評價向量為：

2.2 一致性排序法確定指標權重

本文采用一致性排序法確定權重，一致性排序方法與層次分析法相比其特點為不用構(gòu)造判斷矩陣，更不需要進行一致性檢驗，對同一層次中的指標或方案的數(shù)目不加限制，具有保序性。將10位專家對3個準則層指標的評價結(jié)果進行整理，得出準則層的二元定性一致性標度矩陣［5］，分別為：

對U1各行元素求和可得從而可知U1，U2，U3的一致性排序為U1>U2>U3。同理求得各一致性排序為由公式：

可得打擊性、交互性和保障性的權重向量（U1，U2，U3）T=（0.400，0.333，0.267）T，同樣方法得到各指標層權重矩陣為：

2.3 模糊綜合評價法確定指標隸屬度

2.3.1 評價集

本文應用5級評價等級，設評價集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 定性指標規(guī)范化

定性指標包括信息處理、人機功效等分量，由于無法用數(shù)學表達式定量表示，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可打100分，根據(jù)經(jīng)驗和系統(tǒng)實際情況，把0～100分分別打給每個指標中的每個評語等級Vk，k=1，2，3，4，5。假設第x位專家對某一影響指標中的某一評價等級的打分為PX，X=1，2…y，則此指標在此評價等級中的隸屬度rik可由式（1）得定性指標隸屬度如表1所示。

表1 定性指標隸屬度

2.3.3 定量指標規(guī)范化

定量指標包括精確度、定位導航等。這些指標有的要求越大越好，如射擊的精確度，有的要求越小越好，如定位導航的精確范圍。對各指標進行規(guī)范化處理，采用梯形模糊數(shù)。5級評語對應的隸屬度函數(shù)公式及圖形如式（5）～式（7）及圖2所示［7］，定量指標隸屬度如表2所示。

圖2 隸屬度函數(shù)圖形

表2 定量指標隸屬度

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)雖然采用了先進的技術，但從實戰(zhàn)效果來看仍有很大的改進空間，與單兵系統(tǒng)配合的各種信息化平臺還不健全，遠距離偵聽裝備還跟不上實際需求，定位系統(tǒng)在特殊環(huán)境下還存在盲區(qū)，計算機的人機界面、防護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際情況。

3 結(jié)論

①根據(jù)“武警勇士”數(shù)字化單兵系統(tǒng)的功能模塊，設計了作戰(zhàn)效能評價指標體系，指標體系能夠客觀地反映系統(tǒng)的基本特性，具有客觀性，準確性、科學性。②采用一致性排序法確定各指標權重，不需要一致性檢驗，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問題。解決了不同指標間的不可公度性及對抗性等影響，方便了指標的比較和綜合運算。③“武警勇士”數(shù)字化單兵系統(tǒng)評價結(jié)果為較好，比較符合客觀實際，反應了該系統(tǒng)還有全面改進提升的技術空間。

［1］郭三學.非致命武器技術［M］.西安：西北工業(yè)大學出版社，2015.

［2］劉桓.單兵裝備世界經(jīng)典單兵裝備手冊［M］.哈爾濱：哈爾濱出版社，2013.

［3］李志猛，徐培德，劉進，等.武器系統(tǒng)效能評估理論及應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013.

［4］謝季堅，劉承平.模糊數(shù)學方法及其應用［M］.（第3版）.武漢：華中科技大學出版社，2006.

［5］張君齊，韓朝陽，徐敏.基于一致性排序法和模糊綜合評價法的潛艇作戰(zhàn)效能評估［J］.四川兵工學報，2009，30（10）：90-92.

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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：裝備科研與實驗。