艦船裝備全生命周期試驗數據采集方法研究

毛杰

（91917部隊北京102488）

艦船裝備全生命周期試驗數據采集方法研究

毛杰

（91917部隊北京102488）

針對當前艦船武器裝備試驗數據采集手段缺乏，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據采集現狀，提出了合理的數據采集與分析工作流程，給出了情報數據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。

試驗數據；數據采集；采集方法；指標；評估

Class NumberTN957；TP274

1 引言

我國在現場數據收集方面的工作起步較晚，尤其對于外場可靠性驗證數據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，是由各產品的設計師來自主完成的，存在實踐經驗少，工作缺乏系統性的問題；同時，由于外場試驗的環境條件復雜，經歷的時間長，給數據的收集工作帶來很多困難。隨著信息系統的快速發展，需要一套全面、完善、有效的指標評估系統［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劣，為裝備的優選競標提供切實、有效的評估結果。

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

2 艦船裝備試驗數據采集現狀分析

艦船裝備試驗問題的實質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據絕對沒有，而指這些數據無法通過集中的幾次系統試驗直接獲取，但可以斷斷續續通過對不同種類、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，每個階段發現的問題與缺陷，裝備研制單位缺乏強有力的數據采集手段實現裝備綜合試驗中產生的參數數據、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務分系統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展與提高。

2）試驗數據采集手段缺乏

定型試驗雖然安排了部隊作戰試驗，但是可能會由于試驗部隊條件有限，缺乏專業作戰試驗部隊以及設備器材，往往只能對作戰適用性中的可靠性、環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，專業性更強，對試驗人員素質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 艦船裝備試驗數據采集技術研究

3.1 試驗數據采集與分析工作流程

為解決我們側重于武器裝備性能試驗，對作戰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試驗應該納入到艦船裝備全壽命周期試驗流程。作戰試驗和在役考核應貫穿于武器系統研制試驗的全過程，并可延伸到武器裝備部隊后的作戰訓練中，形成獨立的試驗、數據采集與考核評價體系。通過不同階段的試驗、數據采集、考核評價，不斷改進設計，使艦船裝備更適合實際作戰的需要。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據采集方法和手段作為研究的重點，重點研究傳統的性能試驗數據采集方法，同時開展作戰試驗數據采集方法和在役考核數據采集方法的研究。

3.2 艦船裝備全生命周期試驗數據采集規范研究

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

數據融合性能評估指標主要分戰術指標、精度指標和處理能力指標。其中，戰術指標包括：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據融合軟件的性能，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，再根據各項指標歸一化得分加權得出集成歸一化綜合得分。

4 裝備試驗數據性能評估指標與計算方法

4.1 評估指標集

1）漏情率

漏情數占真值目標數的比例稱為漏情率，計算公式為將漏情率歸一化得分百分比

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

2）正確航跡率

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

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，對應的融合航跡數目均值為

式中：Qf表示融合勢中航跡數目；Q(t)表示真值目標航跡數目。設一條真實航跡在穩定探測發現的情況下，對應融合航跡數門檻指標Lg=10，該門檻指標可結合系統實際情況動態調整。

則零碎度歸一化得分百分比

在實裝條件下，應根據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（時間門限可根據實際情況定制）沒有任何傳感器探測數據時，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

系統航跡的精度指標計算中，空間距離誤差標準差為系統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）系統處理時延

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

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Tg=1.0s（可結合項目的具體情況動態設置閾值）。

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；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，wk表示某指標的權重系數。

在常規戰備值班過程中主要考核是否漏情、目標是否快速及時發現、融合航跡是否正確等，其評估指標權重可參考表1。

4.2 指標權重

指標權重是根據其指標在系統中的關注度、重要性來確定相應的權重系數。

表1 評估指標權重

以上指標權重具有一定普適性，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，可結合實際情況，不同應用領域、不同測試場景、不同關注對象等動態調整各指標的加權系數。

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；w為某一指標權重系數；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據進行的評估結果。

表2 評估結果

通過仿真試驗表明，以上描述的試驗數據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 結語

本文面向艦船裝備全生命周期試驗數據采集需求，詳細分析了艦船裝備試驗數據采集現狀，提出了合理的數據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。