航空火控系統試飛綜合評估技術與方法探討

宋海浪，張建東，史國慶，楊啟明，張耀中

1.中國飛行試驗研究院 西安 710089

2.西北工業大學 電子信息學院 西安 710072

航空火控系統飛行試驗作為機載航電火控系統和武器技術發展的重要支柱，是航空科學中獨立的研究領域［1-2］，蘇聯、美國和歐洲等于20 世紀20 年代就有大批科研人員投入飛行試驗的理論和實踐工作，美國等投入了大量的經費［3］。大批科學工作者進行了許多重要的卓有成效的工作，使得飛行試驗技術得以不斷發展和完善，伴隨著航電火控系統的產生和發展［4］，航空火控系統的飛行試驗項目和面臨的技術問題越來越多，于是，有必要對航空火控系統飛行試驗理論和相關技術進行總結歸納［5-6］，建立航空火控系統試飛技術的理論和實踐體系。

中國航空工業經過了70 多年發展，飛行試驗技術研究有著獨特地位和作用［7］，航空火力控制技術是現代科學技術中發展最快的高新技術之一。近年來，隨著軍事科學、電子技術和信息技術的發展，航空火控技術和航空火控系統正在經歷著前所未有的高速變革和進步，在與飛機平臺配套發展過程中，體現出一對多的加速發展勢頭，就是在一代飛機平臺上發展多代武器火控系統。這些新型的航電火控系統是投入巨額資金，并經過專家論證、工業部門設計、研制的科學技術成果，其中凝聚著成千上萬科學工作者的智慧和辛勞。而這樣一個系統在研制過程中必須通過鑒定或設計定型飛行試驗，因而，航空火控系統的飛行試驗［8］是系統設計研制、采辦過程中的重要環節，是戰斗機裝備部隊的必要環節，是代價高、周期長、涉及面廣、技術復雜的系統工程。

為了適應中國航空工業的迅速發展和試飛工作的需要，20 世紀50 年代正式成立了獨立的飛行試驗機構。有關飛機制造廠、總體所也相繼成立了各自的飛行試驗機構，多年來形成了以獨立飛行試驗研究機構為中心，各工廠、設計所、院校和軍方試驗基地互相配合的飛行試驗研究體系［9］，為引進、仿制、改進、改型和自行研制的各種型號飛機及其航空火控系統進行了大量的飛行試驗和技術研究。

工廠試飛站是航空工業企業下屬的試飛機構，主要由機務維護、場務保障、航行、調度、測試、改裝等部門組成。其主要任務是進行組裝、修理和制造飛機的出廠試飛，研制與改型飛機的摸底試飛，航空火控系統中3 類及其3 類以下航空產品的鑒定和飛行員訓練飛行。

下面將對航電火控系統飛行試驗的地位和作用、內容、工作流程和主要技術進行概念性的介紹，主要內容如圖1 所示。

圖1 航空火控系統試飛內容和技術Fig.1 Aerial fire control system flight test content and technology

1 航電火控系統試飛

1.1 航電火控系統飛行試驗的地位和作用

航電火控系統飛行試驗是在真實的飛行環境條件下，按照規范和程序進行的科學實驗，具有突出的真實性、高度的風險性、組織管理的復雜性和進度的緊迫性，是航空技術發展的重要支柱，是先于航電火控系統研制又貫穿于整個研制的循環迭代過程。其地位和作用主要有：

1）航電火控系統飛行試驗驗證和發掘其戰術、技術性能，進行探邊摸底，對制定作戰方案并形成戰斗力奠定基礎，為正確使用航空武器和航電火控系統，有先導作用。

2）為武器和航電火控系統的技術鑒定、作戰評估、在役考核提供依據，為采辦機構和工廠投產決策提供真實的試驗數據和結論。

3）作為新技術、新理論驗證的必要環節，為新型航電火控系統的改進、研制提供技術基礎。

1.2 航電火控系統飛行試驗的內容

航空電子火控系統飛行試驗按照有關標準和規范的要求，通常應包括如下的試飛內容：

1）航電火控系統綜合驗證試飛。

2）航電火控系統導航功能和性能試飛。

3）航電火控系統空空功能性能考核試飛。

4）航電火控系統空面［10］功能性能考核試飛。

這些內容的安排遵循漸進、遞增的原則，按照先易后難、從簡到繁，通過這些內容中各科目的試飛，達到全面檢查、考核綜合航空火控系統戰術、技術性能和指標的目的。

1.3 航電火控系統飛行試驗研究的分類

航電火控系統試飛按其性質可概括地分為型號試飛和研究性試飛［11］，比如美國的愛德華空軍基地就是側重于型號飛行試驗的機構，而美國航空航天局的得萊頓飛行試驗研究室則側重于研究性的飛行試驗［12］。型號試飛是以具體型號機載航電火控系統為對象進行的試驗研究，針對其研制總要求提出的戰術、技術指標，對航電火控系統的功能和性能進行考核、驗證、檢查等試驗。航電火控系統的研究性試飛通常不針對具體飛機型號，而是側重于基礎理論和技術應用的探索、驗證研究。

型號試飛按照不同的階段和任務需求又可進一步分類為：首飛、調整試飛、鑒定試飛、出廠試飛、驗收試飛和使用試飛（即作戰評估和在役考核）。

1）首飛：航空火控系統首飛是沿用飛機整機首飛的概念，由于飛機航電火控綜合化概念的應用，航電火控系統的平顯和多功能顯示器代替顯示儀表成為飛行狀態的主要信息窗口，發動機、燃油、電源、操縱機構和飛控等狀態監控都成為綜合航電火控系統的基本功能，因而綜合航電火控系統的首飛就具有實質的內容和意義。

2）調整試飛：是機載航電火控系統為了達到設計指標而進行的飛行試驗，在國外稱為“DEVELPING”。調整試飛的目的是暴露機載航電火控系統的故障［13］、發現設計缺陷，通過修改設計，達到設計要求，為鑒定試飛作好準備。調整試飛必須按照有關部門批準的“大綱”進行。為了節約資源，調整試飛的某些結果經鑒定試飛部門認可，也可作為鑒定試飛的結果。

3）鑒定試飛：也稱“設計定型試飛”，鑒定試飛是對達到設計定型技術狀態的機載航電火控系統的功能和性能進行全面鑒定的飛行試驗［14-15］。航電火控系統及其子系統的鑒定試飛必須按照相應級別的定型委員會批準的“大綱”進行，只有通過鑒定試飛并獲得批準的機載航電火控系統或子系統才能投入小批量的生產。型號機載航電火控系統鑒定試飛通常按照空空和空面及不同武器航電火控功能，采用多架試驗機分工同步進行，以便加快試飛進程。

4）出廠試飛：在批生產中進行的質量檢查試飛稱為航電火控系統出廠試飛。出廠試飛又可分為抽查試飛和交付試飛。這類飛行試驗通常由制造廠的試飛站按照定貨方的合同進行。

5）驗收試飛：使用部門根據合同規定的驗收項目［16］，為檢查航電火控系統或子系統功能、性能和質量而進行的飛行試驗。

6）使用試飛：在大批裝備部隊前，對已定型的機載航電火控系統或子系統進一步進行使用條件下的性能、使用方法和訓練等內容的試飛。通常由空、海軍試驗基地在各種實際使用條件下進行。

1.4 航空電子火控系統飛行試驗研究的程序

航空電子火控系統的飛行試驗通常分為試飛任務的確定或下達、飛行試驗準備、飛行試驗實施、數據處理和分析及總結歸檔［17］等5 個階段。

1）試飛任務的確定和下達

航電火控系統試飛任務的確定一般有3 種形式，一是指令性下達的型號試飛任務；二是預先研究的試飛任務；三是委托或合同試飛。

指令性任務通常由航空工業、航空裝備主管部門、軍方的計劃部門和航空產品定型委員會下達，試飛組織機構應組織專家研究和確定完成任務的總方案、實施技術途徑、經費和預計進度等，并上報獲批準后，就完成了試飛任務的確定和下達。

預先研究試飛包括航空火控系統基礎理論研究、各種規范、標準、先進技術研究、新試飛方法研究和專題研究，任務立項必須按照航空火控技術發展的長期和近期計劃撰寫“立項論證報告”，得到批準且經費落實后，試飛任務才能確定和下達。

委托合同試飛任務是航電火控系統或子系統設計生產單位根據研制、生產或新技術預先研究的需要提出的飛行試驗任務，通常按照任務提出單位和試飛機構簽定的技術經濟合同的要求進行。

2）飛行試驗準備

航電火控系統飛行試驗準備應包括，被試系統的熟悉和了解、參試人員的培訓和考核、技術文件準備、確定改裝方案、測試傳感器校準和測試采集記錄系統準備、航電火控系統試飛模擬和實驗系統準備、例行地面實驗和數據處理設備及軟件準備等。

3）飛行試驗實施

試飛實施階段要嚴格按照“試飛任務單”進行，試飛工程師應在試飛準備期間，按照批復的“試飛大綱”和航電火控系統載機的使用限制條件認真安排和編寫“試飛任務單”［18］，飛行任務下達時要仔細交代本次試飛任務的目的和要求、動作要點、難點和保證質量的措施。試飛員必須明確理解和把握試飛任務，做到心中有數。在此基礎上，做好飛行試驗卡。在飛機起飛至落地期間，試飛工程師應在塔臺指揮室協助飛行指揮員和飛行員安全保質地完成試飛任務。本次飛行結束時，飛行員應及時填寫“試飛任務單”中的本次飛行評述。

4）數據處理和分析

數據處理一般分為3 個階段進行，實時監控、預處理和評定分析處理。實時監控處理的主要使命是為保障安全和任務順利執行，通過遙測傳輸，對有限數量的參數進行處理；預處理需綜合載機測試數據和視頻信息，處理給出架次和任務有效性的初步結論，并為后續的評定分析處理選取有效的數據；評定分析處理對特定科目進行最終的評定分析，綜合內外測數據、光/雷測數據、GPS 數據等對系統及子系統的功能和性能指標進行計算、分析和評定。

5）總結歸檔

試飛大綱規定的任務全部階段性執行完成后，試飛工程師要及時進行“試飛技術總結報告”的編寫和歸檔。技術總結和歸檔必須嚴格按照質量體系程序的要求執行。

火控系統飛行試驗就是系統的功能和性能通過飛行進行檢查、驗證和評價，由于上述發展特點，被試對象的精度不斷提高，功能、狀態及被試產品的種類越來越多，隨著系統信息綜合、功能綜合、控制/顯示綜合和軟/硬件結構綜合的程度、廣度和深度的進一步提高，為火控系統試飛從方案制定、飛行指揮、參數測試、數據處理到火控專業人員對試飛結果的綜合分析帶來了許多新的課題和挑戰。使得現在和將來火控系統的試飛成為一項高難度、高風險、高消耗和長周期的綜合性的復雜系統工程。這一點已經被試飛實踐證實。

面對這種狀況，國外同行已經投入了巨大的資金和精力，不僅建造了精良的試飛支持設施，而且對相關技術進行了深入的研究。中國經過正在飛行和已經準備的型號課題，在飛行技術、測試設備、數據處理設備及模擬仿真等方面已經有了長足的進步，而在航空電子綜合化火控系統試飛支持設施和試飛結果綜合分析方面還有較大的發展空間。作者認為，設備的投資僅僅是基礎，相關技術和方法的研究和應用才是提高試飛水平、適應新技術發展、加快試飛進度和降低試飛成本的根本出路。

1.5 航空火控系統試飛評估的主要技術

隨著航電火控系統的不斷發展，航空武器火控試飛專業的研究內容也不斷擴展，主要包括：綜合航電系統和各種武器的飛行試驗設計、測試任務確定、飛行試驗方法［19］、地面實驗［20］方法、數據處理分析方法［21］及綜合評估方法［22-23］等內容的研究和應用；以及綜合航電火控系統試飛仿真［24］及支持設施的設計、開發和應用研究。

針對航電火控系統，航空武器火控試飛專業的發展方向為：

1）加快綜合航電火控、武器及導彈飛行試驗信息化、自動化的進程（主要包括試飛設計輸入信息化，如航空電子系統接口測試信息庫、試飛信息數據庫的建立及數據分析、處理和評判的自動化等）。

2）評定模型、準則的建立、驗校和完善，形成具有權威性的火控武器試飛評定基準系統。

3）數據融合在航電火控武器試飛中的應用研究。

4）加強航電火控武器地面仿真試驗［25］和機載軟件評測技術研究。

5）建立和完善空中航空電子火控系統和導彈武器試驗平臺。

6）新一代綜合航電火控系統性能試飛技術研究［26］。

以上6 個發展方向依賴于火控建模、數據融合、信息管理、效能評估和精度分析5 大關鍵技術的支撐。

火控模型是火控試飛的基礎，建立準確的火控模型能夠有效提高火控解算基準值的準確性，精準的火控模型有助于評定模型、準則的建立、驗校和完善，是開展試飛鑒定的基礎。

作為航電系統感知外部環境的核心部件，技術的發展使得機載傳感器的功能和數量劇增，各個傳感器的作用機理和精度水平不一，通過數據融合能夠有效將各個傳感器的探測結果融合，提高探測的維度和精度，進而提升整個火控攻擊過程的打擊效率。

航電火控系統試飛過程中，伴隨著大量的信息記錄和處理工作。為了數據的完備，除了在機上加裝各種測試記錄裝置外，還有地面觀測數據、衛星數據等外部記錄的信息，信息的形式多樣，總線數據、開關信號、圖像、聲音以及氣象和外部環境等，而飛行試驗的結論有賴于將這些信息綜合處理，因此高效便捷的信息管理是航空火控試飛的關鍵技術，是提升試飛效率的強大工具支撐。

效能評估技術主要是研究效能評估模型，制定評價指標體系，衡量航電火控系統的技術水平高低的試金石。

武器系統最直觀的考核方式就是射擊是否命中目標，因此精度是火控系統的核心指標。精度分析一方面是基于各個子系統的精度水平來分析最終閉環攻擊精度，另一方面根據閉環攻擊進度的指標來提出各個子系統的精度水平設計需求，精度分析貫穿整個航電火控系統的設計鑒定過程。

本文后續將根據火控系統試飛的實際情況和自己的體會，按照必要性和可能性的原則，就航空火控系統試飛結果綜合評估的有關技術問題進行初步的討論。由于作者水平有限，希望這些問題的討論能起到拋磚引玉的作用。

2 適用于試飛綜合評估的火控建模技術

航空火控系統的基本功能是，把飛機引導到有利于接近、搜索、跟蹤、識別和瞄準目標的區域，根據所測量的載機和目標的運動參數和態勢，選擇適當的武器進行火控解算、綜合顯示和操作指示，然后控制武器的發射方式、方向、數量和時機，有些武器還需要裝定引信和參數，對于制導武器須提供相應指引信息。因此，火控建模技術是火控系統設計和試飛的關鍵技術［27-28］，而其載機、目標和武器的運動學和動力學特性是火控建模和解算的基本問題。

機載火控模型受實時性和計算能力的限制，通常對載機、目標、武器及環境等作了一些簡化和假設。在航空射擊火控問題中，對于空中目標假設其在絕對坐標系中作等速圓周運動，而航空射擊和轟炸火控解算中，對地面和水面運動目標假設其在地理坐標系中作等速直線運動；航炮、航箭、炸彈和魚雷等武器的運動軌跡計算（彈道微分方程組及其解算），在航空火控問題中一般只引用其結果（彈道表或彈道函數表）［29］，應用函數擬合的方法（如最小二乘法和回歸分析法等）引入火控解算，同時對非標氣象、阻力和重力等因素引起的彈道誤差進行簡化的修正［30］；載機運動受武器分離、發射和投放的影響，在機載火控模型中也只能進行一些簡化的修正計算［31-32］。

以上假設和簡化處理都使得火控模型本身及其解算帶有相當可觀的原理誤差，飛行試驗結果鑒定和綜合評估通常都是飛行之后在地面進行，計算能力、容量和時間消耗可得到充分的保證，同時，利用機載測試傳感器、地面光學測量和地面雷達測量設備，對載機、目標和武器采取多方式、多類別和多層次的測量，可得到比機載模型精密的多解算模型和解算方法［33］。對不同來源的火控諸元進行時空統一化［34］處理，建立試驗評估的模型，可作為試飛綜合評估的基準。

3 數據融合技術在綜合火控系統試飛綜合評估中的應用

3.1 數據融合的概念

數據融合是對多種信息資源進行檢測、互連、相關、估計和聯合的多層次、多界面的信息處理技術［35］，它是利用計算機技術對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息，在一定準則下，加以自動分析，處理、綜合和提取有用信息，以完成所需要的決策和估計任務而進行的信息處理過程。

多傳感器數據融合技術［36］常用的方法有以下幾種：

1）統計模式識別法

統計模式識別法［37-38］把多傳感器數據融合看作統計模式識別問題，使用多傳感器融合為目標分類提供“互補”信息，從而減少誤差。為了實現這一目的，必須對目標特征的提取和選擇進行改進，減少目標特征數目，避免當傳感器數目增多時系統復雜性呈指數增長。

2）貝葉斯估計法

貝葉斯估計法［39-40］中心思想是，首先假定傳感器可能出現的誤差信息，然后計算貝葉斯估計量，某種假設給定后，就可以使用這個估計量來對合成的信息進行優化估計。

3）多貝葉斯法

把整個傳感器系統和每個傳感器分別看作是一組決策器和一個貝葉斯估計器［41］，每個傳感器負責提取目標的某一特征。并使用多傳感器系統模型，把任務環境表示成某種不確定性的幾何目標集合。在去掉幾何目標近似高斯分布的某段外圍部分后，基本上呈現高斯分布。這樣，聯合分布的似然函數就可以對傳感器信息最終合成。

4）SD 顯式推理法

這是一種擴展的貝葉斯方法，可以在信息缺乏或是似而非的情況下使信息明朗化，這種方法已經用于多傳感器目標識別和軍事指揮與控制［42］。

5）模糊邏輯法

模糊邏輯是一種典型的多值邏輯［43-44］，它可以把信息合成中的不確定性用推理過程直接表示出來，并把置信度用0～1.0 之間的數值表示，可用于多傳感器中的場景分析和目標識別。

6）產生式規則

主要用于知識系統的目標識別，使用一個相關的置信因子來表示不確定性，并象征性地表示出目標特征與傳感器信息之間的關系。

7）表決融合

先將模型中若干個傳感器的目標置信水平進行分級，而每個傳感器的一次探測所給出的結果包括2 部分內容，即目標是否存在和相應的置信級別［45］。多個傳感器探測能提高檢測的準確性和可靠性［46］，融合中心將利用多個傳感器的探測結果來進行表決，以確認或否認目標的存在。

8）Shafer-Denpster 方法

Shafer-Denpster 證據理論法最基本的概念是辨別框架，記為θ。θ由一互不相容的陳述集合組成，θ的冪集（2θ）構成了命題集合。通過傳感器獲得信息，得到特征度量作為證據，并且通過基本概率分配函數（也稱質量分布函數）對所有命題（包括θ在內）賦予一個可信度，利用組合規則對2 個或多個信任函數進行組合假設，得到假設的支持程度。將支持程度之差值與一門限值進行比較，得出融合中心最后判斷結論［47-48］。

3.2 數據融合在航空電子綜合化火控系統試飛中的應用

數據融合技術在C3I 系統、多目標超視距火控系統［49］、精確制導武器系統、隱身技術、電子戰以及A/A、A/G 作戰任務等領域中有著廣闊的應用前景和可觀的應用潛能。美國等西方國家非常重視數據融合技術的研究并取得了顯著的進展。美國在針對新一代軍用作戰飛機的“寶石柱”航空電子計劃中，已將數據融合作為關鍵技術之一，并已在F/A-18 和F-22 飛機上實施。國內許多專家和學者對這方面技術也已開始重視，并展開了比較廣泛而深入的研究。

如何在航空電子綜合化火控系統試飛中充分利用數據融合技術［50-51］是一個值得探討和研究的問題。作者認為，數據融合技術及其相應的思想方法和理論體系是提高試飛水平，降低試飛費用的重要技術途徑［52］。

1）飛行指揮、通訊和控制一體化管理

隨著火控系統的不斷發展，機載系統不斷地采用新的傳感設備和技術，如多目標、超視距攻擊能力的出現，火/飛/推綜合控制技術的引入，使得執行火控系統飛行試驗任務的難度增大，其信息量呈爆炸的趨勢，必須進行指揮、通訊和引導控制的一體化管理。數據融合技術是飛行指揮、通訊和控制一體化管理的核心支持技術，建立數據融合系統對遙測數據、地面光/雷測數據和其他通訊設施等多傳感器和多信息源提供的信息進行綜合、協調、統計和決策，可向指揮員、飛行員和其他參試人員提供行為策略和指南。

2）綜合測試獲取精確的數據信息

火控系統試飛中，為了獲取較為精確的目標、載機和武器三者相對運動學和動力學方面的信息，需要在機上和地面加裝和設置許多高精度的測試傳感器和探測設備，按照多傳感器數據融合的思想方法綜合考慮傳感器的特性、精度和頻率范圍等，合理選擇傳感器的類別、數量和安裝位置，采用綜合測試的方法，利用數據融合的技術手段，對多傳感器提供的數據進行測試融合和合成綜合處理，擴展測試系統的空間、時間和頻率的覆蓋范圍，避免傳感器的工作盲區。以此達到獲取精確測試數據的目的。

3）提取子系統特征信息進行特性研究

利用數據融合技術提取子系統特征信息，展開目標特性研究、本機運動特性研究和本機有關子系統特性的研究。

4）機載數據融合系統本身的飛行試驗技術研究。

4 信息管理系統

現代航空電子綜合化程度、深度和廣度越來越高，其子系統和設備的數量越來越多，飛行測試需要記錄的參數量劇增。涉及的媒體類型不僅是單一的數據，而且還有平顯畫面、多個多功能顯示畫面的視頻信息和多個音頻信息等。其試飛和試驗的數據不僅來自載機，還有地面光測、雷測數據和地面仿真試驗數據、音頻和視頻信號等。在進行試飛結果綜合評估中，必須首先解決這些信息的組織和管理問題［53-54］。

利用現代計算機技術發展的新成果FOXPROMIS 系統和多媒體開發工具軟件（如FOUNDER Author tool ）組合加上適當的編程平臺（如VC++X.X）和硬件設備，來開發這樣的信息管理系統［55］是投資少、見效快的技術途徑。

4.1 信息管理系統的功能

1）數據及多媒體信息的自動和手動錄入、增刪、修改和編輯。

2）數據報告、多媒體混合報告的生成、播放和保存。

3）通訊功能，為試飛結果綜合分析的其他計算平臺和處理軟件提供原始數據，支持多目標傳感器數據融合、精度分析、故障診斷和綜合效能評估技術。

4）試飛文件、各種任務書和報告文檔按照質量體系的標準進行管理。

5）將計算處理的數學模型作為信息進行統一管理。

4.2 數據組織結構

數據組織結構是信息管理系統的關鍵技術，它要把分散的信息進行有機的組織和統一管理，避免信息的冗余，使其便于調度、查看和使用［56-58］。

航空電子綜合化信息的數據結構是多維結構，其第一級的三維結構如圖2 所示。第二級的兩維結構由參數（媒體或文檔）名和記錄時間為主體，附帶其他字段（如飛機，任務的標識）。直接使用關系型數據管理系統的二維結構是很不方便的，需要利用VC++開發多維結構的殼體再和FOXPRO-MIS 系統組合使用。

5 武器系統效能評估

武器系統的技術水平高低、性能好壞是關系到國防建設的大事，系統的研制開發需消耗巨額資金和艱苦而長時間多方協作的勞動。而最終怎樣衡量？如何評價？無論是決策者還是從業者都是極其關心的問題。作為軍機飛行試驗研究機構必須為此做出科學而合理的回答［59］。為了解決以上問題，產生了一門新的技術學科——武器系統效能分析［60］。

簡單來說，所謂武器系統效能實質是指完成預期任務的能力，定量地描述這一能力，是武器系統效能分析的首要課題。近20 年來，由于科學技術突飛猛進的發展，使武器系統更新換代速度加快，國內外軍方對武器系統的效能分析研究尤為重視［61-63］。以期設計出性能優異的、高效能的武器系統。

5.1 建立效能模型的方法

1）用敵方所遭受損失的數學期望EL來度量的效能模型，即

式中：Nd表示敵方被摧毀的戰斗單位數；Nf表示參戰的戰斗單位數；EL值越大武器系統效能越好。這個模型是由蘇聯儒可夫空軍工程學院提出的。該學院還提出，對于復雜的武器系統，其效能準則可分階段，如殲擊機空戰可分為：起飛著陸、導航引導、瞄準跟蹤、武器射擊4 個階段進行衡量。

2）矩陣乘積效能模型

式中：E為武器系統效能；A為有效性行向量，A=[a1，a2，…，an]，ai表示不同狀態下系統有效利用程度

其中：tMTBF為平均故障時間；tMTTR為平均故障修復時間。

可見向量A是系統正常工作的數學描述，是綜合了可靠性和可維修性的系統有效性指標。

D是可信度表示為

其中：dij是系統由狀態i轉到狀態j的可信度用概率值表示。

C是武器系統完成任務的能力，即

其中：c1i表示不同狀態的能力，其計算方法可分為多種形式的定義，如概率乘積、綜合指標、綜合指標評價和戰斗效能指數等多種方式。其方法各有所長，也各有所短。本文不作進一步的討論。

這種方法是由美國武器系統咨詢委員會集中100 多位科學家研究提出的，被西方國家普遍采用。

3）指數加權法

式中：P為飛機性能；S為飛機推力；F為機翼面積；PSE為單位剩余功率；M為機動能力；K為最大作戰半徑；G為重量；GP為飛機特性尺寸，Wa為預警能力；B為武器性能；VW為致傷性。

這種方法是由德國D·伊勞爾為評價殲擊機而提出的效能模型。

4）分立效能指標：是國內部隊使用的方法，如抗擊效率比、彈效、耗彈比和戰損率等。

作者認為，比較科學和相對合理的是方法2）中所述的方法，主要體現在它具有很大的靈活性，可根據具體問題進行修正，如人為因素和系統特征等。以此法為主要框架，具有進一步研究的潛力。

5.2 飛行試驗與武器系統效能分析

從航空武器作戰的角度來看，作戰飛機的飛機平臺、推進系統和綜合火力控制系統都應視為武器系統的組成部分。效能作為衡量武器系統的準則，無疑是飛行試驗的重要內容。隨著綜合試飛的實施和發展，為武器系統效能分析研究提供了必要的條件，其研究內容應包括：

1）深入而廣泛地開展效能分析模型和方法的研究，針對我國軍機火控系統和武器裝備的實際結構、功能和性能建立真實、合理而科學的效能模型［62-63］和相應的理論方法等。

2）開發相應的分析評估軟件。

3）利用真實的試飛數據和所開發的評估軟件，對具體型號的武器系統效能進行分析、計算、評價和研究。同時驗證和改進所采用的模型和軟件的正確性和合理性。

6 綜合火控系統的精度分析

精度指標考核歷來是火控系統試飛的重要內容，航空電子綜合化火控系統精度考核試飛從試飛方案、測試方法的設計和實施，到數據處理和試飛結果綜合分析結論給出的全過程是代價高、牽涉面廣、技術含量高和時間周期長的復雜系統工程。

在試飛方案的制定中，要根據系統及被試產品的戰技指標，如武器單發命中概率等指標進行數理統計學的分析研究，制定合理的抽檢方案，如起落、狀態和使用武器數量的科學安排，各種模式的指揮引導方案，其靶試試飛的風險回避和控制等。這種課題對試飛員操作要求高，試飛難度大；測試方法和方案的制定要綜合考慮被試系統的結構、性能參數特性和測試設備的可行性，其參數和信號不僅有系統綜合化總線信息［64］、非總線開關量、模擬量、音頻和視頻信息等，還有外部光學和雷達的測試信息，測試方案的實施，需要對多部門多種系統多種類型和方式的信息進行空/地和內/外測以及時間、坐標和量綱等多方面的協調［65-66］。測試和關注的焦點不僅是被試飛機的載機，還有目標和武器，以及三者之間運動的相互位置關系和動力學特性等。這些信息的采集、記錄和處理又涉及測試、通訊和計算機等技術和昂貴的軟件系統和硬件設備。至此，僅僅是獲得了必要的信息，如何利用這些信息對被試系統的精度進行評估分析才是問題的本質，本文就這一問題進行概括性討論。

6.1 航空綜合化火控系統精度分析的誤差源

影響系統精度的是誤差源，航空綜合化火控系統的誤差源主要由子系統誤差、武器散布誤差、機載火控模型及算法誤差等設備誤差和操縱誤差組成，操縱誤差指飛行員操縱誤差或火/飛/推綜合控制系統的輸出誤差。

子系統誤差最為繁雜，主要包括以下幾個方面：

1）雷達誤差，其參數包括：目標距離、距變率、天線方位/俯仰角、目標速度、加速度等。

2）慣導誤差，參數包括：本機速度、加速度、經緯度、飛機姿態、高度、迎角、側滑角等。

3）大氣機誤差，參數包括：氣壓高度、馬赫數、靜溫、總溫、真迎角、動壓和靜壓等。

顯控子系統誤差，主要是平顯誤差和多功能顯示器誤差。

6.2 綜合火控系統精度分析方法

1）線性統計法

線性統計法的計算過程為：將測試參數的標稱值與參數實測值比較得到誤差源的誤差，設為ΔXi(i=1，2…，n)，利用火控模型將各項誤差源的誤差對脫靶量的影響值一一計算出來，再用線性統計的方法計算出脫靶量的標準方差，作為火控系統的精度指標。

2）蒙特卡羅統計法

對每一個誤差源參數的標稱值，測取若干個（一般取10～20 為宜）受擾動的測量值，為這些測量值構造適當的統計量，如順序統計量，取其中位數算出該誤差源的誤差，利用火控模型將各項誤差源的誤差對脫靶量的影響值計算出來，根據經驗取適當的容量（一般在200～300 之間），再對這些脫靶量數值構造統計量，也可以是順序統計量，取其中位數作為所求結果。

3）方差分析法

其基本思想是，取誤差源為因素，將飛行試驗的條件作為水平，對火控系統的輸出誤差進行方差分析。

以上方法又可分為動態和靜態2 種方式，所謂動態就是取某一變量，考察系統輸出誤差隨此變量的變化情況，其基本算法的模型是一致的，而動態統計法的計算量要大的多。

7 結束語

本文對航空電子綜合化火控系統試飛結果綜合分析中的若干技術問題進行了探討，其中，火控建模和信息管理系統是綜合分析的基礎和前提；數據融合是提高數據質量的有效途徑；精度分析和效能評估是火控系統試飛結果的表述方法；展開這些技術的研究，必將為提高試飛水平、節約試飛經費和加快試飛進度具有一定的影響和效益。

隨著人工智能技術的發展和無人系統智能水平的提高，未來航空火控系統的試飛驗證要瞄準智能水平、協同能力、協同作戰效能、協同攻擊精度評估等方向開展針對性的研究，在多源數據融合、異構編隊協同火控建模、多域信息管理、誤差敏感性分析和體系貢獻率等方面進行技術攻關，夯實試飛技術儲備。