基于試驗狀態點矩陣的航電系統綜合飛行試驗設計*

李 靖，張興國，陳 宇

(中國飛行試驗研究院， 西安 710089)

0 引言

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

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

1 試驗狀態點、試驗點及動作點的定義

首先定義試驗狀態點：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/地理環境等多維屬性，是系統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計的要求，同一個試驗狀態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。試驗狀態點可能包含1個或多個動作點。比如，對于試驗狀態點“迎頭態勢下距離載機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。試驗點和試驗狀態點之間存在如下的數學關系：試驗點數=∑試驗狀態點數×樣本量。在不引入歧義的情況下，一般將試驗狀態點簡稱為試驗點。

2 基于試驗狀態點矩陣的航電系統綜合試飛設計

2.1 綜合試驗設計基本思路

進行多試驗狀態點綜合試飛，并不能簡單的將多個試驗狀態點隨意疊加。由于不同試驗狀態點代表不同的試驗工況狀態和資源需求，如果統籌不合理，可能導致各試驗狀態點互相沖突、干涉，甚至試驗完全失??；或者試驗狀態點安排過多，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籌設計。

為便于統籌，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運用工況。

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

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、戰術接敵、攔截作戰、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 基于試驗狀態點矩陣的航電系統綜合試飛設計

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工程，工程實施將會涉及數十個被試系統或設備、多類配試資源、各種復雜環境，試驗中經常由于被試對象技術狀態、配試資源到位狀態、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、待優化調整后再驗證、待驗證等表征計劃執行情況的管理狀態，因此，航電系統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，構建試驗狀態點的數學矩陣模型，通過動態管理試驗點技術管理維度狀態信息，實現飛行試驗的綜合設計。主要過程如下：

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

步驟2定義驗證狀態一維矩陣M=[m1m2m3]，描述試驗狀態點的管理維度信息。其中：m1為某試驗狀態點計劃驗證次數；m2為某試驗狀態點剩余驗證次數；m3為某試驗狀態點累積驗證次數。

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

步驟3對于N個試驗狀態點，構成N×12階矩陣F，N×3階矩陣S。

F=[E1E2…EN]T=

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

其中：mi1為第m個試驗狀態點對應的計劃試驗點數；mi2為第m個試驗狀態點對應的剩余試驗點數；mi3為第m個試驗狀態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為p；配試飛機飛行狀態為q；氣象環境為r；地理環境為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點，計算所需總耗時，當總耗時大于T時，獲取T時間內可執行的試驗狀態點，并按照2.1節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點的綜合試驗設計平臺。首先構建試驗狀態點數據庫，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綜合試飛的數字化輔助設計，提高設計效率，規避設計風險。

基于試驗狀態點的綜合試飛任務輔助規劃界面如圖2所示。

圖2 任務單輔助規劃界面-試驗點選取

4 結論

文中提出一種基于試驗狀態點矩陣的航電系統綜合試驗設計方法，通過構建試驗狀態點的數學矩陣模型，利用信息化技術，實現了對試驗狀態點技術、管理等多維度信息的動態管理，通過信息檢索實現多系統綜合驗證設計，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行效率。