李 青,戰(zhàn)仁軍,彭維仕*
(1.武警工程大學(xué)裝備管理與保障學(xué)院,西安 710086;2.中國人民武裝警察部隊(duì)第一機(jī)動(dòng)總隊(duì)特戰(zhàn)三支隊(duì),石家莊 050800)
在復(fù)雜的國際環(huán)境和激烈的地區(qū)沖突中,恐怖主義是國際社會(huì)面臨的主要問題。非致命武器是國際警察和部隊(duì)?wèi)?yīng)對恐怖主義最有效的武器,這也促進(jìn)非致命武器技術(shù)的發(fā)展[1-5]。如圖1 所示,該型防暴武器系統(tǒng)是一款配屬于車載的武器系統(tǒng)[6]。它主要用于處置群體性突發(fā)事件,以其戰(zhàn)斗部裝填的催淚劑驅(qū)散鬧事人群。
圖1 六管64 mm 防暴彈發(fā)射器
為了提高防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,文獻(xiàn)[6-15]中提出了改進(jìn)方法??梢姡壳瓣P(guān)于非致命武器的評(píng)估方法主要包括:模糊綜合評(píng)價(jià)方法[12-13]和冪指數(shù)-層次分析法相結(jié)合[14]。上述這些方法主要存在兩個(gè)缺陷:1)評(píng)估結(jié)果中含有主觀因素;2)評(píng)估結(jié)果不能直觀反映系統(tǒng)作戰(zhàn)效能各單項(xiàng)指標(biāo)的相對優(yōu)劣。雷達(dá)圖法是一種多屬性決策的評(píng)估方法[16]。該方法操作簡單,評(píng)價(jià)結(jié)果直觀。雷達(dá)圖法與上述評(píng)估方法相比,它既能夠直觀地反映被估對象整體性能的優(yōu)劣,又能給出被估對象單項(xiàng)指標(biāo)的好壞[17]。因此,為解決上述兩個(gè)難題,本文提出一種基于雷達(dá)圖法的防暴武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估方法。
以防暴武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)為依據(jù),從防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)目標(biāo)(對象)與作戰(zhàn)任務(wù)方面分析其作戰(zhàn)效能,得到防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系,如圖2 所示。
圖2 防暴武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系
由圖2 可知,防暴武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系主要包括:防暴彈效能和防暴發(fā)射器效能。防暴彈效能主要包括單發(fā)、多發(fā)(齊射)驅(qū)散面積、戰(zhàn)斗部當(dāng)量、有效射程和圓概率誤差。防暴發(fā)射器效能主要包括射速、垂直、水平發(fā)射能力、總質(zhì)量、外形尺寸、環(huán)境適應(yīng)能力、工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性(性價(jià)比)。
假設(shè)被評(píng)的對象有n 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),傳統(tǒng)雷達(dá)圖的繪制方法是首先作一個(gè)圓,將其等分為n 個(gè)扇形區(qū)域,每個(gè)扇形區(qū)域的角度是α=2π/n,指標(biāo)軸為扇形區(qū)域的半徑;然后把指標(biāo)值按比例計(jì)算后在指標(biāo)軸上標(biāo)出每一個(gè)點(diǎn),按照順序連接指標(biāo)軸上的所有點(diǎn)即可得出評(píng)價(jià)雷達(dá)圖。
根據(jù)防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系,將防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標(biāo)分成兩大類:效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)[14]。在防暴武器系統(tǒng)效能指標(biāo)中,效益型指標(biāo)有:單發(fā)驅(qū)散面積As、齊射驅(qū)散面積Am、戰(zhàn)斗部當(dāng)量T、有效射程R、垂直發(fā)射角θc、水平發(fā)射角θs、射速vs、環(huán)境適應(yīng)能力e、可靠性k 和經(jīng)濟(jì)性cb。成本型指標(biāo):CEP、總重量M 和外形尺寸C。
為了方便,采用線性尺度變化法進(jìn)行規(guī)范化,對于效益型指標(biāo)有:
同理,對于成本型指標(biāo)有
根據(jù)上述評(píng)估指標(biāo)和雷達(dá)圖法的特點(diǎn),得到繪制防暴武器系統(tǒng)雷達(dá)圖的步驟為:
Setp1 以O(shè) 為圓心,繪圓。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)的數(shù)量n,用數(shù)軸將圓等分,等分的夾角為:
Setp2 按照式(1)和式(2)對指標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃,然后將歸一化后的數(shù)值vij逆時(shí)針方向依次標(biāo)定在各個(gè)數(shù)軸上。
Setp3 以O(shè) 為圓心,vij為半徑,逆時(shí)針方向依次繪制扇形區(qū)域,各扇形組成的圖形稱為防暴武器系統(tǒng)的雷達(dá)圖,如圖4 所示。
圖4 改進(jìn)的防暴武器系統(tǒng)雷達(dá)云圖
為了保證作戰(zhàn)效能評(píng)估過程中,評(píng)價(jià)結(jié)果不會(huì)因評(píng)價(jià)向量的波動(dòng)而發(fā)生大幅度變化,構(gòu)造的評(píng)價(jià)模型需滿足正則性、單調(diào)性和連續(xù)性。因此,根據(jù)式(7)和式(8),構(gòu)造的防暴武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)價(jià)模型為:
下面利用上述作戰(zhàn)效能評(píng)估方法評(píng)估三型常用的防暴武器系統(tǒng),這三型防暴武器系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表1 所示[14]。
表1 三型防暴武器系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)
利用式(1)和式(2)對表1 中數(shù)值進(jìn)行歸一化,歸一化后的指標(biāo)值如表2 所示。
表2 三型防暴武器系統(tǒng)歸一化值
由表2 可見,利用Matlab 軟件繪制得到三型防暴武器系統(tǒng)的傳統(tǒng)雷達(dá)圖評(píng)價(jià)結(jié)果,如圖5 所示。
進(jìn)一步通過提取扇形特征,得到三型防暴武器系統(tǒng)改進(jìn)的雷達(dá)圖評(píng)價(jià)結(jié)果,如圖6 所示。
由圖5(a)和圖6(a)中可以直觀地看出三型防暴武器系統(tǒng)各單項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣。例如,從工作可靠性和戰(zhàn)斗部當(dāng)量可以得出:
為了評(píng)估三型防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,將表2 中的數(shù)據(jù)代入式(7)和式(8)可得:
和
圖5 3 種防暴武器系統(tǒng)的雷達(dá)圖評(píng)價(jià)結(jié)果
圖6 3 種防暴武器系統(tǒng)新的雷達(dá)圖評(píng)價(jià)結(jié)果
進(jìn)一步將式(13)和式(14)代入式(11)得
由式(17)可知,防暴武器系統(tǒng)B 的作戰(zhàn)效能最好。進(jìn)一步可得防暴武器系統(tǒng)的單發(fā)驅(qū)散面積、齊射驅(qū)散面積、CEP、射程和射速是其作戰(zhàn)效能的主要因素。因此,提高防暴系統(tǒng)武器的作戰(zhàn)效能需要從以下4 方面入手:1)提高單、齊射驅(qū)散面積需要研制大口徑或者增大戰(zhàn)斗部當(dāng)量;2)探究驅(qū)散能力更強(qiáng)和更經(jīng)濟(jì)的催淚試劑;3)提高發(fā)射器的精度。例如將現(xiàn)有無膛線的防暴武器系統(tǒng)的發(fā)射身管改成帶膛線的發(fā)射身管,或設(shè)計(jì)有翼的催淚彈以增加其飛行的穩(wěn)定性;4)提高射速。將防暴武器系統(tǒng)手工裝填方式改成自動(dòng)裝填方式,或?qū)⒎辣┪淦飨到y(tǒng)改成單管的發(fā)射器以期提高射速。
本文為科學(xué)、合理和直觀地評(píng)估防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,提出了一種基于雷達(dá)圖法的防暴武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估方法。研究工作為防暴武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)運(yùn)用及性能優(yōu)化提供了科學(xué)指導(dǎo)。