許濤濤，王草山，胡鐘元

?

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的強(qiáng)光爆震彈裝藥優(yōu)化

許濤濤，王草山，胡鐘元

（武警工程大學(xué)，陜西 西安，710086）

為降低強(qiáng)光爆震彈在使用中潛在的安全威脅，以非致命效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，采用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行了配方設(shè)計(jì)，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了裝藥性能預(yù)測模型，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法相結(jié)合的方法進(jìn)行了裝藥優(yōu)化。通過聲光效應(yīng)試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，得到了最優(yōu)配方：KClO4/Al/CS/環(huán)氧樹脂/石墨=48/32/15/2/3。結(jié)果表明，通過裝藥配方的優(yōu)化，提高了閃光爆震彈的綜合性能，為防暴彈的性能改進(jìn)提供了新的思路和方法。

強(qiáng)光爆震彈；均勻設(shè)計(jì)法；遺傳算法；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

強(qiáng)光爆震彈的作用機(jī)理是在爆炸瞬間產(chǎn)生強(qiáng)閃光和震撼聲響作用于有生目標(biāo)，導(dǎo)致其在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)視覺喪失、聽覺障礙以及頭部眩暈等可恢復(fù)性生理反應(yīng)，達(dá)到威懾、驅(qū)散鬧事群眾，控制事態(tài)的目的。但是，其爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)脈沖噪聲、彈體破片、沖擊波超壓會(huì)對(duì)有生目標(biāo)的生命安全造成潛在性的威脅[1]。因此，在進(jìn)行裝藥設(shè)計(jì)時(shí)，必須控制裝藥的爆炸威力，進(jìn)而降低彈體破片和沖擊波效應(yīng)可能造成的致命性傷害?，F(xiàn)有強(qiáng)光爆震彈裝藥的組分為KClO4、Al粉、石墨和酚醛樹脂，本研究在現(xiàn)有組分基礎(chǔ)上添加了一定含量的CS刺激劑作為附加劑，以降低強(qiáng)光爆震彈的爆炸威力，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)閃光、爆震和催淚的多源作戰(zhàn)效應(yīng)。根據(jù)強(qiáng)光爆震彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的聲光效應(yīng)以及對(duì)人體的作用機(jī)理，強(qiáng)光爆震彈聲壓級(jí)應(yīng)不超過140dB，閃光強(qiáng)度有效作用范圍在 3.5~5.0×107cd之間，沖擊波超壓值控制在0.019 8MPa以內(nèi)[2]。

本文首先采用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行了配方設(shè)計(jì)，通過具有非線性預(yù)測及模糊推理能力的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了強(qiáng)光爆震彈裝藥的配方因素與配方性能之間的映射模型。運(yùn)用遺傳算法（簡稱GA算法）對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的初始閾值和權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化，將優(yōu)化得到的閾值和權(quán)值賦予給BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。然后，以GA為主體算法，對(duì)配方進(jìn)行全局搜索，根據(jù)建立的BP網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測出每組配方的性能參數(shù)，把該參數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行換算，得到適應(yīng)度值，通過約束條件對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行遺傳操作，經(jīng)過迭代運(yùn)算得到最優(yōu)解[3]。

1 強(qiáng)光爆震彈裝藥的均勻設(shè)計(jì)

閃光爆震彈裝藥配方設(shè)計(jì)是一個(gè)包含KClO4/Al質(zhì)量比、酚醛樹脂含量、CS含量、石墨含量4個(gè)因素的混合水平均勻設(shè)計(jì)，本文采用均勻設(shè)計(jì)表來設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并采用目前最常用的中心化L2-偏差來計(jì)算該擬水平表的均勻性。其中，中心化L2-偏差的計(jì)算公式如下[4]：

在MATLAB環(huán)境下，編寫程序求解2的最小值，并通過程序生成2最小時(shí)的擬水平均勻設(shè)計(jì)表，將4個(gè)因素的水平數(shù)代入擬水平設(shè)計(jì)表中，即可得到表1所示的設(shè)計(jì)配方表。

表1 試驗(yàn)配方及性能測試結(jié)果