艦載試驗指揮系統設計技術

姜豐落，陸 平，朱士龍

（江蘇自動化研究所，連云港222061）

0 引 言

海軍各類新型兵器技術性能的測試、考核，最終都需要在接近實戰的環境下進行一番檢驗，因此“上艦”成了新裝備發展的必由之路。為完成這些新研武器裝備的海上科研、定型試驗任務，試驗艦艇發揮著越來越重要的作用。海上試驗環境復雜多變，隨著試驗任務的復雜、試驗航區的擴大以及被試系統和測試系統中高新技術的不斷應用，對海軍裝備試驗組織指揮提出了更高的要求，如何改善試驗方案制作手段，支持復雜試驗態勢設計；如何提供全過程試驗指揮輔助手段，提高試驗指揮的有效性；如何制定自適應數據接口，適應不斷發展的新型武器裝備試驗等，都成為艦載試驗指揮系統急需解決的問題。下面針對上述問題，設計出一套艦載試驗指揮系統，滿足了海軍兵器試驗的需要。

1 系統特點分析

艦載試驗指揮系統是一個典型的指揮、控制和情報（C3I）系統，它具有指揮、控制、通信和信息（情報）功能［1］。試驗指揮與作戰指揮類似，都是一個信息獲取、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，主要表現如下：

（1）可實施試驗方案制定

試驗指揮是按照預定的試驗項目、試驗目的，在指定的時間、地點，對指定的參試兵力按照指定的組織關系和指定的行動計劃進行調度管理的活動，即試驗指揮是按照預定的試驗方案進行決策和指揮的過程，這就要求試驗指揮系統能夠輔助生成完整的多兵力試驗計劃，并通過仿真推演驗證計劃的完整性和可行性。

（2）全過程試驗指揮輔助

為避免無效航次，指揮員更加關心參試兵力是否按試驗方案進入就位點、被試／參試系統是否工作正常、試驗區域是否安全等，試驗指揮系統需全過程輔助指揮員調度參試兵力或者修改試驗方案。

（3）自適應數據接口轉換

被試系統和測量設備種類繁多，發展快速，試驗指揮系統幾乎需要對所有設備的數據進行處理，試驗指揮系統需要適應這種擴展。

2 系統設計

2.1 體系結構設計

結合模塊化的軟件設計思想設計艦載試驗指揮系統，系統軟件體系結構如圖1所示。

圖1 系統軟件體系結構圖

依據存儲數據用途的不同，將數據庫劃分為4個子數據庫，以便于對每個子數據庫的管理；服務層對系統內各種公用及底層功能進行封裝，為業務層提供透明的服務，有效降低了各業務及業務與底層環境的耦合度；業務層依據服務層提供的服務，訪問支撐環境和數據層，從而各業務只需關注所需實現功能，提高了系統協同開發效率。

2.2 主要功能設計

艦載試驗指揮系統主要用于海軍武備試驗的任務組織、信息處理、數據顯示及試驗引導。系統的主要功能包括：

（1）試驗方案編制推演

試驗方案編制推演為試驗前設計試驗任務書提供高效手段，包括試驗兵力部署、試驗方案輔助計算、試驗方案仿真模擬、試驗方案管理等。通過對方案進行大量重復的仿真推演分析，修訂和調整試驗方案中的相關細節，分清各因素對不同考核項目影響的主次關系，提高試驗方案優化設計的科學性［2］。

（2）試驗指揮輔助決策

在試驗中出現某些影響試驗正常進行的因素時，試驗指揮輔助決策將給出警告，并給出處理方法建議。輔助決策內容主要包括試驗參試設備狀態監控、航跡偏差提示、武器發射條件提示、武器落區提示及安全監控。

（3）測量設備測量數據處理

利用融合和識別技術對來自于不同類型測量設備的不同層次、不同粒度、不同覆蓋區域的信息做處理，形成覆蓋全區域的統一態勢，為指揮員提供全面、實時、準確的試驗數據。

（4）試驗綜合態勢顯示

實時在電子海圖上顯示各類航區、試驗區、禁區、測控點、固定平臺等靜態試驗相關信息，以及參試兵力兵器等動目標的航跡信息，并對各種試驗區危險情況（如不明目標闖入試驗區域）進行醒目的告警顯示和聲光提示，為試驗指揮員提供直觀、形象的試驗方案和試驗過程描述。

（5）數據管理

數據管理功能實時采集和記錄試驗指揮系統接收的外部測量通信信息及發送的指揮控制信息，并經分類、整理后存入數據庫系統中，同時提供多種方式在事后進行各種數據的查詢、回放，完成備份，為指揮員提供有效的數據分析手段。

3 關鍵技術

3.1 復雜航路設計技術

試驗過程中經常會用到直線、圓周等各種簡單及組合航路規劃，因此在試驗方案編制過程中，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劃組織成計算機可識別的形式，以確保試驗方案推演的有效性。傳統的航路描述主要由航路基本信息和航路機動信息組成，航路基本信息主要包括初始經度、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；航路機動段信息主要包括經度、緯度、高度、航向和速度等［3］。但這種方式在描述圓弧航路時存在一定缺陷：即只有在圓弧航路上添加無數個點才能達到相對完美的運動航跡。

本系統實現時對上述方法進行了改進，在航路點設置時增加圓弧標志，若標志為true，則當前航路點與前后兩航路點組成圓上的一段圓弧，圓半徑、圓心通過三點位置計算得到；若標志為false，則當前航路點為普通直線航路點。通過圓弧與其他航路段的組合可設計各種常見航路，例如跑道形航路、S形機動航路、8字形巡邏等等，實現完全能夠滿足試驗方案中設計航路的需要，圖2為跑道形循環航路。

圖2 平臺航路設置圖

3.2 打撈區域提示技術

試驗過程中，由于各種原因，魚水雷武器會航行到測量裝備探測范圍以外的區域，此時魚水雷武器的打撈成為試驗耗費時間較多的環節，因此系統需要對武器打撈區域給出快速提示。

系統在仿真魚水雷武器航跡的基礎上，分析魚水雷武器歷史航跡的有效性，計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，此基點為魚水雷最可能上浮位置。當丟失前歷史航跡與仿真航跡的變化趨勢接近時，認為魚雷工作狀態正常，打撈基點依據模型仿真的航跡獲得；當丟失前的航跡與仿真航跡的變化趨勢相差很大時，認為魚雷工作狀態不穩定，打撈基點通過魚水雷武器歷史數據以及基礎性能參數進行外推獲得。

獲得打撈基點后，可通過多種方法進行尋雷搜索，艦載試驗指揮系統采用擴展方形搜尋法最終給出打撈區域提示。擴展方形搜尋法一般以順風流方向為接近航向，轉角為90°，第一、二航程取2nmile，以后每駛過2個航程增加2nmile，以保證在左右1nmile處視力覆蓋，不致漏失目標。擴展方形搜索法如圖3所示，其中a表示搜索的基點，航程的計算：

圖3 擴展方形搜索法

3.3 接口自適應技術

隨著被試裝備系統的發展，試驗測量設備也隨之有著較快的發展，測量設備與試驗指揮系統的協議也越來越豐富。這就要求試驗指揮系統在測量設備協議發生變化或者增加新測量設備時，試驗指揮系統本身不需要進行代碼修改就能適應。本系統采用協議字段分解的方式來實現系統對接口協議變化的自適應，其基本思想是在處理接口時不針對固定的接口協議結構，而是針對1個記錄有接口協議字段信息的可擴展文件。首先通過如圖4所示的協議分解工具將設備協議進行數據字段信息分解，并將這些信息保存成對應設備的配置文件；然后在接收到數據信息時，依據對應的配置文件對數據流信息進行解析；當設備接口協議變化時，利用協議分解工具重新設置配置文件。

圖4 協議分解工具（字段數可根據協議調整）

如圖5所示，假設某型號測控裝備進行了升級，接口協議中增加“wDeep”、“wReserve”字段，此時只要通過圖4所示的工具，對新型接口協議進行字段分解，重新建立與試驗系統的接口關系即可。

圖5 接口對應關系

4 結束語

兵器試驗艦試驗指揮系統是兵器試驗成功的基礎保障條件，它能夠為指揮員提供一個強大的掌握試驗動態的手段。本文在分析艦載試驗指揮系統需求特點的基礎上，提出系統體系結構、主要功能，依據該思路設計并開發了某型艦載試驗指揮系統，該系統已在多條試驗艦上得到應用，通過這些系統的應用，有效地輔助指揮人員完成試驗指揮，明顯地提高了試驗效率，很好地保障了試驗任務的完成。

［1］龔堅，朱士龍，夏紹志.新型試驗指揮自動化系統［J］.情報指揮控制系統與仿真技術，2004，26（2）：26－28.

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

［3］周玉芳，岳崗.態勢仿真技術研究［J］.計算機仿真，2005，22（6）：24－27.