要地防空導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

成順利，張遠(yuǎn)

（解放軍92941部隊(duì)93分隊(duì)，遼寧葫蘆島125001）

要地防空導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

成順利，張遠(yuǎn)

（解放軍92941部隊(duì)93分隊(duì)，遼寧葫蘆島125001）

通過(guò)對(duì)靶場(chǎng)導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)發(fā)射陣地指揮顯示系統(tǒng)的介紹，闡明了試驗(yàn)指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路、顯示內(nèi)容、建立原則和實(shí)現(xiàn)方法，其中重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

指揮顯示系統(tǒng)，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)試驗(yàn)，模型，安全控制

0 引言

隨著某要地防空型號(hào)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)入靶場(chǎng)試驗(yàn)，導(dǎo)彈發(fā)射陣地試驗(yàn)自動(dòng)化指揮系統(tǒng)的研制也已完成。我們知道，該型號(hào)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，參與的設(shè)備和戰(zhàn)位人員較多，試驗(yàn)指揮員需要及時(shí)了解試驗(yàn)的全面情況，并適時(shí)下達(dá)命令使試驗(yàn)按方案逐步進(jìn)行。為此，試驗(yàn)指揮員首先必須掌握武器系統(tǒng)設(shè)備自身狀態(tài)、鏈路連接狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換信息、兵力及目標(biāo)的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)；其次按照試驗(yàn)計(jì)劃或試驗(yàn)預(yù)案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，進(jìn)行科學(xué)指揮及應(yīng)急決策指揮［1］。這就需要研制一套在試驗(yàn)過(guò)程中具備可視性、數(shù)據(jù)獲取的充分性、實(shí)時(shí)性的試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)。通過(guò)本文介紹發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)，必將會(huì)對(duì)今后試驗(yàn)指揮工作的科學(xué)化、正規(guī)化具有極大的促進(jìn)作用。

1 發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.1 硬件實(shí)現(xiàn)

在發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，為了提高產(chǎn)品性價(jià)比，縮短研制時(shí)間，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及選用主要采用工業(yè)用產(chǎn)品。在系統(tǒng)硬件組成中核心設(shè)備包括三部分，分別是中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、安控顯示控制設(shè)備、數(shù)據(jù)采集及引導(dǎo)設(shè)備。發(fā)射陣地指揮顯示系統(tǒng)組成及與外圍設(shè)備關(guān)系示意圖如圖1所示。

1.2 軟件實(shí)現(xiàn)

在發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，軟件過(guò)程采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一過(guò)程，軟件開(kāi)發(fā)選用VC++6.0作為軟件代碼編制、調(diào)試的開(kāi)發(fā)環(huán)境，軟件最終運(yùn)行環(huán)境為視窗XP。本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)包括消息驅(qū)動(dòng)多線程技術(shù)、動(dòng)態(tài)連接庫(kù)技術(shù)、交換式以太網(wǎng)絡(luò)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)等。在軟件具體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)中，嚴(yán)格按照RUP軟件過(guò)程方法，進(jìn)行該系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)［2］。由于有合理的過(guò)程，并且軟件開(kāi)發(fā)人員在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的概念上具有非常堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，結(jié)合使用VC++6.0這一適合大型應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)語(yǔ)言，因此，能夠建立合理的面向?qū)ο蟮能浖?yīng)用程序，并且使項(xiàng)目具有了可追朔性。在軟件的模塊劃分中，主要是根據(jù)軟件功能來(lái)確定主要軟件模塊的劃分，具體軟件模塊如圖2所示。在中心控制計(jì)算機(jī)上，運(yùn)行著核心系統(tǒng)軟件，其中，抽取態(tài)勢(shì)顯示子模塊、導(dǎo)彈飛行安全監(jiān)控模塊、試驗(yàn)方案規(guī)劃模塊以及相應(yīng)的接口處理程序模塊等，單獨(dú)形成安控監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序運(yùn)行于地面安控顯示控制設(shè)備上，以確保導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)的安全控制。

圖2 軟件功能模塊組成圖

2 指揮顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原則

2.1 發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)內(nèi)容

隨著參加試驗(yàn)武器裝備的現(xiàn)代化水平越來(lái)越高，信息量也越來(lái)越大，為使試驗(yàn)指揮決策工作更加科學(xué)合理，就必須對(duì)試驗(yàn)相關(guān)信息加以綜合利用。首先，必須掌握設(shè)備自身狀態(tài)、鏈路連接狀態(tài)、各分系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換的數(shù)據(jù)信息、作戰(zhàn)過(guò)程的時(shí)序節(jié)點(diǎn)；其次，還需明確目前所進(jìn)行的試驗(yàn)步驟、既定試驗(yàn)計(jì)劃或試驗(yàn)預(yù)案，才能做到清晰明了，因此，經(jīng)過(guò)充分論證研究發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)應(yīng)該包括以下內(nèi)容：發(fā)射陣地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)設(shè)備自身狀態(tài)、鏈路連接狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；?？沼蛟囼?yàn)兵力實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)顯示；各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算、顯示及錄??；對(duì)模擬陣地發(fā)射導(dǎo)彈目標(biāo)的引導(dǎo)與截獲；試驗(yàn)航路方案規(guī)劃及設(shè)置；與發(fā)射陣地地面武器系統(tǒng)作戰(zhàn)系統(tǒng)局域網(wǎng)互通互聯(lián)；岸基指控中心數(shù)傳信息的實(shí)時(shí)接收處理；導(dǎo)彈飛行安全控制實(shí)時(shí)監(jiān)控與危險(xiǎn)判別；試驗(yàn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)；試驗(yàn)揚(yáng)聲指揮調(diào)度系統(tǒng)。

2.2 發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的建立原則

（1）顯示可視性

在試驗(yàn)指揮過(guò)程中，由于要考慮的數(shù)據(jù)內(nèi)容較多，為了增加顯示的直觀性，應(yīng)當(dāng)盡可能將數(shù)字信息以可視的圖形圖像方式表現(xiàn)出來(lái)。

（2）數(shù)據(jù)多樣性

試驗(yàn)的指揮決策必須建立在全面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，因此，發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)應(yīng)該在最大范圍內(nèi)獲取盡可能多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，這樣指揮員才能掌握更多的試驗(yàn)相關(guān)信息進(jìn)行綜合指揮決策。

（3）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性

作為實(shí)時(shí)試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)，對(duì)處理速度的要求不同于事后處理系統(tǒng)，其顯示及處理的數(shù)據(jù)必須具有實(shí)時(shí)性，這樣才能讓指揮員實(shí)時(shí)掌握相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，以便進(jìn)行試驗(yàn)的組織指揮。

（4）系統(tǒng)可擴(kuò)展性

作為發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)，應(yīng)能適應(yīng)被試武器裝備的不同差異，因此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到這些區(qū)別，留有充分的擴(kuò)展余量，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

（5）安全控制系統(tǒng)的可靠性

導(dǎo)彈飛行安全控制和輔助決策十分重要，因此，必須保證安全控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的可靠性及安控?cái)?shù)據(jù)來(lái)源的多樣性。

3 發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 ?？沼蛟囼?yàn)兵力實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)顯示的設(shè)計(jì)

為使指揮員能夠在最短時(shí)間內(nèi)全面掌握試驗(yàn)情況，必須精心設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的圖形界面，使指揮員能快速了解試驗(yàn)狀況，因此，數(shù)字化海圖基礎(chǔ)上的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)圖形顯示是系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容之一。在態(tài)勢(shì)顯示中，首先要解決的技術(shù)問(wèn)題是把海圖數(shù)字化，之后進(jìn)行科學(xué)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電子海圖和試驗(yàn)態(tài)勢(shì)的內(nèi)容在各自管理獨(dú)立的基礎(chǔ)上，在顯示上有機(jī)地結(jié)合在一起。其次，在系統(tǒng)所接收到的信息中，系統(tǒng)應(yīng)盡可能把原始及處理過(guò)的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化成圖形信息進(jìn)行顯示。同時(shí)，為了豐富態(tài)勢(shì)圖的內(nèi)容，便于指揮員使用，要以不同顯示方式體現(xiàn)不同信息，如雷達(dá)目標(biāo)信息通過(guò)不同的圖標(biāo)和其不同顏色航跡來(lái)體現(xiàn)；試驗(yàn)計(jì)劃內(nèi)容通過(guò)發(fā)射區(qū)、航路點(diǎn)、射擊航路等體現(xiàn)；實(shí)時(shí)重要數(shù)據(jù)通過(guò)開(kāi)辟數(shù)據(jù)窗口，并利用不同顏色數(shù)據(jù)體現(xiàn)；安控相關(guān)內(nèi)容通過(guò)安全區(qū)、告警區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、飛行管道、落點(diǎn)區(qū)等體現(xiàn)［3］。

試驗(yàn)態(tài)勢(shì)的形成需要后臺(tái)大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)，又要允許指揮員在適當(dāng)時(shí)候進(jìn)行手動(dòng)選擇、編輯處理態(tài)勢(shì)顯示內(nèi)容，如進(jìn)行態(tài)勢(shì)圖縮放、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)航跡刷新、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口的開(kāi)閉等態(tài)勢(shì)內(nèi)容的操作。

3.2 各種數(shù)據(jù)資源的實(shí)時(shí)接收及利用

系統(tǒng)必須具備各種信息的數(shù)據(jù)接收與處理能力，比如岸基指控中心信息的實(shí)時(shí)接收處理、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、鏈路狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、各個(gè)分系統(tǒng)在試驗(yàn)過(guò)程中的交換信息等。設(shè)計(jì)中主要考慮三方面內(nèi)容，首先要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)接收；其次要實(shí)現(xiàn)各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分類(lèi)處理、實(shí)時(shí)解算、顯示及錄?。蛔詈罄媒邮盏臄?shù)據(jù)信息及已確定的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)航路方案規(guī)劃及設(shè)置。為保證實(shí)時(shí)接收，要利用Windows的線程調(diào)度和消息調(diào)度機(jī)制進(jìn)行程序的全局調(diào)度；為保證實(shí)時(shí)處理，要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序模塊在盡可能少占空間和時(shí)間的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了科學(xué)合理的存貯、分配；有了科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)思想指導(dǎo)下，才可以組織好龐大數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)籌規(guī)劃和管理。

3.3 對(duì)模擬陣地發(fā)射導(dǎo)彈目標(biāo)的引導(dǎo)與截獲

在雷達(dá)檢飛試驗(yàn)方案中，模擬對(duì)陣地發(fā)射導(dǎo)彈的截獲流程是必須考慮的內(nèi)容，主要設(shè)計(jì)方法是在模擬陣地發(fā)射導(dǎo)彈的飛機(jī)飛過(guò)陣地上空時(shí)，在雷達(dá)截獲屏內(nèi)，給雷達(dá)導(dǎo)彈之路一個(gè)啟動(dòng)截獲的信號(hào)和必要的引導(dǎo)信息，引導(dǎo)信息主要由靶場(chǎng)指控中心送到陣地?cái)?shù)據(jù)錄取設(shè)備上，錄取設(shè)備把這些引導(dǎo)信息進(jìn)行綜合處理，在信息滿足雷達(dá)截獲的條件時(shí)立即給雷達(dá)指控車(chē)發(fā)啟動(dòng)截獲指令，這樣雷達(dá)就利用這一指令啟動(dòng)導(dǎo)彈的截獲流程，進(jìn)而運(yùn)行導(dǎo)彈的制導(dǎo)與控制程序，對(duì)雷達(dá)控制導(dǎo)彈的功能進(jìn)行檢查。

3.4 導(dǎo)彈飛行安全控制實(shí)時(shí)監(jiān)控與危險(xiǎn)判別設(shè)計(jì)

在各種飛行試驗(yàn)方案中，導(dǎo)彈飛行安全控制為必須考慮的問(wèn)題，具體包含兩項(xiàng)內(nèi)容：首先設(shè)定導(dǎo)彈飛行安全試驗(yàn)區(qū)，該區(qū)一般固定不變；其次根據(jù)導(dǎo)彈的射向、射程、高度、速度等因素計(jì)算告警區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、可能的墜落區(qū)，導(dǎo)彈在進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)后進(jìn)行自毀。在該系統(tǒng)的安控設(shè)計(jì)中，安控?cái)?shù)據(jù)來(lái)源為靶場(chǎng)的測(cè)量設(shè)備和武器系統(tǒng)的雷達(dá)目指數(shù)據(jù)，安控軟件模塊在告警區(qū)內(nèi)實(shí)時(shí)解算導(dǎo)彈殘骸落點(diǎn)區(qū)，并以圖形態(tài)勢(shì)方式顯示。在試驗(yàn)進(jìn)行當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)指揮員通過(guò)判斷告警區(qū)彈/目相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況及殘骸落點(diǎn)區(qū)位置，適時(shí)下達(dá)導(dǎo)彈自毀命令。

4 系統(tǒng)主要模型的建立和處理

4.1 電子海圖建模及處理

在發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的電子海圖設(shè)計(jì)中，采用通用的矢量海圖的方法，對(duì)電子海圖進(jìn)行建模。在電子海圖模型中，將海圖作為包含操作的一個(gè)多種數(shù)據(jù)形式的統(tǒng)一體，包括：直線、折線、閉合多邊形、橢圓等平面幾何圖形，這些平面幾何圖形都由大地坐標(biāo)系值來(lái)定義；在操作中包含放大、縮小、放大鏡、顯示內(nèi)容選擇等。通過(guò)為電子海圖構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，并配備相應(yīng)操作的數(shù)學(xué)模型，就能夠完成這些幾何圖形的統(tǒng)一數(shù)學(xué)變換，完成相應(yīng)電子海圖的操作。

4.2 航跡處理數(shù)學(xué)模型

航路處理數(shù)學(xué)相關(guān)模型包括：航跡建立方法、航跡相關(guān)方法、航跡平滑外推方法等。在發(fā)射陣地指揮顯示系統(tǒng)中，航跡建立及航跡相關(guān)主要在目標(biāo)探測(cè)器端進(jìn)行判別，指揮顯示系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)跡的目標(biāo)類(lèi)別進(jìn)行直接相關(guān)。由于在數(shù)據(jù)源中，可能會(huì)存在丟幀、野值、測(cè)量誤差較大等情況，為保證連續(xù)性和平滑性，需對(duì)航速、航向數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。航跡相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源及各設(shè)備關(guān)系如圖1所示。因?yàn)閷?shí)時(shí)性要求及基于等速直線運(yùn)動(dòng)假設(shè)，平滑外推采用α-β濾波器。在航跡數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算中，很大一部分工作是進(jìn)行坐標(biāo)實(shí)時(shí)變換計(jì)算，其中主要包含如下坐標(biāo)系：發(fā)射陣地雷達(dá)坐標(biāo)系、發(fā)射車(chē)坐標(biāo)系、高斯坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系。

4.3 安控解算數(shù)學(xué)模型與鏈路監(jiān)測(cè)

安控解算數(shù)學(xué)模型與鏈路監(jiān)測(cè)［4］分為三方面內(nèi)容：首先是安全控制區(qū)域計(jì)算模型，包括正常飛行管道、告警區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)等，這些計(jì)算模型都是針對(duì)航區(qū)特點(diǎn)和試驗(yàn)規(guī)劃制定的，主要為坐標(biāo)系變化及平面幾何關(guān)系解算。例如，靶場(chǎng)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)由地心直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到以發(fā)射點(diǎn)為原點(diǎn)的射向坐標(biāo)系；發(fā)射陣地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)射點(diǎn)修正后，轉(zhuǎn)換到射向坐標(biāo)系。其次是安控鏈路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)顯示，在安控顯示計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示靶場(chǎng)測(cè)量設(shè)備與陣地裝備雷達(dá)設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳輸情況，數(shù)據(jù)傳輸異常告警提示信號(hào)；最后是導(dǎo)彈飛行安全的實(shí)時(shí)解算模型，具體包括：實(shí)時(shí)位置外推解算和濺落區(qū)解算?？紤]到信號(hào)處理、傳輸?shù)葧r(shí)間延遲因素，在安控解算時(shí)，導(dǎo)彈飛行數(shù)據(jù)由當(dāng)前真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定量的位置外推解算。當(dāng)導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)外推后數(shù)據(jù)（包括陸基測(cè)量設(shè)備和發(fā)射陣地雷達(dá)數(shù)據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)源）滿足一定的安控條件時(shí)，根據(jù)相應(yīng)彈道數(shù)學(xué)模型進(jìn)行導(dǎo)彈殘骸落點(diǎn)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)彈自毀判斷。

5 結(jié)束語(yǔ)

以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)，將成為靶場(chǎng)試驗(yàn)指揮必不可少的試驗(yàn)基本保障裝備之一，是靶場(chǎng)提高綜合試驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾w現(xiàn)。發(fā)射陣地試驗(yàn)指揮顯示系統(tǒng)的成功研制必將使試驗(yàn)指揮工作更加科學(xué)、準(zhǔn)確、高效。

［1］曲寶忠，孫曉峰.海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈試驗(yàn)與鑒定［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

［2］潘錦平.軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［3］王壽云，徐學(xué)文.現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

［4］成順利，張遠(yuǎn).導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)多目標(biāo)信息管理與顯示［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2012，40（3）:80-81.

Commanding and Display System Design for Important Place Aerial Defence Missile Flight Test

CHENG Shun-li，ZHANG Yuan
（93 Element，92941 Troop of PLA，Huludao 125001，China）

The commanding and display system in the launching position for missile flight test is introduced firstly.Then the design and display content，construction principle and realization method of the test commanding system are explained.System related design and technique realization method has been emphasized and explained in detail.

commanding and display system，missile weapon system test，model，safe control

V217+1

A

1002-0640（2015）01-0146-04

2013-11-25

2014-02-20

成順利（1965-），男，遼寧葫蘆島人，高級(jí)工程師。研究方向：飛航導(dǎo)彈火控系統(tǒng)試驗(yàn)等。