数字化单兵系统作战效能评估*

李 健，郭三学

（武警工程大学装备工程学院，西安 710086）

数字化单兵系统作战效能评估*

李 健，郭三学

（武警工程大学装备工程学院，西安 710086）

分析了新型数字化单兵系统的功能特点，建立了数字化单兵系统作战效能评估的指标体系，提出一致性排序法与模糊综合评价法相结合的评估方法，采用一致性排序法确定了指标权重，运用模糊综合评价理论对系统效能进行了评估，为数字化单兵系统的应用实践和功能改进提供了理论支持。

数字化单兵系统，效能评估，一致性排序，模糊综合评价

0 引言

数字化单兵系统已是世界发达国家特战部队的基本装备，例如美国的“陆地勇士”系统、英国的FIST系统、法国的FELIN系统、德国的IdZ系统、以色列的“未来步兵系统”等。武警部队从反恐作战需求出发，自行研制了一款“武警勇士”数字化单兵系统，该系统基于北斗定位导航，融合了众多关键技术，采用模块化的设计思路，将武器、光电瞄具、通信设备、防护用具等功能模块进行了有效的整合和提升。系统具有语音通信、视频传输、短文收发、位置标注、一键拍照、摇毙控制、腕显调度等功能，全重10 kg，消耗功率小于50 W，其中通信子系统的覆盖范围大于1 000 m2，数据传输距离大于500 m，从而有效地提升了武警部队在反恐作战等多样化任务中单兵作战的能力，填补了武警部队反恐作战信息支撑的空白。但同国外数字化单兵系统相比，该系统仍有不断改进和完善的空间。因此，全面分析该系统的功能特点及存在的问题，对系统功能进行客观评价是系统改进与提升的重要理论基础，也是作战实践的客观需要。

1 单兵系统作战效能评估指标体系

目前，国外先进的单兵数字化装备从功能和结构上看，主要由5个分系统组成。这5个分系统分别是一体化头盔系统，能够为士兵提供战场上所有视听信息；计算机分系统，可为士兵提供通信、预警、定位和防护等服务；武器分系统，能完成昼夜监视、跟踪、精确射击等多项任务；先进军服系统，能够防弹、防化学战剂、防火、防热核、防红外监视、防激光等；微气候调节系统，为士兵在炎热或严寒战场条件下提供保障。“武警勇士”数字化单兵系统也具有相近的功能模块，本文从该装置实际功能出发，以打击性、交互性和保障性作为作战效能评估的准则层。在各准则层中建立多个目标层指标，作战效能评估指标体系设计如图1所示。

图1 数字化单兵系统作战效能评估指标体系

1.1 打击性

打击性应充分体现观察、瞄准、射击等一体化功能，由武器分系统实现。其效能指标通过致命性、非致命性以及射击的精确性3方面予以描述。

1.1.1 致命性

武器系统配备95式或03式自动步枪。步枪重3.25 kg，容弹量30发，连发使用时100发/min，单发使用时40发/min。能够实现400 m距离内的致命杀伤。步枪可发射枪榴弹，杀伤集团有生目标，毁伤轻型装甲目标及野战掩体。能有效地对群体目标进行火力封控，对单个目标实施定点射击。

1.1.2 非致命性

步枪装有35 mm枪挂式防暴榴弹发射器，能够发射35 mm系列防暴弹，如催泪弹、闪光爆震弹、动能弹、发烟弹等。其有效射程为360 m。可方便实现从致命性打击到非致命性效应的转换。在处置群体性事件中能够有效地驱散闹事人群。非致命性武器例如催泪弹受气候风向影响较为明显，在战术应用时应注意在上风位实施［1］。

1.1.3 准确性

侦察与观瞄器材有效地提高了武器系统锁定目标的速度与射击精度。它包括枪配热成像仪、激光瞄准仪、战术灯等。夜间枪具瞄准专用的视频强化图像增强器使画面通过计算机处理后显示在头盔显示器上，士兵可以通过该显示器面对在黑暗掩盖下的目标进行机动和交战，大大提高了士兵的作战效能。提高精度的同时这些辅助装备无形之中也增加了系统的整体重量，给士兵行动带来不便，这就需要新型聚合材料的使用来减轻系统重量。

1.2 交互性

交互性由计算机分系统和一体化头盔实现，计算机系统为士兵提供交互界面，主要部件有图像增强器、光电信号转换平板显示器、全球定位系统、储有文字、图像、数据、战场态势等信息的单兵计算机等。一体化头盔为士兵提供视听信息，主要部件有增强型视频放大装置，头盔显示器，无线电头盔控制器等。

1.2.1 实时通信

实时通信能力依托无线电台、腕显装置和头盔目镜来实现。其中无线电台由单兵电台、分队长电台、前指电台以及送受话器组成，能够提供单兵之间无基站快速组网通信的功能，实现班组成员之间语音通信。指挥员（班长）通过分队长电台可与其他班组成员以及设在指挥中心的前指电台通信，保证信息的上传下达。语音、数据可以同时传输，单兵电台语音可以独立组网。通信距离（视距）：班组内超过1 000 m，班组与指挥中心超过3 000 m；通信节点数超过16个，可支持班组数量8个；数据传输速率为128 kbps。士兵佩戴的腕显装置以及头盔目镜能够及时地显示上级传来的图片及文字信息。

1.2.2 信息处理

信息处理能力由单兵计算机、作战指挥软件来实现。计算机具备信息处理多样性、可操作性、可视性等特点，为士兵能够高效地使用战场信息提供强有力的保障。文字编辑、图像传输、战场态势标注、目标距离和区域面积的测量、行动路线的预设等都能够通过单兵计算机来实现。目前，国外的单兵系统如美国的“奈特勇士”使用智能手机作为终端设备［2］，既便于携带，又大大减少了线缆连接，为士兵行动提供方便条件。

1.2.3 定位导航

数字化单兵系统的定位功能基于北斗定位系统。系统能将士兵的位置实时传输给指挥部方便作战指挥。目前，系统在空旷环境下定位精度能够达到0.1 m，但在楼内、隧道等封闭的环境下还存在定位盲区，这也是该系统技术改进的难点。

1.3 保障性

一体化头盔、先进军服、微气候调节系统为士兵提供有效的生命防护，这些分系统的设计应具有人性化的特点。

1.3.1 能源保障

每套数字化单兵系统都有一个背负式电源为整个系统提供电力支持。各功能模块通过系统线缆与电源相连。各用电模块的功耗决定了电池模块的选择。目前，背负式电源使用锂电池，供电时间还有限，连接方式也不是很方便。

1.3.2 防护保障

头盔、先进军服和防护携行具构成了数字化单兵系统的防护模块，可对单兵头部、面部、躯干等要害部位形成有效的弹道防护。头盔由抗打击的轻金属材料制成，硬度大、不易碎，其防护能力达到了GA293-2001II级，能防止54式手枪、51式普通手枪弹450 m/s以下速度的射击。防弹衣等携行具防护级别达到了GA141-2001II级。

1.3.3 人机功效

系统功能模块设计具有人性化的特点，头盔、军服等防护携行具应因人而宜，体现机宜人、以人为核心的设计理念。先进的军服通过调节装置可以使士兵在炎热和寒冷的环境下作战时保持正常体温；信息视觉交互界面简单直观，听觉交互界面清晰可辨，控制界面便于操作；采用先进的新型材料降低系统的体积和重量，提高士兵机动性，这些功能目前还很难达到令人满意的状态，是系统进一步改进提高的重要内容。

2 数字化单兵系统效能评估

2.1 评估方法

由于评价指标存在无公度性，即指标量纲不同；变化范围不同；同时具有对抗性也就是有的指标的值越大越好，有的越小越好等问题。所以评价时必须进行规范化处理，方便指标比较和运算，为此将指标分为定量和定性指标分别进行规范。根据图1数字化单兵系统作战效能评估指标体系，本文采用将一致性排序法与模糊综合分析法相结合的评估方法，通过一致性排序法确定各指标层权重，得出权重矩阵W=［w1，w2，w3…wi］，i=1，2，3…9。模糊综合评价由指标集U、评价集V和单指标Ui相对于评价集V的评价矩阵R 3个要素构成［3］。

①指标集U=，i=1，2，3…9；

②评价集V=；

③单指标Ui相对于评价集V的评价矩阵R；

最后根据计算结果对目标进行综合评价，评价向量为：

2.2 一致性排序法确定指标权重

本文采用一致性排序法确定权重，一致性排序方法与层次分析法相比其特点为不用构造判断矩阵，更不需要进行一致性检验，对同一层次中的指标或方案的数目不加限制，具有保序性。将10位专家对3个准则层指标的评价结果进行整理，得出准则层的二元定性一致性标度矩阵［5］，分别为：

对U1各行元素求和可得从而可知U1，U2，U3的一致性排序为U1>U2>U3。同理求得各一致性排序为由公式：

可得打击性、交互性和保障性的权重向量（U1，U2，U3）T=（0.400，0.333，0.267）T，同样方法得到各指标层权重矩阵为：

2.3 模糊综合评价法确定指标隶属度

2.3.1 评价集

本文应用5级评价等级，设评价集V=［v1，v2，v3，v4，v5］分别代表：好、较好、一般、较差、差。各评价级转化为百分制对应为V=［100，90，75，60，45］，其中［100，90］为“好”，［90，75］为“较好”，［75，60］为“一般”，［60，45］为“较差”，［45，0］为“差”。

2.3.2 定性指标规范化

定性指标包括信息处理、人机功效等分量，由于无法用数学表达式定量表示，一般采用专家打分的方法确定隶属度［6］。例如有y位专家，每位专家对每个指标可打100分，根据经验和系统实际情况，把0～100分分别打给每个指标中的每个评语等级Vk，k=1，2，3，4，5。假设第x位专家对某一影响指标中的某一评价等级的打分为PX，X=1，2…y，则此指标在此评价等级中的隶属度rik可由式（1）得定性指标隶属度如表1所示。

表1 定性指标隶属度

2.3.3 定量指标规范化

定量指标包括精确度、定位导航等。这些指标有的要求越大越好，如射击的精确度，有的要求越小越好，如定位导航的精确范围。对各指标进行规范化处理，采用梯形模糊数。5级评语对应的隶属度函数公式及图形如式（5）～式（7）及图2所示［7］，定量指标隶属度如表2所示。

图2 隶属度函数图形

表2 定量指标隶属度

2.4 综合评价

根据式（2）计算综合评价值如下：

根据计算结果求出综合评价分值为E=A· VT=80.95。由5级术语评价集可知，该数字化单兵系统性能评价为“较好”。“武警勇士”数字化单兵系统虽然采用了先进的技术，但从实战效果来看仍有很大的改进空间，与单兵系统配合的各种信息化平台还不健全，远距离侦听装备还跟不上实际需求，定位系统在特殊环境下还存在盲区，计算机的人机界面、防护装置的功能及舒适性还有待全面提高，该系统评价为较好，比较客观地反映了实际情况。

3 结论

①根据“武警勇士”数字化单兵系统的功能模块，设计了作战效能评价指标体系，指标体系能够客观地反映系统的基本特性，具有客观性，准确性、科学性。②采用一致性排序法确定各指标权重，不需要一致性检验，具有保序性。利用模糊综合评价法分别从定性、定量两方面评价该多指标问题。解决了不同指标间的不可公度性及对抗性等影响，方便了指标的比较和综合运算。③“武警勇士”数字化单兵系统评价结果为较好，比较符合客观实际，反应了该系统还有全面改进提升的技术空间。

［1］郭三学.非致命武器技术［M］.西安：西北工业大学出版社，2015.

［2］刘桓.单兵装备世界经典单兵装备手册［M］.哈尔滨：哈尔滨出版社，2013.

［3］李志猛，徐培德，刘进，等.武器系统效能评估理论及应用［M］.北京：国防工业出版社，2013.

［4］谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用［M］.（第3版）.武汉：华中科技大学出版社，2006.

［5］张君齐，韩朝阳，徐敏.基于一致性排序法和模糊综合评价法的潜艇作战效能评估［J］.四川兵工学报，2009，30（10）：90-92.

［6］杨峰，王维平.武器装备作战效能仿真与评估［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［7］张杰，唐宏，苏凯.效能评估方法研究［M］.北京：国防工业出版社，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 健（1992- ），男，辽宁沈阳人，硕士研究生。研究方向：装备科研与实验。