自動判讀方法在制導彈藥測試中的應用

陳二雷，胡 車，楊 毅，張 言，母勇民

(西安現代控制技術研究所，西安 710065)

0 引言

隨著制導彈藥的復雜程度以及自動化程度的不斷提高，對綜合測試技術也提出了更高的要求。制導彈藥測試貫穿了從科研生產到裝備部隊使用的全生命周期，合理的測試方案設計可提高檢測結果的置信度，同時減少檢測時間。測試數據的分析判讀是綜合測試的重要一環，其判讀結果是評估彈藥是否正常的依據，有助于故障定位和問題排查。目前數據判讀主要依靠人工來完成，數據量大、數據種類多樣、判讀方法多變，對分析人員專業素質要求高，判讀結果具有較大的主觀因素。為提高測試效率和判讀的準確性，文中對自動判讀方法進行了研究，以某彈藥為研究對象，提出了測試數據的解析、判讀以及管理方法，從橫向和縱向兩方面建立了產品數據包，從而便于產品測試數據的健康管理。

目前在國內自動判讀技術主要應用于衛星以及載人航天器的控制系統中[1-3]，該技術不但減輕了測試人員的負擔，同時提高了故障檢測能力。在制導彈藥的測試中應用相對較少[4]，與衛星及載人航天應用相比，制導彈藥測試自動判讀對實時性要求不高，可在試驗結束后對測試數據進行離線處理分析。一般彈藥單次測試需要判讀參數多達上百個，在全覆蓋判讀的情況下，人工判讀容易漏判、誤判，因此，需要一種自動判讀方法協助完成數據分析，下面對該方法的組成、原理以及應用進行詳細介紹。

1 系統方案設計

在制導彈藥測試中采用自動判讀方法屬于專家系統的一種應用，是人工智能從理論走向實際應用的案例[5]。如圖 1所示，是自動判讀方法的系統方案設計示意圖，使用測試局域網實現內部數據互聯，主要由數據庫、數據獲取部分以及多個判讀終端組成。其中數據庫用來存儲原始數據、判讀規則和推理邏輯，判讀終端可實現對判讀規則和推理邏輯的下載更新管理，數據獲取部分完成對原始數字量和模擬量的采集及存儲，采集過程中會在原始數據中注入精度為1 ms的時間信息，以便于后期數據分析。

2 主要功能模塊

2.1 數據管理模塊

為規范數據管理，在數據采集之前，首先要對試驗階段、試驗目的、測試設備、試驗環境、試驗地點、試驗時間、被測品編號等參數進行配置，在數據采集與保存時作為數據的屬性與測試數據綁定，這樣測試數據才具有可追溯性與可比性。測試數據管理模塊主要完成對數據的保存以及檢索。

常見的試驗屬性配置如下：

1)試驗階段：原理樣機階段(默認)、工程樣機階段、設計定型階段、部隊使用階段；

2)試驗目的：綜合測試(默認)、分系統測試、專項測試；

3)測試設備：綜合測試設備(默認)、檢測維修車、導彈檢測儀；

4)試驗環境：常溫(默認)、高溫、低溫、振動、沖擊、電磁兼容、可靠性增長等；

5)試驗地點：設計單位(默認)、生產單位、彈藥庫房、靶場等。

2.2 數據預處理模塊

自動判讀規則只對有意義的物理量有效，因此每次試驗結束后，首先需要對采集到的數據進行解析預處理，解析過程主要是使用數據組成協議將原始的二進制數據轉換為具有實際物理含義的十進制文本文件，同時對數據當中的野值進行剔除[6]，并將解析后的數據按照標準的格式保存，便于自動判讀模塊的讀取與識別。

2.3 判讀規則模塊

在設計判讀規則之前，首先要根據測試數據的特點對其進行分類，然后針對不同種類的數據設計對應的判讀規則，無論采集到的原始數據是數字量還是模擬量，都會被轉換為一個個有意義的物理量，根據各物理量的特點，可對制導彈藥測試數據進行如下分類：

1)0d01(恒定數值類)

恒定數值類數據一般是從數字量解析而來，從頭至尾為恒定數值，如某電子部件的工作狀態、開關狀態。該類數值需要計算整個過程中的最大值和最小值，并且最大值和最小值均和給定固定值相等。

2)0d02(點火類數據)

點火類數據是直接作為電壓(模擬點火具負載)模擬量來采集，該類信號普遍存在于制導彈藥當中，如發動機點火、熱電池點火、引信解保點火等，需要計算的參數為點火脈沖的時序、幅值以及脈寬，所有參數的測試值均需要在合格判據范圍之內。

3)0d03(電壓類數據)

電壓類數據既可作為模擬量直接采集，也可從數字量解析而來，是評估制導彈藥電氣性能的重要參數，如彈上各部件工作所需要的模擬供電信號，需要計算的參數為轉電之后電壓的最大值、最小值、紋波峰峰值的絕對值等，所有參數測試值均在合格判據范圍當中則判斷合格。

4)0d04(變化趨勢類數據)

變化趨勢類數據是指具有特定的變化趨勢，如鋸齒波、方波、正弦波等，或可對變化趨勢進行理論計算，常見物理量有舵機指令、舵機反饋和舵機指令反算等，該類數據首先需要與給定波形做差，然后計算差值的最大值與最小值，判斷系統相應延遲，實測數值均在判據范圍則為合格。

5)0d05(區間類數據)

區間類數據是指該物理量在整個測試過程中在一定區間范圍內浮動變化，如彈體X，Y，Z三個方向的加速度及角速度信息，彈體不同位置的溫度信息，制導彈藥的經度、緯度、大地高度定位信息等，該類數據需要計算的參數為最大值與最小值，實際測試值均在給定區間內則判斷合格。

2.4 判讀推理流程模塊

判讀推理流程模塊是整個自動判讀系統的核心，其推理算法及邏輯直接影響到判讀結果的有效性及可信度。制導彈藥自動判讀推理流程示意圖如圖2所示。在開始數據采集之前，需要加載數據格式以及判讀規則文件，判讀規則文件主要對數據組成進行定義說明，并對所有物理量對應參數的合格區間進行配置，然后等待數據采集，對于接收到的數據首先進行預處理，預處理之后的物理量需要進行數據類型判斷，不同類型的數據需要計算的參數不同，若為電壓類數據和變化趨勢類數據，還需要進一步處理之后再進行參數計算，最后將計算出的參數值與判讀規則配置文件中的合格區間進行比對，并做出合格或不合格結果判讀。目前的判讀模塊部分是基于模塊化設計，以便于數據類型增加之后對判讀推理流程模塊進行功能擴展。

圖2 判讀推理工作流程示意圖

3 判讀系統的應用

3.1 測試零點識別

測試零點是時間基準，采集數據注入的時標信息需要使用測試零點進行校準。對于制導彈藥工作流程來說，一般選擇炮口分離或電壓轉換時刻作為零點，具有階躍信號特征，可采用閾值進行識別，當連續10個采樣點大于設定閾值時，則以第一個大于閾值的采樣點時刻作為測試零點，所有采集數據的時標減去該測試零點作為其真實時標，正值表明為飛行時刻，負值表明為飛行前準備時刻，所有點火信號的時序參數也是相對測試零點進行計算。

3.2 單次測試數據分析

單次測試是指執行一次綜合測試任務。依據該自動判讀方法，將測試數據計算生成測試報表，作為制導彈藥技術狀態確認的依據。如表1所示，為測試報表模板，主要由各個物理量參數的理論范圍、實測值以及判讀結果構成，部分參數需要結合人工判讀來生成最終結果。

表1 單次測試自動判讀生成報表

3.3 橫向測試分析

橫向測試分析是指對不同編號的產品在同一測試科目的數據進行比對分析，大多數參數會根據產品個體差異性符合一定的正態分布N(μ，σ2)。表2是某彈藥不同編號產品在出廠測試時電源1測試數據，對應圖3是其波形圖，由圖可以看出：將該物理量數值劃分為包絡區間、系統指標區間和其他區間，若測試結果落入包絡區間則為合格，落入包絡區間外系統指標區間內則為超差，落入其他區間則為不合格。

表2 電源1數據橫向測試分析(出廠測試)

圖3 電源1橫向測試數據分析圖

3.4 縱向測試分析

縱向測試分析是指對同一套產品在生命周期內不同階段的測試數據進行分析對比[7]，采用成功的飛行數據包絡分析方法，將以往的產品測試結果及系統要求指標與本次試驗指標進行比對[8]。表3是電源1產品編號001參數的縱向測試數據結果列表。

表3 電源1數據縱向測試數據(001#產品)

4 結束語

對制導彈藥測試數據自動判讀方法進行了研究。設計了測試數據管理系統，根據數據特點對測試物理量進行了分類處理，并設計了判讀推理流程模塊。在實際應用上，從橫向測試分析和縱向測試分析方面進行了研究，結果表明，該自動判讀系統可提高測試數據的判讀效率。未來隨著應用范圍的擴大，其判讀規則將得到不斷的優化改進，判讀結果的準確性與覆蓋率也會得到不斷完善，將會提高制導彈藥在研制、生產以及使用階段的測試效率。