未来机器兵作战能力及发展趋势研究
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摘要
本文研究的机器人士兵是一种具有作战功能的机械电子系统,它携带小型武器弹药,以轮履方式移动。文中以未来机器人士兵(简称机器兵)为对象,对机器兵作战能力发展趋势进行了分析研究。
在概括总结目前国内外机器兵技术现状的基础上,提出了机器兵作战能力的内涵,包括情报侦察、信息对抗、火力打击、战场机动、战斗保障等能力。依据联合作战任务,结合对未来作战环境的预测分析,建立了机器兵作战能力的概念模型。
结合轻武器能源技术、材料技术及毁杀伤机理,重点对机器兵火力打击装备的发射能源和工作机理作了定性分析。预测了火力打击装备在当前(10年内)、近期(10～20年内)、未来(20～30年内)三个不同阶段的发展趋势。采用基于模糊层次分析的评估方法,建立了对机器兵火力打击装备作战能力进行体系评估分析的数学模型。通过对评估模型的解算,筛选出了各阶段火力打击装备的最佳方案。
应用技术创新扩散理论,研究了作战能力的相关参数,以及各变量之间的非线性关系,建立了作战能力的增长潜力分析模型。将该模型转换为标准的Lotka-Volterra模型并在MATLAB中进行编程求解,重点研究了当前阶段各作战能力的参数特性曲线和数据样本。经过MATLAB数值分析,定量研究了创新扩散率系数和创新影响率系数对作战能力影响的灵敏度。同时对模型的稳定性作了初步判别,求取了模型的正平衡点,并分析了作战能力的增长趋势。
In this paper, robot soldiers is a kind of mechatronics system with operational function. It carries small arms weapon ammunition, and runs with wheels and crawler. Base on the prospective robot soldiers in the future (for short: robot-soldiers), the development trend of the operational capability of it is researched.
After generalizing present domestic and foreign robot-soldiers technology, it presumes that robot-soldiers has the capabilities of intelligence and reconnaissance, information confrontation, fire assault, battlefield mobility, combat support. According to the combined operational mission and the predicted operational environment analysis, the model of robot-soldiers operational capability is created.
Combine energy technology of small arms, material technology with damage mechanism, the energy of fire assault equipment and working principle are judged by qualitative analysis. The development trend of fire assault equipment in three different stages is suggested. Then, base on the evaluation method of Fuzzy-AHP, model system which evaluates operational capability is created. By solving the model and a optimum project of the fire assault equipment can be chosen.
Applying to innovative diffusion theory, correlation parameters of operational capability and non-linear relation of each parameters are researched. After that, increase potential analysis model of the operational capability is created. The model was transformed to normal Lotka-Volterra model and calculating in the software MATLAB, parameters specificity curve of operational capability and date sample for the nonce(in the 10 years)are acquired. By the numerical calculation in MATLAB, the innovative diffusion coefficient and innovative influence coefficient are quantitative analyzed. By the stability research of the model, equilibrium point of model are solved. Meanwhile, the growth tendency of operational capability is researched.
在概括总结目前国内外机器兵技术现状的基础上,提出了机器兵作战能力的内涵,包括情报侦察、信息对抗、火力打击、战场机动、战斗保障等能力。依据联合作战任务,结合对未来作战环境的预测分析,建立了机器兵作战能力的概念模型。
结合轻武器能源技术、材料技术及毁杀伤机理,重点对机器兵火力打击装备的发射能源和工作机理作了定性分析。预测了火力打击装备在当前(10年内)、近期(10～20年内)、未来(20～30年内)三个不同阶段的发展趋势。采用基于模糊层次分析的评估方法,建立了对机器兵火力打击装备作战能力进行体系评估分析的数学模型。通过对评估模型的解算,筛选出了各阶段火力打击装备的最佳方案。
应用技术创新扩散理论,研究了作战能力的相关参数,以及各变量之间的非线性关系,建立了作战能力的增长潜力分析模型。将该模型转换为标准的Lotka-Volterra模型并在MATLAB中进行编程求解,重点研究了当前阶段各作战能力的参数特性曲线和数据样本。经过MATLAB数值分析,定量研究了创新扩散率系数和创新影响率系数对作战能力影响的灵敏度。同时对模型的稳定性作了初步判别,求取了模型的正平衡点,并分析了作战能力的增长趋势。
In this paper, robot soldiers is a kind of mechatronics system with operational function. It carries small arms weapon ammunition, and runs with wheels and crawler. Base on the prospective robot soldiers in the future (for short: robot-soldiers), the development trend of the operational capability of it is researched.
After generalizing present domestic and foreign robot-soldiers technology, it presumes that robot-soldiers has the capabilities of intelligence and reconnaissance, information confrontation, fire assault, battlefield mobility, combat support. According to the combined operational mission and the predicted operational environment analysis, the model of robot-soldiers operational capability is created.
Combine energy technology of small arms, material technology with damage mechanism, the energy of fire assault equipment and working principle are judged by qualitative analysis. The development trend of fire assault equipment in three different stages is suggested. Then, base on the evaluation method of Fuzzy-AHP, model system which evaluates operational capability is created. By solving the model and a optimum project of the fire assault equipment can be chosen.
Applying to innovative diffusion theory, correlation parameters of operational capability and non-linear relation of each parameters are researched. After that, increase potential analysis model of the operational capability is created. The model was transformed to normal Lotka-Volterra model and calculating in the software MATLAB, parameters specificity curve of operational capability and date sample for the nonce(in the 10 years)are acquired. By the numerical calculation in MATLAB, the innovative diffusion coefficient and innovative influence coefficient are quantitative analyzed. By the stability research of the model, equilibrium point of model are solved. Meanwhile, the growth tendency of operational capability is researched.
引文
[1]肖占中.迅速发展的军用机器人技术.机器人技术与应用,1999(5)
[2]周碧松,于巧华,李志军,乔昆.21世纪的新型作战部队.北京:国防大学出版社,2000.05
[3]兵工集团210所.国外新概念武器与技术追踪研究,2007.10:27-29
[4]代文明,姜兴化.巴格达走来机器人士兵“剑”.北京:中国国防报,2005/04/05
[5]以色列“机器人杀手”问世.http://news.sohu.com/20070310/n248629579.shtml
[6]王稚.21世纪美军先进军事技术和系统.北京:解放军出版社,2002
[7]张效洋,张夷人.现代科技与战争.北京:清华出版社,2005
[8]陈晓东等.警用机器人.北京:科学出版社,2008
[9]张洪瑞,彭诚.机器兵团--军用机器人发展与应用.世界军事,2007.10
[10]栾习芹.机器人在战场上大显神通.科学之友,2007.06
[11]石军.机器人部队正在组建中.北京日报,2008/03/04第014版
[12]叶秋.机器人军团杀上未来战场.中国国防报,2007/01/09第001版
[13]耿海军.未来战场的“机器兵”.军事天地.源自维普资讯网
[14]晓东.美机器人士兵要向人类开枪.国防知识报,2005/03/23第T00版
[15]陈卫东.微型移动机器人集群系统研究进展.上海电机学院学报,2007(2):81-85
[16]郑勇,魏志敢.未来美军打赢陆战场的新军.国防科技,2005(4):8-9
[17]许和震,崔亚峰.信息化战争作战理论研究.北京:解放军出版社,1999.11
[18]崔亚峰.信息化条件下陆军作战基本理论.北京:解放军出版社,2005.08
[19]杨正祥主编.外军与台军知识.北京:解放军出版社.2004.06
[20]刘爱民.美军作战问题世纪透视与展望.北京:军事科学出版社,2001.07
[21]汤晶阳,张小平.世界主要国家军事战略.北京:国防工业出版社,2005.09
[22]郑汕主编.印度战略文化与国防政策.北京:军事科学出版社,2005.12
[23]中科院《中国自然地理》编委会编.中国自然地理.北京:科学出版社,1985.09
[24]张文诗主编.军事地形学.北京:解放军出版社,2004.06
[25]彭晓源.系统仿真技术.北京:北京航空航天大学出版社,2006.12
[26]王建中主编.自动武器论坛.北京:国防工业出版社,2007.03:186-190
[27]雷厉等.侦察与监视.北京:国防工业出版社,2008.07
[28]栗苹主编.信息对抗技术.北京:清华大学出版社,2008.03
[29]金志明.高速推进内弹道学.北京:国防工业出版社,2001.09
[31]王裕安,徐万和,薄玉成.自动武器构造.南京理工大学翻印,2005.08
[32]卞荣宣主编.世界轻武器100年.北京:国防工业出版社,2004.11
[33]董跃农主编.士兵系统.北京:国防工业出版社,2006.10
[34]金属风暴.http://baike.baidu.com/view/287560.htm
[35]Dennis Steele.Army weapons and equipment.Army,2005(10):342-347
[36]Anthony G Williams.One size to fit all.Jane's defence weekly,2006(7):49-52
[37]林福昌,李劲,姚宗干.电磁发射兵器用电容器的选取.兵工学报,2003(3)
[38]古刚,向阳,张建革.国际电磁发射技术研究.舰船科学技术,2007(增1)
[39]李勇等.电磁弹射技术的原理与现状.微特电机,2001(5)
[40]杨世荣等.电磁发射器的原理与应用.物理,2003(4)
[41]王静端.电磁发射技术的发展及其军事应用.火力与指挥控制,2001(1)
[42]N.K.Bournea and G.S.Stevens.A gas gun for plane and shear loading of inert and explosive targets.Rev.Sci.Instrum,2001(72):2214-2218
[43]Bota YAZICI,etc.Passive flow rate control of the fuel and the oxidizer in liquid fuelled rocket motors.Recent Advances in Space Technologies,June 2005(IEEE/IEE)
[44]Harry D.Fair.Electromagnetic launch science and technology in the U.S.enters a new era.IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS,2005(1)
[45]秋实.接近作战使用水平的激光武器.飞航导弹,2001(8)
[46]孙建祥.激光武器--未来战场的“主攻手”.中国国情国力,2002(12)
[47]翁晓东等.激光武器系统效能分析.光机电信息,2003(7)
[48]陈娅冰等.激光武器新技术及应用.激光与光电子学进展,2003(4)
[49]任国光,黄吉金.美国高能激光技术2005年主要进展.激光与光电子学进展,2006(6)
[50]Hasenauer H..The 21st Century Soldier.Soldier,1995(3):37-39
[51]Edward M.Schmidt.Comparison of Conventional and Electromagnetic Gun Launch.American lnstitute of Aeronautics and Astronautics,AIAA-2004-3644
[52]军事科学院军事百科研究所.新概念武器技术.国防,2006(7)
[53]李传胪.新概念武器(第1版).北京:国防工业出版社,1999
[54]刘文叶,齐文军.新概念武器.飞航导弹,2002(10)
[55]刘文叶.新概念武器的发展趋势及对策.飞航导弹,2003(1)
[56]潘镜芙.21世纪武器装备发展及其对策研究.舰船电子工程,2004(24)电磁兼容性研究专辑
[57]曾永珠.未来轻武器.北京:国防工业出版社,2001.03
[58]靳卫.国外轻武器2010年前发展预测.轻兵器,1996(4)
[59]薛翔.未来20年我军武器装备发展透析.国防科技工业,2004.12
[60]乔梁.2020年轻武器随想.轻兵器,1999(9)
[61]陈亚来等.数字化士兵.北京:长征出版社,2004
[62]Paul F S.Lanny G.Communications for the digitized battlefield of the Century.IEEE Communications MAGAZINE,1995(10):86-95
[63]Gouriey S R.U.S.Army Warriors:21st Century Equipment for 21st Century Missions.Defense Electronics,1995(6):13-16
[64]Jushua Kucera.US Army delays next-generation infantry weapons.Jane's defence weekly,2006(17):30
[65]郭齐胜等.系统建模.北京:国防工业出版社,2006.05
[66]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型(第三版).北京:高等教育出版社,2003.08
[67]周文等.模糊AHP法在登陆地域选择中的应用.未来战争与军事系统工程.北京:军事科学出版社,2003
[68]刘慧颖.MATLAB R2006a基础教程.北京:清华大学出版社,2007.05
[69]王正林,龚纯,何倩.精通MATLAB科学计算.北京:电子工业出版社,2007.07
[70]董景荣.技术创新扩散的理论、方法与实践.北京:科学出版社,2009
[71]郭齐胜等.装备效能评估概论.北京:国防工业出版社,2005
[72]金丽亚,王荣辉.军事技术创新主体的创新特征及其历史性分析.装甲兵工程学院学报,2006,20(3)
[73]董玉才.一类非线性动力系统及其在军事技术创新中的应用.装甲兵工程学院硕士学位论文,2001
[74]侯印鸣等.综合电子战.北京:国防工业出版社,2000
[75]张野鹏.作战模拟基础.北京:高等教育出版社,2004.09
[76]朱宝鎏,熊笑非.作战效能分析.北京:航空工业出版社,1993
[77]钱颂迪.运筹学(修订版).北京:清华大学出版社,1990
[78]潘承泮.武器系统射击效力.北京:兵器工业出版社,1994
[79]张国瑞.海湾战争中的现代武器.北京:宇航出版社,1991
[80]周智超.武器系统效能分析中的灵敏度分析.军事系统工程研究与发展.北京:军事科学出版社,1999
[81]王仁春等.装备发展论证与规划评估.装备论证仿真模型发展与建设交流与研讨论文集,2004
[82]刘毅勇等.部队武器装备作战能力评估的指标体系.军事系统工程,1994(4)
[83]徐安德.论武器系统作战效能的评定.系统工程与电子技术,1998(8)
[84]侯定丕,王战军.非线性评估的理论探索与应用.合肥:中国科技大学出版社,2001
[85]包富红主编.军事系统工程理论创新与实践.北京:军事科学出版社,2000
[86]郭齐胜等.军事装备效能及其评估方法研究.装甲兵工程学院学报,2004(1)
[87]李明等.武器装备发展系统论证方法与应用.北京:国防工业出版社,2000
[88]总参谋部武器装备综合论证研究所译.未来陆战.第1版.北京:兵器工业出版社,1989
[89]张万国等.武器装备军事需求论证.北京:国防工业出版社,2008.01
[2]周碧松,于巧华,李志军,乔昆.21世纪的新型作战部队.北京:国防大学出版社,2000.05
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[89]张万国等.武器装备军事需求论证.北京:国防工业出版社,2008.01