艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

姜豐落，陸 平，朱士龍

（江蘇自動(dòng)化研究所，連云港222061）

0 引 言

海軍各類新型兵器技術(shù)性能的測試、考核，最終都需要在接近實(shí)戰(zhàn)的環(huán)境下進(jìn)行一番檢驗(yàn)，因此“上艦”成了新裝備發(fā)展的必由之路。為完成這些新研武器裝備的海上科研、定型試驗(yàn)任務(wù)，試驗(yàn)艦艇發(fā)揮著越來越重要的作用。海上試驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜多變，隨著試驗(yàn)任務(wù)的復(fù)雜、試驗(yàn)航區(qū)的擴(kuò)大以及被試系統(tǒng)和測試系統(tǒng)中高新技術(shù)的不斷應(yīng)用，對海軍裝備試驗(yàn)組織指揮提出了更高的要求，如何改善試驗(yàn)方案制作手段，支持復(fù)雜試驗(yàn)態(tài)勢設(shè)計(jì)；如何提供全過程試驗(yàn)指揮輔助手段，提高試驗(yàn)指揮的有效性；如何制定自適應(yīng)數(shù)據(jù)接口，適應(yīng)不斷發(fā)展的新型武器裝備試驗(yàn)等，都成為艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)急需解決的問題。下面針對上述問題，設(shè)計(jì)出一套艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)，滿足了海軍兵器試驗(yàn)的需要。

1 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)是一個(gè)典型的指揮、控制和情報(bào)（C3I）系統(tǒng)，它具有指揮、控制、通信和信息（情報(bào)）功能［1］。試驗(yàn)指揮與作戰(zhàn)指揮類似，都是一個(gè)信息獲取、信息傳輸、信息控制、信息保障等信息處理的過程，但又有其特殊性，主要表現(xiàn)如下：

（1）可實(shí)施試驗(yàn)方案制定

試驗(yàn)指揮是按照預(yù)定的試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)?zāi)康?，在指定的時(shí)間、地點(diǎn)，對指定的參試兵力按照指定的組織關(guān)系和指定的行動(dòng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度管理的活動(dòng)，即試驗(yàn)指揮是按照預(yù)定的試驗(yàn)方案進(jìn)行決策和指揮的過程，這就要求試驗(yàn)指揮系統(tǒng)能夠輔助生成完整的多兵力試驗(yàn)計(jì)劃，并通過仿真推演驗(yàn)證計(jì)劃的完整性和可行性。

（2）全過程試驗(yàn)指揮輔助

為避免無效航次，指揮員更加關(guān)心參試兵力是否按試驗(yàn)方案進(jìn)入就位點(diǎn)、被試／參試系統(tǒng)是否工作正常、試驗(yàn)區(qū)域是否安全等，試驗(yàn)指揮系統(tǒng)需全過程輔助指揮員調(diào)度參試兵力或者修改試驗(yàn)方案。

（3）自適應(yīng)數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換

被試系統(tǒng)和測量設(shè)備種類繁多，發(fā)展快速，試驗(yàn)指揮系統(tǒng)幾乎需要對所有設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，試驗(yàn)指揮系統(tǒng)需要適應(yīng)這種擴(kuò)展。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合模塊化的軟件設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用途的不同，將數(shù)據(jù)庫劃分為4個(gè)子數(shù)據(jù)庫，以便于對每個(gè)子數(shù)據(jù)庫的管理；服務(wù)層對系統(tǒng)內(nèi)各種公用及底層功能進(jìn)行封裝，為業(yè)務(wù)層提供透明的服務(wù)，有效降低了各業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)與底層環(huán)境的耦合度；業(yè)務(wù)層依據(jù)服務(wù)層提供的服務(wù)，訪問支撐環(huán)境和數(shù)據(jù)層，從而各業(yè)務(wù)只需關(guān)注所需實(shí)現(xiàn)功能，提高了系統(tǒng)協(xié)同開發(fā)效率。

2.2 主要功能設(shè)計(jì)

艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)主要用于海軍武備試驗(yàn)的任務(wù)組織、信息處理、數(shù)據(jù)顯示及試驗(yàn)引導(dǎo)。系統(tǒng)的主要功能包括：

（1）試驗(yàn)方案編制推演

試驗(yàn)方案編制推演為試驗(yàn)前設(shè)計(jì)試驗(yàn)任務(wù)書提供高效手段，包括試驗(yàn)兵力部署、試驗(yàn)方案輔助計(jì)算、試驗(yàn)方案仿真模擬、試驗(yàn)方案管理等。通過對方案進(jìn)行大量重復(fù)的仿真推演分析，修訂和調(diào)整試驗(yàn)方案中的相關(guān)細(xì)節(jié)，分清各因素對不同考核項(xiàng)目影響的主次關(guān)系，提高試驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)性［2］。

（2）試驗(yàn)指揮輔助決策

在試驗(yàn)中出現(xiàn)某些影響試驗(yàn)正常進(jìn)行的因素時(shí)，試驗(yàn)指揮輔助決策將給出警告，并給出處理方法建議。輔助決策內(nèi)容主要包括試驗(yàn)參試設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、航跡偏差提示、武器發(fā)射條件提示、武器落區(qū)提示及安全監(jiān)控。

（3）測量設(shè)備測量數(shù)據(jù)處理

利用融合和識(shí)別技術(shù)對來自于不同類型測量設(shè)備的不同層次、不同粒度、不同覆蓋區(qū)域的信息做處理，形成覆蓋全區(qū)域的統(tǒng)一態(tài)勢，為指揮員提供全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（4）試驗(yàn)綜合態(tài)勢顯示

實(shí)時(shí)在電子海圖上顯示各類航區(qū)、試驗(yàn)區(qū)、禁區(qū)、測控點(diǎn)、固定平臺(tái)等靜態(tài)試驗(yàn)相關(guān)信息，以及參試兵力兵器等動(dòng)目標(biāo)的航跡信息，并對各種試驗(yàn)區(qū)危險(xiǎn)情況（如不明目標(biāo)闖入試驗(yàn)區(qū)域）進(jìn)行醒目的告警顯示和聲光提示，為試驗(yàn)指揮員提供直觀、形象的試驗(yàn)方案和試驗(yàn)過程描述。

（5）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理功能實(shí)時(shí)采集和記錄試驗(yàn)指揮系統(tǒng)接收的外部測量通信信息及發(fā)送的指揮控制信息，并經(jīng)分類、整理后存入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，同時(shí)提供多種方式在事后進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的查詢、回放，完成備份，為指揮員提供有效的數(shù)據(jù)分析手段。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 復(fù)雜航路設(shè)計(jì)技術(shù)

試驗(yàn)過程中經(jīng)常會(huì)用到直線、圓周等各種簡單及組合航路規(guī)劃，因此在試驗(yàn)方案編制過程中，需要一種通用的航路信息組織形式，將各種自然語言描述的航路規(guī)劃組織成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的形式，以確保試驗(yàn)方案推演的有效性。傳統(tǒng)的航路描述主要由航路基本信息和航路機(jī)動(dòng)信息組成，航路基本信息主要包括初始經(jīng)度、初始緯度、初始高度、初始速度、初始航向、初始偏航角、初始俯仰角和初始橫滾角等；航路機(jī)動(dòng)段信息主要包括經(jīng)度、緯度、高度、航向和速度等［3］。但這種方式在描述圓弧航路時(shí)存在一定缺陷：即只有在圓弧航路上添加無數(shù)個(gè)點(diǎn)才能達(dá)到相對完美的運(yùn)動(dòng)航跡。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)對上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，在航路點(diǎn)設(shè)置時(shí)增加圓弧標(biāo)志，若標(biāo)志為true，則當(dāng)前航路點(diǎn)與前后兩航路點(diǎn)組成圓上的一段圓弧，圓半徑、圓心通過三點(diǎn)位置計(jì)算得到；若標(biāo)志為false，則當(dāng)前航路點(diǎn)為普通直線航路點(diǎn)。通過圓弧與其他航路段的組合可設(shè)計(jì)各種常見航路，例如跑道形航路、S形機(jī)動(dòng)航路、8字形巡邏等等，實(shí)現(xiàn)完全能夠滿足試驗(yàn)方案中設(shè)計(jì)航路的需要，圖2為跑道形循環(huán)航路。

圖2 平臺(tái)航路設(shè)置圖

3.2 打撈區(qū)域提示技術(shù)

試驗(yàn)過程中，由于各種原因，魚水雷武器會(huì)航行到測量裝備探測范圍以外的區(qū)域，此時(shí)魚水雷武器的打撈成為試驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間較多的環(huán)節(jié)，因此系統(tǒng)需要對武器打撈區(qū)域給出快速提示。

系統(tǒng)在仿真魚水雷武器航跡的基礎(chǔ)上，分析魚水雷武器歷史航跡的有效性，計(jì)算航跡外推值確定搜尋最可能位置，將此位置作為打撈的基點(diǎn)，此基點(diǎn)為魚水雷最可能上浮位置。當(dāng)丟失前歷史航跡與仿真航跡的變化趨勢接近時(shí)，認(rèn)為魚雷工作狀態(tài)正常，打撈基點(diǎn)依據(jù)模型仿真的航跡獲得；當(dāng)丟失前的航跡與仿真航跡的變化趨勢相差很大時(shí)，認(rèn)為魚雷工作狀態(tài)不穩(wěn)定，打撈基點(diǎn)通過魚水雷武器歷史數(shù)據(jù)以及基礎(chǔ)性能參數(shù)進(jìn)行外推獲得。

獲得打撈基點(diǎn)后，可通過多種方法進(jìn)行尋雷搜索，艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)采用擴(kuò)展方形搜尋法最終給出打撈區(qū)域提示。擴(kuò)展方形搜尋法一般以順風(fēng)流方向?yàn)榻咏较?，轉(zhuǎn)角為90°，第一、二航程取2nmile，以后每駛過2個(gè)航程增加2nmile，以保證在左右1nmile處視力覆蓋，不致漏失目標(biāo)。擴(kuò)展方形搜索法如圖3所示，其中a表示搜索的基點(diǎn)，航程的計(jì)算：

圖3 擴(kuò)展方形搜索法

3.3 接口自適應(yīng)技術(shù)

隨著被試裝備系統(tǒng)的發(fā)展，試驗(yàn)測量設(shè)備也隨之有著較快的發(fā)展，測量設(shè)備與試驗(yàn)指揮系統(tǒng)的協(xié)議也越來越豐富。這就要求試驗(yàn)指揮系統(tǒng)在測量設(shè)備協(xié)議發(fā)生變化或者增加新測量設(shè)備時(shí)，試驗(yàn)指揮系統(tǒng)本身不需要進(jìn)行代碼修改就能適應(yīng)。本系統(tǒng)采用協(xié)議字段分解的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對接口協(xié)議變化的自適應(yīng)，其基本思想是在處理接口時(shí)不針對固定的接口協(xié)議結(jié)構(gòu)，而是針對1個(gè)記錄有接口協(xié)議字段信息的可擴(kuò)展文件。首先通過如圖4所示的協(xié)議分解工具將設(shè)備協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)字段信息分解，并將這些信息保存成對應(yīng)設(shè)備的配置文件；然后在接收到數(shù)據(jù)信息時(shí)，依據(jù)對應(yīng)的配置文件對數(shù)據(jù)流信息進(jìn)行解析；當(dāng)設(shè)備接口協(xié)議變化時(shí)，利用協(xié)議分解工具重新設(shè)置配置文件。

圖4 協(xié)議分解工具（字段數(shù)可根據(jù)協(xié)議調(diào)整）

如圖5所示，假設(shè)某型號測控裝備進(jìn)行了升級，接口協(xié)議中增加“wDeep”、“wReserve”字段，此時(shí)只要通過圖4所示的工具，對新型接口協(xié)議進(jìn)行字段分解，重新建立與試驗(yàn)系統(tǒng)的接口關(guān)系即可。

圖5 接口對應(yīng)關(guān)系

4 結(jié)束語

兵器試驗(yàn)艦試驗(yàn)指揮系統(tǒng)是兵器試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)保障條件，它能夠?yàn)橹笓]員提供一個(gè)強(qiáng)大的掌握試驗(yàn)動(dòng)態(tài)的手段。本文在分析艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)需求特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、主要功能，依據(jù)該思路設(shè)計(jì)并開發(fā)了某型艦載試驗(yàn)指揮系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在多條試驗(yàn)艦上得到應(yīng)用，通過這些系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地輔助指揮人員完成試驗(yàn)指揮，明顯地提高了試驗(yàn)效率，很好地保障了試驗(yàn)任務(wù)的完成。

［1］龔堅(jiān)，朱士龍，夏紹志.新型試驗(yàn)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)［J］.情報(bào)指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)，2004，26（2）：26－28.

［2］蘇建剛，付夢印.仿真在制導(dǎo)兵器試驗(yàn)與鑒定中的應(yīng)用［J］.火力與指揮控制，2007，32（5）：4－7.

［3］周玉芳，岳崗.態(tài)勢仿真技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2005，22（6）：24－27.