常規(guī)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(yè)試驗測試研究院,陜西 華陰 714200)

0 引言

現(xiàn)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(wǎng)絡信息條件[1]。各軍事大國都十分重視常規(guī)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(tǒng),具備試驗測試任務計劃與實施、實時數(shù)據(jù)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(guī)武器飛行試驗全過程測試任務[2]。在我國工業(yè)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(fā)動機等驗證不全面、不充分,飛行試驗中可能出現(xiàn)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(tài)勢感知,實時處理關鍵試驗測試數(shù)據(jù),在異常時能夠及時執(zhí)行安控命令;靶場彈道測量雷達、光電經(jīng)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(wǎng)測試,提高全彈道測試成功率;隨著武器系統(tǒng)越來越復雜,參試人員越來越多,需要通過遠程協(xié)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(zhàn)略資源,優(yōu)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?？杖娮畲蟮脑囼瀳?建設了先進完善的試驗測量體系和全域覆蓋的網(wǎng)絡指控系統(tǒng),建有指控中心及覆蓋全域的通信網(wǎng)絡,雷達測試、光學測試、遙測測試、精密時統(tǒng)、氣象探測、衛(wèi)星測試、復雜環(huán)境模擬等大型測試系統(tǒng)500余臺套,配置有2 000多個固定和機動的測量站。靶區(qū)內(nèi)所有測試資源,全部由光纖及微波傳輸網(wǎng)絡連接至指控中心,構成空天地一體化聯(lián)合測試系統(tǒng)。系統(tǒng)具有高效的組網(wǎng)協(xié)同測試能力,具備試驗測試任務計劃與實施、實時數(shù)據(jù)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(nèi)飛行試驗測試能力建設帶來以下啟示:

1) 在貼近實戰(zhàn)的復雜試驗環(huán)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(huán)境的構設,在復雜電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境和實戰(zhàn)對抗環(huán)境中,對武器進行試驗驗證與全面考核。裝備在實戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)效能檢驗是當前靶場面臨的重大任務,要積極開展復雜環(huán)境邊界條件和復雜電磁干擾環(huán)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(zhàn)場環(huán)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(zhàn)場環(huán)境下的精確打擊、高效毀傷和適應性發(fā)展能力。

2) 多手段、內(nèi)外測聯(lián)合測試是可靠獲取數(shù)據(jù)的基本保障。

國外先進試驗場具備雷達、遙測、光學衛(wèi)星等多種不同的測試手段,不同體制多專業(yè)測試技術優(yōu)勢互補,空、天、地多維一體化網(wǎng)絡協(xié)同測試[3-4],能夠適應復雜彈道、多參數(shù)、多目標試驗測試需求。構建多體制、內(nèi)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(wǎng)絡信息系統(tǒng)逐漸趨于“全軍一體化”和“數(shù)據(jù)中心化”,打破了各類信息壁壘,建立了數(shù)據(jù)互通互享的渠道,形成了設備設施隨遇接入、多區(qū)聯(lián)動、資源統(tǒng)合、靈活重構的體系架構,實現(xiàn)了試驗態(tài)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(jīng)濟的試驗信息網(wǎng)絡,是滿足信息時代武器裝備試驗測試技術發(fā)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(nèi)工業(yè)部門靶場現(xiàn)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(tǒng)構建思路

以高可靠、高精度獲取武器裝備飛行試驗參數(shù)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(tǒng)

1) 在測試系統(tǒng)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(shù);強化關鍵點測試,圍繞關鍵點、關鍵參數(shù)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(shù)據(jù);強化組網(wǎng)協(xié)同測試思想,充分利用不同手段測試設備優(yōu)勢,搭配適用,提高實戰(zhàn)化環(huán)境下綜合測試效能;構建伴隨、攜行測試系統(tǒng),滿足無人智能裝備復雜環(huán)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(xiàn)測控中心遠程集中測試。新增設備原則上都需要具備網(wǎng)絡接入與信息交互能力,具備標準化電氣接口與標準數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議;需要具備測試環(huán)路聯(lián)調(diào)、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(xiàn)設備初始參數(shù)自動配置、測量模式在線自適應調(diào)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(zhàn)化環(huán)境中的測試需求。

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

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

突出數(shù)據(jù)綜合處理能力,以數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流進行數(shù)據(jù)清洗、分揀、相關性處理,精確提取特征參數(shù)。

3 飛行試驗測試系統(tǒng)構建

飛行試驗測試系統(tǒng)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(wǎng)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(shù)據(jù)。試驗測試應用平臺主要用于測試任務分發(fā),測試數(shù)據(jù)匯集、顯示、處理以及引導測試。試驗網(wǎng)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(wǎng)信平臺一張網(wǎng),聯(lián)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(wǎng)絡智能測試測量系統(tǒng),著重獲取彈箭發(fā)射飛行試驗1條彈道線、6個關鍵點、2類環(huán)境全參數(shù)數(shù)據(jù)(1條彈道線參數(shù)是指全彈道時空位置、飛行景象、遙測等數(shù)據(jù),包括1條全彈道引導測試數(shù)據(jù)、1條全彈道高精度外彈道數(shù)據(jù)、1條全程飛行景象數(shù)據(jù)以及2條全程遙測數(shù)據(jù);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(shù),關鍵點參數(shù)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(shù)據(jù)流獲取為核心的武器飛行試驗測控系統(tǒng),實現(xiàn)試驗測試數(shù)據(jù)流、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)流、設備網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)流、引導測試數(shù)據(jù)流、遠程交互數(shù)據(jù)流、安控數(shù)據(jù)流等6類數(shù)據(jù)流全網(wǎng)全域無阻流通,試驗測試過程全透明。

試驗測試數(shù)據(jù)流由前端各類測試設備采集被測裝備與被測裝備所在環(huán)境產(chǎn)生;設備狀態(tài)數(shù)據(jù)流由前端各類測試設備產(chǎn)生。試驗測試數(shù)據(jù)流與設備狀態(tài)數(shù)據(jù)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(tài)勢掌控與指揮控制,輔助用戶遠程參與試驗數(shù)據(jù)分析;設備網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)流由后端試驗試驗指揮控制平臺產(chǎn)生,流向前端各類測試設備,用于遠程集中測試;引導測試數(shù)據(jù)流來源于前端測試設備測試數(shù)據(jù)以及理論彈道,經(jīng)過后端數(shù)據(jù)處理平臺生成,由指揮控制平臺發(fā)送至前端各類跟蹤測試設備,用于引導測試;遠程交互數(shù)據(jù)流由遠端客戶交互平臺產(chǎn)生,流向前端基本參數(shù)測試現(xiàn)場,用于用戶遠程指導排故;安控數(shù)據(jù)流由后端試驗指揮控制平臺產(chǎn)生,流向前端遙測測控系統(tǒng),由遙測遙控系統(tǒng)通過無線鏈路,發(fā)送至被測裝備,實現(xiàn)安控操作。試驗測試過程數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

圖2 試驗測控數(shù)據(jù)流關系圖

4 飛行試驗測試實施過程構想

常規(guī)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(shù)據(jù)關注點各不相同。

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

圖3 試驗準備階段數(shù)據(jù)流關系圖

試驗實施階段數(shù)據(jù)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(tǒng),產(chǎn)生設備狀態(tài)控制數(shù)據(jù),包括任務時間、目標參數(shù)、飛行諸元參數(shù)等;試驗指揮按照試驗流程組織試驗,T0信號網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)視試驗零時,將試驗零時分發(fā)至各個測試設備。

圖4 試驗實施階段數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與測試設備狀態(tài)數(shù)據(jù)實時上傳試驗應用平臺,試驗應用平臺將測試數(shù)據(jù)進行實時處理,產(chǎn)生引導測試數(shù)據(jù)發(fā)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(tài)勢。

若飛行目標飛出管控區(qū),且目標內(nèi)主動安控異常,試驗總指揮可利用試驗應用平臺產(chǎn)生設備控制數(shù)據(jù)與安控數(shù)據(jù),發(fā)送至遙控站,利用遙控站上行鏈路,控制目標執(zhí)行被動安控。試驗安控數(shù)據(jù)流關系如圖5所示。

圖5 試驗安控數(shù)據(jù)流關系圖

試驗總結階段數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與測試設備狀態(tài)數(shù)據(jù),分析測試數(shù)據(jù),完成試驗測試報告編制工作。

圖6 試驗總結階段數(shù)據(jù)流關系圖

5 結束語

基于對常規(guī)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(shù)測試需求,提出以飛行試驗過程中試驗測試數(shù)據(jù)流可靠獲取為核心,突出組網(wǎng)聯(lián)合測試與數(shù)據(jù)綜合處理技術在試驗測試中的應用,構建常規(guī)武器飛行試驗空、天、地多維立體聯(lián)合測試系統(tǒng)。一是將大幅提升我國常規(guī)武器遠程飛行試驗精細化測試水平,滿足實戰(zhàn)化環(huán)境下的測試需求,強力支撐高新技術與裝備性能驗證,產(chǎn)生巨大軍事效益;二是推動現(xiàn)有于設備前端獲取測試數(shù)據(jù)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(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益。