艦船裝備全生命周期試驗數(shù)據(jù)采集方法研究

毛杰

（91917部隊北京102488）

艦船裝備全生命周期試驗數(shù)據(jù)采集方法研究

毛杰

（91917部隊北京102488）

針對當前艦船武器裝備試驗數(shù)據(jù)采集手段缺乏，難以有效評估武器裝備效能這一實際工程問題，論文分析了艦船裝備試驗數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀，提出了合理的數(shù)據(jù)采集與分析工作流程，給出了情報數(shù)據(jù)處理性能評估指標體系及計算方法。仿真實驗表明了該方法的有效性，可為艦船裝備試驗指標評估提供指導。

試驗數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集；采集方法；指標；評估

Class NumberTN957；TP274

1 引言

我國在現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集方面的工作起步較晚，尤其對于外場可靠性驗證數(shù)據(jù)的采集與分析工作還沒有廣泛的開展起來［1～3］。在研制過程中進行的信息采集工作，是由各產(chǎn)品的設(shè)計師來自主完成的，存在實踐經(jīng)驗少，工作缺乏系統(tǒng)性的問題；同時，由于外場試驗的環(huán)境條件復雜，經(jīng)歷的時間長，給數(shù)據(jù)的收集工作帶來很多困難。隨著信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，需要一套全面、完善、有效的指標評估系統(tǒng)［4～15］來客觀、公正、全面地評估出艦船武器裝備情報處理的優(yōu)劣，為裝備的優(yōu)選競標提供切實、有效的評估結(jié)果。

本文將根據(jù)艦船裝備試驗數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀，針對裝備外場可靠性驗證的特點，對試驗過程中的數(shù)據(jù)采集和工作流程進行研究。從艦船裝備試驗數(shù)據(jù)現(xiàn)狀、數(shù)據(jù)采集與分析工作流程、裝備試驗數(shù)據(jù)性能評估指標以及計算方法幾個方面進行闡述。

2 艦船裝備試驗數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀分析

艦船裝備試驗問題的實質(zhì)是信息相對匱乏問題，這里相對匱乏并不指用于性能評估的數(shù)據(jù)絕對沒有，而指這些數(shù)據(jù)無法通過集中的幾次系統(tǒng)試驗直接獲取，但可以斷斷續(xù)續(xù)通過對不同種類、不同條件、不同層次的分散的試驗信息持續(xù)收集獲得，當然需要解決這些分散信息的融合和重用問題。分析現(xiàn)行艦船裝備試驗過程，主要存在以下不足：

1）信息共享能力不足

艦船裝備的性能試驗、作戰(zhàn)試驗、在役試驗分別處于不同階段、不同時期進行，每個階段發(fā)現(xiàn)的問題與缺陷，裝備研制單位缺乏強有力的數(shù)據(jù)采集手段實現(xiàn)裝備綜合試驗中產(chǎn)生的參數(shù)數(shù)據(jù)、文檔資料、圖形圖像、視頻影音和裝備模型等試驗信息在各業(yè)務分系統(tǒng)間不能充分傳遞與共享，有時甚至需要人工傳遞，因此，即使在同一個試驗內(nèi)部，有時也會造成“信息孤島”，嚴重制約了武器裝備研制和鑒定能力的發(fā)展與提高。

2）試驗數(shù)據(jù)采集手段缺乏

定型試驗雖然安排了部隊作戰(zhàn)試驗，但是可能會由于試驗部隊條件有限，缺乏專業(yè)作戰(zhàn)試驗部隊以及設(shè)備器材，往往只能對作戰(zhàn)適用性中的可靠性、環(huán)境適應性等少量指標進行考核。

3）缺乏獨立的在役考核

由于新型裝備體制復雜，專業(yè)性更強，對試驗人員素質(zhì)和試驗條件要求越來越高，僅僅依靠部分使用部隊兼職完成使用試驗和考核是遠遠不夠的。

3 艦船裝備試驗數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究

3.1 試驗數(shù)據(jù)采集與分析工作流程

為解決我們側(cè)重于武器裝備性能試驗，對作戰(zhàn)試驗和在役考核重視不夠的問題，應開展我軍艦船裝備的全壽命周期、全流程試驗與評價工作的研究，特別是對部隊使用試驗與考核和作戰(zhàn)試驗應該納入到艦船裝備全壽命周期試驗流程。作戰(zhàn)試驗和在役考核應貫穿于武器系統(tǒng)研制試驗的全過程，并可延伸到武器裝備部隊后的作戰(zhàn)訓練中，形成獨立的試驗、數(shù)據(jù)采集與考核評價體系。通過不同階段的試驗、數(shù)據(jù)采集、考核評價，不斷改進設(shè)計，使艦船裝備更適合實際作戰(zhàn)的需要。艦船裝備的全壽命周期、全流程試驗與評價工作的研究應當將各階段試驗數(shù)據(jù)采集方法和手段作為研究的重點，重點研究傳統(tǒng)的性能試驗數(shù)據(jù)采集方法，同時開展作戰(zhàn)試驗數(shù)據(jù)采集方法和在役考核數(shù)據(jù)采集方法的研究。

3.2 艦船裝備全生命周期試驗數(shù)據(jù)采集規(guī)范研究

作戰(zhàn)試驗和在役考核是對新武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性的全面檢驗和評價。作戰(zhàn)試驗和在役考核也會貫穿于武器系統(tǒng)研制試驗的全過程，并延伸到武器系統(tǒng)裝備部隊后的作戰(zhàn)訓練中，應該形成全面的試驗數(shù)據(jù)指標體系，通過不同試驗的數(shù)據(jù)采集和考核，對艦船裝備進行全面評價，使裝備更適合實際作戰(zhàn)的需要。因此，下節(jié)重點研究數(shù)據(jù)評估指標體系。

數(shù)據(jù)融合性能評估指標主要分戰(zhàn)術(shù)指標、精度指標和處理能力指標。其中，戰(zhàn)術(shù)指標包括：正確航跡率、漏情率；精度指標包括：空間距離精度、速度誤差精度和航向誤差精度；處理能力指標：處理時延、航跡零碎度、航跡起始時間。為了全面考核多傳感器數(shù)據(jù)融合軟件的性能，可以從漏情率、正確航跡率、零碎度、空間距離精度均值、精度標準差、航向誤差、航速誤差、處理時延、航跡起始時間等幾項指標綜合考評，再根據(jù)各項指標歸一化得分加權(quán)得出集成歸一化綜合得分。

4 裝備試驗數(shù)據(jù)性能評估指標與計算方法

4.1 評估指標集

1）漏情率

漏情數(shù)占真值目標數(shù)的比例稱為漏情率，計算公式為將漏情率歸一化得分百分比

在實裝數(shù)據(jù)融合過程中，需要對各探測數(shù)據(jù)有一定取舍，如果是常規(guī)探測模式，建議該區(qū)域采樣率最低的探測傳感器的三倍周期內(nèi)被過濾掉的數(shù)據(jù)不計人漏情，如果是精跟蹤探測模式，則小于2倍精跟探測周期內(nèi)被過濾掉的數(shù)據(jù)不計入漏情。

2）正確航跡率

正確航跡率為融合輸出的目標態(tài)勢信息中正確表達了真實目標航跡占融合態(tài)勢輸出信息的比例

將正確航跡率歸一化得分百分比

在實裝全空域量測融合過程中，由于有民航、訓練等目標飛機，獲取所有的GPS真值的可能性較小，需酌情考慮這些目標在真實航跡中的比例，否則容易被取巧而不能客觀、正確反映融合軟件性能。

3）零碎度

對于一條真值航跡，對應的融合航跡數(shù)目均值為

式中：Qf表示融合勢中航跡數(shù)目；Q(t)表示真值目標航跡數(shù)目。設(shè)一條真實航跡在穩(wěn)定探測發(fā)現(xiàn)的情況下，對應融合航跡數(shù)門檻指標Lg=10，該門檻指標可結(jié)合系統(tǒng)實際情況動態(tài)調(diào)整。

則零碎度歸一化得分百分比

在實裝條件下，應根據(jù)所有傳感器探測情況，如果某批真實目標，在超過60 s或120 s（時間門限可根據(jù)實際情況定制）沒有任何傳感器探測數(shù)據(jù)時，則需要將該目標再作為一個新真值目標來評估計算。

4）空間距離誤差均值

系統(tǒng)航跡的精度指標計算中，均值誤差為融合航跡點與對應時刻的真值航跡點之間的空間距離差值。

則第i個目標n個融合點的空間距離誤差均值

計算門檻值Mg，從融合航跡中，對各傳感器參與融合的融合各自計算空間誤差均值，其中最好的為Mg

則融合誤差均值歸一化得分百分比

5）空間距離誤差標準差

系統(tǒng)航跡的精度指標計算中，空間距離誤差標準差為系統(tǒng)航跡點與對應的真值航跡點之間的差值。

空間距離誤差標準差

計算門檻值Vg，從融合航跡中，對各傳感器的參與融合的融合各自計算空間距離誤差方差，其中最好的為Vg

則融合誤差標準差歸一化得分百分比

6）系統(tǒng)處理時延

為了系統(tǒng)（尤其是火力協(xié)同打擊系統(tǒng)）實時性，必須考慮系統(tǒng)處理時延。系統(tǒng)處理時延指接收某一融合航跡跟蹤數(shù)據(jù)時刻與該數(shù)據(jù)對應的原始探測數(shù)據(jù)的接收時刻差，其公式計算式中：ρft為系統(tǒng)處理時延；Mfi為某一點跡對系統(tǒng)航跡更新時刻與收到該點跡時刻之差；n為收到點跡總數(shù)目。

計算各條融合航跡處理時延門檻值Tg，考慮到實時性，一般情報預警系統(tǒng)Tg=1.0s（可結(jié)合項目的具體情況動態(tài)設(shè)置閾值）。

則融合航跡處理時延歸一化得分百分比

7）航跡起始時間

融合航跡起始時間是指起始時刻與首點時刻之差。

航跡自動起始平均時間根據(jù)以下公式計算式中：ρt航跡自動起始平均時間；MTi單批航跡起始時間，為起始時刻與首點時刻之差；n表示仿真過程中總航跡起始次數(shù)；計算各條融合航跡最小起始時間門檻值V0和最大起始時間門檻值Vmax。則融合航跡起始時間歸一化得分百分比n表示評估指標個數(shù)，wk表示某指標的權(quán)重系數(shù)。

在常規(guī)戰(zhàn)備值班過程中主要考核是否漏情、目標是否快速及時發(fā)現(xiàn)、融合航跡是否正確等，其評估指標權(quán)重可參考表1。

4.2 指標權(quán)重

指標權(quán)重是根據(jù)其指標在系統(tǒng)中的關(guān)注度、重要性來確定相應的權(quán)重系數(shù)。

表1 評估指標權(quán)重

以上指標權(quán)重具有一定普適性，并在工程實際測試過程運用，為了客觀、真實地反映出融合評估有效性，可結(jié)合實際情況，不同應用領(lǐng)域、不同測試場景、不同關(guān)注對象等動態(tài)調(diào)整各指標的加權(quán)系數(shù)。

4.3 集成歸一化

集成歸一化總分是由各項指標歸一化得分百分比加權(quán)之和，即

式中：F為某一次測試科目集成歸一化總分；m為指標總項數(shù)；w為某一指標權(quán)重系數(shù)；P表示某一指標得分歸一化百分比，最高位1，該測試科目總分為100分。

5 仿真實驗

設(shè)兩個2D雷達，雷達1初始大地坐標為（116.41，21.85，0.0），雷達2初始大地坐標為（117.10，21.91，0.0），兩水面探測平臺速度均為10m/s，向正北行駛；兩雷達量測誤差分布服從N(0，σ2)，距離誤差σd分別為30m、80m，方位誤差σα分別為0.08°、0.2°，采樣周期分別為1.5s和2s。模擬仿真三批目標：目標1初始大地坐標為（116.16，22.939，1500.0），目標2初始大地坐標為（116.16，22.924，1500.0），目標3初始大地坐標為（116.16，22.909，1500.0）；三批目標并排自西北向東南方向呈編隊飛行，各目標間距約1500m，同時做勻速直線運動，航速為100m/s，航向為135°。表2是對情報處理后的數(shù)據(jù)進行的評估結(jié)果。

表2 評估結(jié)果

通過仿真試驗表明，以上描述的試驗數(shù)據(jù)性能評估指標體系能夠較為客觀、全面、有效地對情報處理軟件性能指標進行評估，具有較強的適用性。

6 結(jié)語

本文面向艦船裝備全生命周期試驗數(shù)據(jù)采集需求，詳細分析了艦船裝備試驗數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀，提出了合理的數(shù)據(jù)采集與分析工作流程，給出了情報處理性能評估指標體系及計算方法。仿真實驗表明了該方法的有效性，可為艦船裝備試驗指標評估提供指導。

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Research on Data Acquisition Method of Ship Equipment Life Cycle Test

MAO Jie
（No.91917 Troops of PLA，Beijing102488）

According to the lack of the data acquisition methods of warship weapon equipment test，and difficulty to evaluate the effectiveness of weapon equipment effectively，this paper analyzes the present situation of data acquisition of ship equipment test，proposes the reasonable data collection and analysis work flow，and gives the performance evaluation index system and calculation method of intelligence data processing.The simulation shows that the evaluated method is valid and can provide guidance for the accuracy evaluation of the fusion track of the model test.

experimental data，data acquisition，collecting method，index，evaluation

TN957；TP274

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.07.022

2017年1月15日，

2017年2月27日

毛杰，女，工程師，研究方向：通信工程。