常規武器靶場飛行試驗測試能力構建思考

馬方遠,高 閣,杜劍英,夏洪利,徐利娜

(中國兵器工業試驗測試研究院,陜西 華陰 714200)

0 引言

現代化的武器裝備試驗靶場具有突出的自動化、信息化、智能化特征,形成這些特征的基礎是先進的網絡信息條件[1]。各軍事大國都十分重視常規武器靶場試驗測試能力建設,建有十分完善的試驗測試系統,具備試驗測試任務計劃與實施、實時數據收集與處理、任務控制與事后處理分析等多種功能,能夠完成各類常規武器飛行試驗全過程測試任務[2]。在我國工業部門靶場,信息化建設相對落后,普遍存在測試技術水平不高、測量手段欠缺等問題,“測不到、測不準、測不好”的問題十分突出,難以適應新時期新型遠程彈箭飛行試驗測試需求。例如:科研階段的彈箭武器裝備,由于制導控制和彈體強度設計及發動機等驗證不全面、不充分,飛行試驗中可能出現彈道偏離、分離異常、飛行失控等風險,需要靶場具備目標飛行試驗全過程的實時態勢感知,實時處理關鍵試驗測試數據,在異常時能夠及時執行安控命令;靶場彈道測量雷達、光電經緯儀、遙測等測試設備大多不具備自主捕獲目標功能,需要通過組網測試,提高全彈道測試成功率;隨著武器系統越來越復雜,參試人員越來越多,需要通過遠程協助測試與遠程集中測試,降低試驗雙方人力成本。

1 國外靶場情況及啟示

世界軍事強國普遍把綜合性試驗場作為國家軍事戰略資源,優先建設、綜合利用。綜合性試驗場具有體系完備、任務多樣、功能綜合、試訓一體、集約高效的鮮明特征。對比美國白沙導彈靶場、英國赫布里底試驗場、法國布爾日技術試驗中心的飛行試驗測試能力,美國白沙導彈靶場的飛行試驗測試能力水平位居世界一流。

白沙導彈靶場(WSMR)是美國陸海空三軍最大的試驗場,建設了先進完善的試驗測量體系和全域覆蓋的網絡指控系統,建有指控中心及覆蓋全域的通信網絡,雷達測試、光學測試、遙測測試、精密時統、氣象探測、衛星測試、復雜環境模擬等大型測試系統500余臺套,配置有2 000多個固定和機動的測量站。靶區內所有測試資源,全部由光纖及微波傳輸網絡連接至指控中心,構成空天地一體化聯合測試系統。系統具有高效的組網協同測試能力,具備試驗測試任務計劃與實施、實時數據匯聚與處理、任務控制與事后處理分析等多種功能。

對標國外先進試驗場,給國內飛行試驗測試能力建設帶來以下啟示:

1) 在貼近實戰的復雜試驗環境中驗證裝備性能是大勢所趨。

國外先進試驗場非常重視武器裝備試驗環境的構設,在復雜電磁環境、氣象環境、地理環境和實戰對抗環境中,對武器進行試驗驗證與全面考核。裝備在實戰條件下的作戰效能檢驗是當前靶場面臨的重大任務,要積極開展復雜環境邊界條件和復雜電磁干擾環境條件下的試驗測試驗證及模擬測試方法研究,綜合模擬各種自然和戰場環境要素和地域要素,采用先進的試驗測試手段和研究手段,以研究和測試高新技術武器在不同平臺和復雜戰場環境下的精確打擊、高效毀傷和適應性發展能力。

2) 多手段、內外測聯合測試是可靠獲取數據的基本保障。

國外先進試驗場具備雷達、遙測、光學衛星等多種不同的測試手段,不同體制多專業測試技術優勢互補,空、天、地多維一體化網絡協同測試[3-4],能夠適應復雜彈道、多參數、多目標試驗測試需求。構建多體制、內外結合的測試能力,是全面檢驗武器裝備性能、確保試驗安全順利進行的必備條件。

3) 靶場的信息化程度是衡量試驗場先進性的重要指標。

國外一流試驗場的網絡信息系統逐漸趨于“全軍一體化”和“數據中心化”,打破了各類信息壁壘,建立了數據互通互享的渠道,形成了設備設施隨遇接入、多區聯動、資源統合、靈活重構的體系架構,實現了試驗態勢實時感知、試驗指揮高效順暢、試驗保障精細透明、試驗資源融合共享[5]。采用多技術手段構建靈活、可靠、經濟的試驗信息網絡,是滿足信息時代武器裝備試驗測試技術發展和新型試驗模式的需要。

4) 靶場試驗測試能力建設應適當超前。

一代裝備一代試驗測試能力。國外一流武器裝備試驗靶場能力建設,大多與武器裝備同時或適當超前建設,功能完備、科研條件與后勤保障條件完善。國內工業部門靶場現有試驗測試能力嚴重滯后于武器裝備研制進程,致使武器裝備試驗性能驗證不充分,研制周期不能保障。為適應武器裝備飛行試驗的不同需求,應當適當超前建設試驗測試能力。

2 飛行試驗測試系統構建思路

以高可靠、高精度獲取武器裝備飛行試驗參數為目的,按照“測得到、測得全、測得準、測得好”的基本要求,從“四個方面”進行總體考慮,突出“三個特點”,構建測控系統

1) 在測試系統構建方面,采用測試設備測量精度粗、細搭配,獲取試驗全過程參數;強化關鍵點測試,圍繞關鍵點、關鍵參數測試,采用空中、地面等多種測試平臺高低搭配,雷達測、光電測、遙測等多種手段冗余測試,獲取多維度精細化的測試數據;強化組網協同測試思想,充分利用不同手段測試設備優勢,搭配適用,提高實戰化環境下綜合測試效能;構建伴隨、攜行測試系統,滿足無人智能裝備復雜環境下測試需求。

2) 在測試資源布局方面,圍繞靶場高頻使用測試點位,建設固定測量站,打造高可靠、高精度、高智能的測試條件;在固定測量站的基礎上,補充建設一批機動測量站,可在機動至飛行試驗關鍵動作段附近,滿足多任務需求。

3) 在測試設備功能設計方面,設計無人化、智能化功能,實現測控中心遠程集中測試。新增設備原則上都需要具備網絡接入與信息交互能力,具備標準化電氣接口與標準數據傳輸協議;需要具備測試環路聯調、自主健康管理與遠程故障診斷能力[6];需要采用人工智能技術實現設備初始參數自動配置、測量模式在線自適應調整、測量結果自動揀選及傳送等功能[7],從而適應未來高可靠、多任務并行綜合測試任務需求。

4) 在設備指標設計方面,彈道測試設備及其他測試設備關鍵指標設計要有一定余量,以滿足隱身、高超聲速、先進動力等高新裝備試驗測試需求;測試設備必須采用先進抗干擾技術,適應實戰化環境中的測試需求。

突出場測試和極端環境測試能力。綜合采用多點分布式傳感和陣列場參數測試技術獲取毀傷、電磁、制導信息等場參數,采用電磁防護、電磁加固措施,提升測試設備強電磁干擾環境下數據獲取能力。

突出跨域聯合測試能力。測試設備與裝備聯合,互為支撐;雷、光、遙異構設備協同測試,提升可靠性;空地立體聯合測試,豐富多維觀測信息。

突出數據綜合處理能力,以數據為核心,以試驗云為平臺,利用人工智能、機器學習、仿真建模技術,對各類前端數據流進行數據清洗、分揀、相關性處理,精確提取特征參數。

3 飛行試驗測試系統構建

飛行試驗測試系統如圖1所示,主要包括各類測試設備、試驗測試應用平臺以及試驗網信平臺。各類測試設備主要是指靶場專用雷達、光電、遙測等測試設備,用來獲取飛行試驗過程中各類試驗數據。試驗測試應用平臺主要用于測試任務分發,測試數據匯集、顯示、處理以及引導測試。試驗網信平臺是各個測試設備與試驗測試應用平臺的連接器。

依托試驗網信平臺一張網,聯通前端(各類測試設備)、后端(試驗測試應用平臺)與遠端(客戶交互平臺)等3端資源,構建多維立體全要素網絡智能測試測量系統,著重獲取彈箭發射飛行試驗1條彈道線、6個關鍵點、2類環境全參數數據(1條彈道線參數是指全彈道時空位置、飛行景象、遙測等數據,包括1條全彈道引導測試數據、1條全彈道高精度外彈道數據、1條全程飛行景象數據以及2條全程遙測數據;6個關鍵點包括離軌/出箱/炮口、分離、機動、開倉、子彈拋灑、落點等參數,關鍵點參數測量采用設備抵近測量方式,滿足高精度、精細化測量需求,且有備份手段)。打造以數據流獲取為核心的武器飛行試驗測控系統,實現試驗測試數據流、設備狀態數據流、設備網絡控制數據流、引導測試數據流、遠程交互數據流、安控數據流等6類數據流全網全域無阻流通,試驗測試過程全透明。

試驗測試數據流由前端各類測試設備采集被測裝備與被測裝備所在環境產生;設備狀態數據流由前端各類測試設備產生。試驗測試數據流與設備狀態數據流流向后端各類試驗測試應用平臺與遠端客戶交互平臺,用于試驗方完成試驗態勢掌控與指揮控制,輔助用戶遠程參與試驗數據分析;設備網絡控制數據流由后端試驗試驗指揮控制平臺產生,流向前端各類測試設備,用于遠程集中測試;引導測試數據流來源于前端測試設備測試數據以及理論彈道,經過后端數據處理平臺生成,由指揮控制平臺發送至前端各類跟蹤測試設備,用于引導測試;遠程交互數據流由遠端客戶交互平臺產生,流向前端基本參數測試現場,用于用戶遠程指導排故;安控數據流由后端試驗指揮控制平臺產生,流向前端遙測測控系統,由遙測遙控系統通過無線鏈路,發送至被測裝備,實現安控操作。試驗測試過程數據流向如圖2所示。

圖2 試驗測控數據流關系圖

4 飛行試驗測試實施過程構想

常規武器飛行試驗可分為試驗準備、試驗實施、試驗總結三個階段,不同階段的試驗測試任務與試驗數據關注點各不相同。

試驗測試準備階段數據流關系如圖3所示。客戶利用試驗網信平臺,遠程接入,獲取測試數據與精細化測試場景,參與產品狀態測試,提供遠程技術支持。技術人員通過試驗網信平臺,獲取可用測試設備地址、指標、技術狀態以及近期任務情況等狀態信息,按照試驗大綱要求,制定測試方案,快速重組測試系統。

圖3 試驗準備階段數據流關系圖

試驗實施階段數據流關系如圖4所示。技術人員利用試驗應用平臺,遠程配置測試任務至測試系統,產生設備狀態控制數據,包括任務時間、目標參數、飛行諸元參數等;試驗指揮按照試驗流程組織試驗,T0信號網絡監測系統監視試驗零時,將試驗零時分發至各個測試設備。

圖4 試驗實施階段數據流關系圖

各測試設備按照試驗零時啟動測試任務,按照既定測試流程完成測試任務,并自動揀選關重測試數據與測試設備狀態數據實時上傳試驗應用平臺,試驗應用平臺將測試數據進行實時處理,產生引導測試數據發送至相關測試設備,同時為試驗相關人員透明的試驗過程態勢。

若飛行目標飛出管控區,且目標內主動安控異常,試驗總指揮可利用試驗應用平臺產生設備控制數據與安控數據,發送至遙控站,利用遙控站上行鏈路,控制目標執行被動安控。試驗安控數據流關系如圖5所示。

圖5 試驗安控數據流關系圖

試驗總結階段數據流關系如圖6所示。技術人員利用試驗應用平臺,遠程控制各個測試設備自動回傳精細測量數據與測試設備狀態數據,分析測試數據,完成試驗測試報告編制工作。

圖6 試驗總結階段數據流關系圖

5 結束語

基于對常規武器靶場飛行試驗測試能力構建的思考,聚焦新型彈箭遠程飛行試驗全彈道參數測試需求,提出以飛行試驗過程中試驗測試數據流可靠獲取為核心,突出組網聯合測試與數據綜合處理技術在試驗測試中的應用,構建常規武器飛行試驗空、天、地多維立體聯合測試系統。一是將大幅提升我國常規武器遠程飛行試驗精細化測試水平,滿足實戰化環境下的測試需求,強力支撐高新技術與裝備性能驗證,產生巨大軍事效益;二是推動現有于設備前端獲取測試數據的試驗測控模式,向遠程集中測試轉變,極大提高靶場試驗測試效率與任務承載量,產生巨大經濟效益。