導彈測試技術(shù)智能化發(fā)展展望

熊威

摘要：導彈測試貫穿導彈研制、試驗和使用全過程，是導彈功能和性能驗證的重要手段。本文研究分析了導彈測試技術(shù)的現(xiàn)狀及不足，并針對現(xiàn)實問題，結(jié)合未來導彈測試保障需求，從虛擬測試、人工智能測試、云計算與大數(shù)據(jù)測試和“互聯(lián)網(wǎng)+”測試技術(shù)方向，對導彈測試技術(shù)未來發(fā)展提出了看法，供相關(guān)領(lǐng)域人員共同探討。

關(guān)鍵詞：導彈測試;總線技術(shù);虛擬測試;人工智能測試;云測試;互聯(lián)網(wǎng)+測試

中圖分類號：TJ76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0224-03

0 引言

導彈測試是基于通信、控制和測試等技術(shù)，對導彈各設備、各系統(tǒng)的性能及相互間信號的協(xié)調(diào)配合性進行檢查和驗證的過程，貫穿于導彈研制、試驗、存儲、戰(zhàn)備和作戰(zhàn)全過程，是導彈設計驗證和綜合保障的主要手段。在過去的幾十年里，導彈測試技術(shù)飛速發(fā)展，基于PXI（PCI extensions for instrumentation）、VXI（VMEbus extension for instrumentation）和MIL-STD-1553B等總線的測試技術(shù)在導彈武器測試系統(tǒng)中得到廣泛應用，精確測量、高速采集和多樣化、智能化分析評估，目前均已實現(xiàn)。但與其他更先進的測控領(lǐng)域（衛(wèi)星、飛機等）和未來導彈武器發(fā)展及作戰(zhàn)使用需求相比，導彈測試技術(shù)還存在較大差距。不過，隨著測試技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)，特別是云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等高新技術(shù)的飛速發(fā)展和密集應用，導彈測試技術(shù)必將迎來新機遇。

1 導彈測試技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 總線技術(shù)應用多樣化

導彈測試技術(shù)經(jīng)歷了從早期的手動測試到以計算機為核心的測試，再到基于總線的自動化測試的發(fā)展歷程。當前，總線技術(shù)在導彈武器系統(tǒng)中的應用日益廣泛，并呈現(xiàn)多樣化。VXI總線技術(shù)已相當成熟，并形成了相應技術(shù)標準群，具有模件品種豐富，即插即用，使用方便等特點。在國內(nèi)外現(xiàn)有導彈測試系統(tǒng)中應用比較廣泛;PXI總線兼具PCI總線和CPCI總線特性，性能高、成本低，已成為當前導彈測試系統(tǒng)總線應用的主流;早期的CAMAC、STD總線已基本被VXI、PXI總線或其他自定義總線所替代;1553B、FC總線也相繼得到重視和應用。隨著總線技術(shù)不斷發(fā)展和應用，導彈測試系統(tǒng)性能日益攀升。

1.2 測試架構(gòu)網(wǎng)絡化

以太網(wǎng)和IP技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應用，極大地促進了導彈測試技術(shù)的進步。一是通過架構(gòu)冗余、設備冗余、線路冗余、端口冗余等設計，實現(xiàn)了導彈測試過程中高可靠、低延時、無差錯的數(shù)據(jù)傳輸[1];二是提升了測試安全性。高能燃料的應用增加了導彈測試過程的危險性，通常將測控網(wǎng)絡分為“前端測控”和“后端管理”。前端網(wǎng)絡設備安裝于被測對象附近，將自動測控終端設備及被測導彈接入網(wǎng)絡;后端網(wǎng)絡設備安裝于遠離導彈的指揮控制部位，將管理和控制設備接入網(wǎng)絡。前、后端之間的數(shù)據(jù)、指令通信均通過網(wǎng)絡傳輸，使操作人員遠離危險;三是增加了系統(tǒng)的開放性和可擴展性，可將分散在不同位置的設備和資源接入同一網(wǎng)絡中，實現(xiàn)了不同位置設備和數(shù)據(jù)資源共享，同時也為未來導彈跨地域支援保障和實戰(zhàn)布局提供了支撐。

1.3 測試系統(tǒng)自動化、信息化、智能化和通用化

信息、軟件、總線和虛擬儀器等技術(shù)的綜合運用，加上云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等高新技術(shù)的引入，導彈測試技術(shù)已全面邁向了自動化、信息化、智能化[2]。在整個測試過程中，手動操作已經(jīng)很少了，除了線纜連接外，操作人員只需選擇好操作對象和相關(guān)測試流程，整個測試過程幾乎都是由計算機通過測控網(wǎng)絡控制測控設備執(zhí)行測試軟件，自動完成相關(guān)測試。在測試過程中，測試系統(tǒng)自動監(jiān)測、記錄測試數(shù)據(jù)和導彈狀態(tài)，并將記錄下來的數(shù)據(jù)自動存到數(shù)據(jù)庫中，由計算機自動進行數(shù)據(jù)判讀和和故障診斷，同時將測試狀態(tài)和結(jié)果在可視化界面顯示給用戶。這使導彈測試速度大幅度提升，人為失誤大大降低，并積累了大量數(shù)據(jù)信息。

在通用化方面，美軍自動測試系統(tǒng)（ATS）具有很強的代表性和典型性。20世紀80年代以前，美軍各軍兵種ATS重復投資，品種繁多，通用性差[3]。自90年代開始，美國防部進行頂層規(guī)劃，加強了統(tǒng)一管理，提出縱向集成測試和橫向集成測試等一系列新概念和技術(shù)戰(zhàn)略，全面開始推進各軍種ATS通用化建設[4]。典型的就是“下一代測試”（NxTest）系統(tǒng)，特點是可通用、跨軍種、跨武器平臺，提高了美軍各軍種ATS間的通用性和測試質(zhì)量[5]。國內(nèi)導彈測試系統(tǒng)近些年來也逐步從型號專用走向通用，一型測試系統(tǒng)能同時兼容多型導彈的測試。以海軍為代表的軍兵種已建立戰(zhàn)術(shù)導彈通用測試裝備技術(shù)規(guī)范，規(guī)范和推進各類導彈測試設備的通用化[6]。

1.4 平臺功能一體化

在導彈武器裝備保障需求牽引和科技發(fā)展的推動下，導彈測試平臺功能逐漸強大，從單純的測試，向著集測試、診斷、規(guī)劃和維護保障功能于一體的一體化平臺擴展，導彈測試系統(tǒng)除了導彈測試功能外，同時具備實時狀態(tài)檢測和在線故障診斷功能，具備信息錄取和分類存儲功能，具備作戰(zhàn)信息處理和任務及飛行航路規(guī)劃功能，以及導彈維護保障和發(fā)射控制功能，越來越方便導彈武器裝備的綜合保障和作戰(zhàn)使用。

2 導彈測試技術(shù)不足

2.1 測試深度和覆蓋率不夠

導彈測試系統(tǒng)所能達到的測試深度和覆蓋率主要取決于被測導彈的測試性設計。在導彈研制設計初期就應當注重測試性設計，而由于現(xiàn)階段我國可測試性設計水平比較落后，在導彈研制過程中，存在測試性總體設計不足，建模和模型驗證能力不夠，以及測試性評估驗證方法缺乏等情況，導致相關(guān)測試系統(tǒng)所能達到的測試深度和測試覆蓋率都有所欠缺，不能完全地驗證和反映出被測導彈的健康狀況，使測試系統(tǒng)的測試能力受限。

2.2 測試環(huán)境與真實工況不一致

反觀以往的一些飛行試驗，在地面測試、模擬發(fā)射和模擬飛行過程中，被測導彈各項指標均符合設計要求，狀態(tài)良好，但往往到了實際發(fā)射或飛行過程中，特別是導彈發(fā)射環(huán)境和飛行環(huán)境相對復雜時，往往就會出現(xiàn)這樣那樣的問題，導致發(fā)射或飛行試驗失敗。究其根本原因是由于測試手段不足導致測試環(huán)境與導彈實際發(fā)射或飛行工況不一致，不能完全涵蓋實際工況，無法徹底暴露設計缺陷。主要不足體現(xiàn)在導彈動態(tài)閉環(huán)測試、邊界條件測試、真實工況激勵環(huán)境條件等方面。

2.3 集成度和小型化程度不夠

電子技術(shù)、集成電路、計算機通信和芯片技術(shù)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，測試系統(tǒng)將原有很多功能和設備集成化處理，測試設備朝著小型化的方向不斷發(fā)展，但由于體制機制或其他方面的一些原因，現(xiàn)有的一些導彈測試系統(tǒng)體積仍然占用相當?shù)目臻g，在高度集成化和小型化問題上，沒有充分應用當前已有的科技成果，創(chuàng)新設計不足。

2.4 故障診斷能力不強

我們以往的測試技術(shù)研究，重點都放在了研究測試功能上面，而忽視了導彈的故障診斷能力，導致目前只解決了功能、性能的測試問題，而在導彈故障診斷技術(shù)方面研究不足。國內(nèi)起步較晚，導彈故障樹不全，對已獲取測試數(shù)據(jù)的綜合能力還不足，診斷方法也缺乏，這些不足導致了診斷能力薄弱。雖然近年來，大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等高新技術(shù)逐步引入，部分型號已具備了在線故障診斷和故障隔離的能力，但全面診斷和準確定位能力不夠，還需進一步提升。

3 未來導彈測試技術(shù)展望

導彈武器裝備發(fā)展迅速，未來新技術(shù)應用更加密集，依據(jù)我國“技術(shù)性能跨代發(fā)展，實戰(zhàn)水平跨越提升”、“體強、智強”的雙跨和兩強要求，結(jié)合未來型號的實戰(zhàn)化應用和技術(shù)保障需要，導彈測試技術(shù)今后發(fā)展重點應包含以下幾個方向。

3.1 虛擬測試

導彈虛擬測試是基于虛擬現(xiàn)實、建模仿真和可視化技術(shù)，利用計算機軟件、硬件模擬導彈各分系統(tǒng)電氣性能和接口特性、空間環(huán)境等，構(gòu)建虛擬導彈，用來驗證導彈電氣參數(shù)、接口設計、測試方法和測試用例設計。另外，還可以用來驗證地面測試和測控站設備，訓練導彈測試崗位操作人員，驗證飛行軟件，分析導彈飛行姿態(tài)和動力特性，處理異常狀態(tài)和故障仿真等。當前，虛擬測試技術(shù)在導彈研制和試驗過程已逐漸得到應用。在導彈試驗中，可以利用計算機軟件工具構(gòu)建導彈虛擬樣機，替代實物，進行數(shù)字化模裝分析;通過建立電、機、熱、光專業(yè)模型，進行仿真分析，檢驗設計結(jié)果，預示產(chǎn)品性能，替代了部分實物試驗。虛擬測試的應用使導彈武器研制方法和研制流程更加科學高效。構(gòu)建導彈虛擬樣機，在設計完成后就能提前進行系統(tǒng)“早期集成”和虛擬測試驗證，這不僅為導彈電氣設計驗證提供更方便的分析手段，而且為導彈測試專業(yè)發(fā)展提供了創(chuàng)新思路，對提升導彈測試水平具有重大意義[7]。

3.2 人工智能測試

人工智能是一門廣泛交叉的前沿學科，當前，在工業(yè)智能化的推動下，工業(yè)制造模式發(fā)生了改變，制造水平得到明顯提升，導彈工業(yè)也加速了從機械化向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)變[6]。國外很多型號導彈已具備了自檢測和較好的在線故障診斷與隔離功能，相比之下，國內(nèi)在這方面的技術(shù)還比較薄弱。在未來作戰(zhàn)和裝備發(fā)展需求牽引下，導彈綜合保障要求越來越高，導彈自動化、智能化測試和分析診斷等需求日益迫切，智能化測試是導彈測試技術(shù)當前和未來的發(fā)展趨勢，今后的研究重點應在彈載自測試、智能化儀器合成、智能接口適配、智能可重構(gòu)系統(tǒng)、智能分析診斷等方向[8-9]。

3.3 云計算與大數(shù)據(jù)測試

云計算是網(wǎng)格計算、并行計算、分布式計算、效用計算、網(wǎng)格存儲、虛擬化、負載均衡等傳統(tǒng)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，云計算的核心思想是把大量的資源通過網(wǎng)絡進行統(tǒng)一存儲、調(diào)度和使用，形成一個龐大的資源庫，給用戶提供服務。云測試技術(shù)是基于云計算發(fā)展形成的，云測試將按照測試人員提交的測試需求，調(diào)用各種分布式測試資源自動完成測試，并展示測試結(jié)果，不用像傳統(tǒng)測試那樣必須在本地搭建維護測試環(huán)境，避免了傳統(tǒng)測試受地理位置、儀器設備等的限制，也不必要求測試人員程參與或具備很強的專業(yè)水平，極大地縮短了測試時間，節(jié)約了測試成本和人力。

一直以來，導彈測試數(shù)據(jù)應用存在存儲效率和利用效率不高的問題。型號任務不斷增多，導彈可靠性要求越來越高，測試運算量必將極速增長，導彈測試會面臨新挑戰(zhàn)。云計算與大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應用、為數(shù)據(jù)應用提供了前所未有的存儲、處理和分析能力。導彈測試可以借鑒“云測試”和大數(shù)據(jù)思路，探索新概念，研究新方法，有效整合研制方和軍方測試資源，整合導彈全壽命周期數(shù)據(jù)，構(gòu)建導彈“云測試”平臺和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)（架構(gòu)如圖1所示），使未來導彈測試更加智能化、更加簡單高效。

3.4 “互聯(lián)網(wǎng)+”測試

傳統(tǒng)導彈測試依賴大量人力，測試時間長，而且存在誤操風險，很難適應未來作戰(zhàn)和保障需求。“互聯(lián)網(wǎng)+”測試技術(shù)是傳統(tǒng)測試技術(shù)、信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，是一種“線上線下測試相結(jié)合，實時與事后數(shù)據(jù)處理相結(jié)合，遠程診斷和現(xiàn)場作業(yè)相結(jié)合”的測試模式。美軍NxTest體系架構(gòu)基礎(chǔ)就是網(wǎng)絡，它通過衛(wèi)星鏈路和信息網(wǎng)絡構(gòu)建全球數(shù)據(jù)訪問專家支持系統(tǒng)，對不同區(qū)域、不同軍種的各種裝備測試數(shù)據(jù)進行匯總分析和處理[10]。在國內(nèi)導彈測試領(lǐng)域，網(wǎng)絡化測試已經(jīng)越來越得到認可和重視，并已逐漸應用在遠程測試、測試資源管理和調(diào)配等方面。未來可以進一步遵循“互聯(lián)網(wǎng)+”測試思路，逐步構(gòu)建我軍“互聯(lián)網(wǎng)+”導彈測試平臺，并將其逐步拓展到可以承接全軍所有在網(wǎng)上進行的測試任務。

4 結(jié)語

未來導彈武器作戰(zhàn)性能和可靠性要求越來越高，作戰(zhàn)環(huán)境復雜日趨復雜，導彈齊射數(shù)量要求不斷增加，導彈準備時間和齊射間隔時間要求越來越短，加上高新技術(shù)應用密集等因素，導彈測試技術(shù)將面臨著更新、更高的要求。當前我國武器裝備正處于自主研發(fā)，國產(chǎn)化蓬勃發(fā)展階段，我們應當積極借鑒和吸收國內(nèi)外先進測試技術(shù)和經(jīng)驗，跟進人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算和“互聯(lián)網(wǎng)+”等高新技術(shù)的研究和應用，以軍民融合為契機，加緊探索符合我軍導彈武器發(fā)展要求和任務的測試新概念、新技術(shù)和新方法。

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