基于試驗狀態(tài)點矩陣的航電系統(tǒng)綜合飛行試驗設計*

李 靖，張興國，陳 宇

(中國飛行試驗研究院， 西安 710089)

0 引言

以往，航空電子系統(tǒng)試驗鑒定側重于對各系統(tǒng)技術指標達標度的考核，試驗設計以單系統(tǒng)的功能或性能考核為主，缺乏對多系統(tǒng)的協(xié)同應用考慮；隨著航空電子系統(tǒng)不斷向綜合化、模塊化方向發(fā)展，各分系統(tǒng)交聯(lián)關系越來越密切，航空電子系統(tǒng)已經成為一個不可分割的有機整體，驗證如果不考慮戰(zhàn)場的綜合運用問題，獲取的試驗結果意義性不強，不能代表裝備實戰(zhàn)條件下的能力底數，航空電子系統(tǒng)飛行試驗必須由單系統(tǒng)驗證向綜合運用條件下的系統(tǒng)綜合驗證轉變。

基于此，文中提出一種基于試驗狀態(tài)點矩陣的航電系統(tǒng)綜合試飛設計方法，利用試驗狀態(tài)點的技術和管理維度信息，實現多系統(tǒng)全任務全流程綜合試驗快速設計。

1 試驗狀態(tài)點、試驗點及動作點的定義

首先定義試驗狀態(tài)點：表征飛行試驗驗證過程中所需的載機、被試對象、配試資源、電磁/地理環(huán)境等多維屬性，是系統(tǒng)驗證過程中不可再分的最小試驗技術單元，具有唯一性。

考慮飛行試驗數據統(tǒng)計的要求，同一個試驗狀態(tài)點驗證存在多樣本需求，為了兼顧樣本量，需定義試驗點：為了滿足置信度要求需要多次重復驗證(樣本量)，狀態(tài)點的1次驗證則稱為1個試驗點。

動作點：描述一個試驗動作的具體特征。試驗狀態(tài)點可能包含1個或多個動作點。比如，對于試驗狀態(tài)點“迎頭態(tài)勢下距離載機200 km目標機進行S機動”，所對應的“S機動”則為動作點。

根據定義，試驗狀態(tài)點能夠表征驗證的技術要求，主要體現了某驗證任務的復雜度；試驗點則可以表征項目的工作量；而動作點則表征了驗證過程中對關鍵飛行動作的要求。試驗點和試驗狀態(tài)點之間存在如下的數學關系：試驗點數=∑試驗狀態(tài)點數×樣本量。在不引入歧義的情況下，一般將試驗狀態(tài)點簡稱為試驗點。

2 基于試驗狀態(tài)點矩陣的航電系統(tǒng)綜合試飛設計

2.1 綜合試驗設計基本思路

進行多試驗狀態(tài)點綜合試飛，并不能簡單的將多個試驗狀態(tài)點隨意疊加。由于不同試驗狀態(tài)點代表不同的試驗工況狀態(tài)和資源需求，如果統(tǒng)籌不合理，可能導致各試驗狀態(tài)點互相沖突、干涉，甚至試驗完全失?。换蛘咴囼灎顟B(tài)點安排過多，導致試飛員負荷過高或留空時間不足。因此，綜合試飛設計必須對飛行的時域、空域、資源域及任務邏輯域統(tǒng)籌設計。

為便于統(tǒng)籌，綜合試驗設計首先需要確定試驗的主線任務，即飛行中起主導作用的、需要首要保障的任務，其余任務均為副線任務，試驗中由主線任務牽引試驗過程。主、副線任務應滿足以下約束條件：

a)主線與副線任務之間無沖突或干擾；無交互效應或交互效應可互為驗證條件。

b)主線與副線任務的綜合邏輯符合實際作戰(zhàn)運用工況。

c)主線任務環(huán)境(包括資源保障)可滿足副線任務需求，或副線任務環(huán)境容易構建。

d)不因增加副線任務提高飛行試驗的風險等級。

e)任務總耗時小于留空時間(不包括起、降時間)。

f)任務總負荷可接受。

為了計算任務總耗時，需引入“試驗點耗時”定義：單個試驗點執(zhí)行所需的占空時間。

按照任務特點可將試驗點分為3類：過程類、動作類和結合類。過程類試驗點執(zhí)行需要一個或多個完整的流程，耗時較長，例如，某彈道條件下的靶試；動作類試驗點執(zhí)行重點在于試飛員的具體飛行動作或操作，耗時一般為數分鐘，例如45°坡8字盤旋；結合類試驗點執(zhí)行伴隨主任務完成，不需占用額外時間，例如某彈道靶試條件下的平顯字符顯示正確性，實際所需耗時為0。

顯然，通過合理設計，將各類試驗點平均分布一個架次中，可以有效提高試驗效率，獲取更多的數據。綜合試驗設計過程可用圖1進行說明：首先將飛行過程分解為地面準備、起飛、戰(zhàn)術接敵、攔截作戰(zhàn)、進場著陸等階段，再將主、副任務線的試驗點根據所屬任務階段屬性平均分布在時間軸上。

圖1 綜合試驗設計示意圖

2.2 基于試驗狀態(tài)點矩陣的航電系統(tǒng)綜合試飛設計

盡管看起來綜合試驗的設計思路并不復雜，但飛行試驗屬于復雜系統(tǒng)工程，工程實施將會涉及數十個被試系統(tǒng)或設備、多類配試資源、各種復雜環(huán)境，試驗中經常由于被試對象技術狀態(tài)、配試資源到位狀態(tài)、飛行包線限制等原因導致諸多試驗點不具備驗證條件；同時各試驗點也存在已驗證、待優(yōu)化調整后再驗證、待驗證等表征計劃執(zhí)行情況的管理狀態(tài)，因此，航電系統(tǒng)綜合試驗設計是一項非常復雜和困難的問題。為了解決上述問題，構建試驗狀態(tài)點的數學矩陣模型，通過動態(tài)管理試驗點技術管理維度狀態(tài)信息，實現飛行試驗的綜合設計。主要過程如下：

步驟1定義試驗狀態(tài)點一維矩陣E=[e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10e11e12]描述試驗狀態(tài)點的技術維度信息。其中：e1為試驗狀態(tài)點所依據驗證條款；e2為載機飛行狀態(tài)；e3為載機飛行動作；e4為載機系統(tǒng)工作狀態(tài)；e5為目標機飛行狀態(tài)；e6為目標機飛行動作；e7為目標機系統(tǒng)工作狀態(tài)；e8為氣象環(huán)境；e9為地理環(huán)境；e10為保障資源；e11為耗時；e12為飛行風險等級。

步驟2定義驗證狀態(tài)一維矩陣M=[m1m2m3]，描述試驗狀態(tài)點的管理維度信息。其中：m1為某試驗狀態(tài)點計劃驗證次數；m2為某試驗狀態(tài)點剩余驗證次數；m3為某試驗狀態(tài)點累積驗證次數。

設某試驗狀態(tài)點矩陣E1，對應驗證狀態(tài)矩陣M1，則m1代表計劃任務量，m2代表剩余任務量，m3代表實際執(zhí)行的任務量。

步驟3對于N個試驗狀態(tài)點，構成N×12階矩陣F，N×3階矩陣S。

F=[E1E2…EN]T=

其中：ei1為第i個試驗狀態(tài)點的驗證條款；ei2為第i個試驗狀態(tài)點所需載機飛行狀態(tài)；ei3為第i個試驗狀態(tài)點所需載機飛行動作；ei4為第i個試驗狀態(tài)點所需載機系統(tǒng)工作狀態(tài)；ei5為第i個試驗狀態(tài)點所需目標機飛行狀態(tài)；ei6為第i個試驗狀態(tài)點所需目標機飛行動作；ei7為第i個試驗狀態(tài)點所需目標機系統(tǒng)工作狀態(tài)；ei8為第i個試驗狀態(tài)點所需氣象環(huán)境；ei9為第i個試驗狀態(tài)點所需地理環(huán)境；ei10為第i個試驗狀態(tài)點所需保障資源；ei11為第i個試驗狀態(tài)點所需耗時；ei12第i個試驗狀態(tài)點的飛行風險等級。

其中：mi1為第m個試驗狀態(tài)點對應的計劃試驗點數；mi2為第m個試驗狀態(tài)點對應的剩余試驗點數；mi3為第m個試驗狀態(tài)點對應的累計試驗點數。

步驟4進行綜合試飛試驗設計，假定某次飛行主任務的載機飛行狀態(tài)為p；配試飛機飛行狀態(tài)為q；氣象環(huán)境為r；地理環(huán)境為x；保障資源為y；飛行時間為T，對矩陣F和S進行條件篩選，提取滿足綜合試驗條件的所有試驗狀態(tài)點：

(ei2≤p)∩(ei5≤q)∩(ei8≤r)∩(ei9≤x)∩(ei10≤y)∩(mi2≥1)

步驟5進行耗時計算，針對篩選獲取的試驗狀態(tài)點，計算所需總耗時，當總耗時大于T時，獲取T時間內可執(zhí)行的試驗狀態(tài)點，并按照2.1節(jié)中所述的綜合試驗基本原則，進行最后確認，完成最終試驗設計。

3 試用情況

結合某項目飛行，構建了基于試驗狀態(tài)點的綜合試驗設計平臺。首先構建試驗狀態(tài)點數據庫，并基于前面闡述的方法，利用信息化技術，采用綜合優(yōu)化算法，對試飛任務進行綜合編排與設計。試用結果表明：利用信息化技術，可以實現航空電子系統(tǒng)綜合試飛的數字化輔助設計，提高設計效率，規(guī)避設計風險。

基于試驗狀態(tài)點的綜合試飛任務輔助規(guī)劃界面如圖2所示。

圖2 任務單輔助規(guī)劃界面-試驗點選取

4 結論

文中提出一種基于試驗狀態(tài)點矩陣的航電系統(tǒng)綜合試驗設計方法，通過構建試驗狀態(tài)點的數學矩陣模型，利用信息化技術，實現了對試驗狀態(tài)點技術、管理等多維度信息的動態(tài)管理，通過信息檢索實現多系統(tǒng)綜合驗證設計，有效提升驗證質量，提高飛機留空時間利用率及試驗任務執(zhí)行效率。