裘海蓉

(信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210007）

0 引 言

數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,保障著測(cè)試對(duì)象(如指揮系統(tǒng)、武器系統(tǒng)等)的安全性和有效性[1-2].數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)集成了包括測(cè)試數(shù)據(jù)源、測(cè)試數(shù)據(jù)采集和測(cè)試數(shù)據(jù)處理等多種設(shè)備,通過(guò)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)模擬器設(shè)置指定的探測(cè)參數(shù),進(jìn)而對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的融合效果進(jìn)行測(cè)試.這是一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試的過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中,各測(cè)試數(shù)據(jù)源是否準(zhǔn)確地按照指定的探測(cè)參數(shù)進(jìn)行模擬,以及動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差的大小,直接決定了被測(cè)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性.因此測(cè)試被測(cè)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)前,必須對(duì)測(cè)試系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行自測(cè),保證測(cè)試系統(tǒng)各設(shè)備工作正常,否則將無(wú)法保證測(cè)試系統(tǒng)的量值精度.按照國(guó)家對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求,引入先進(jìn)的管理思想,進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的量值狀態(tài)管理,科學(xué)設(shè)定校準(zhǔn)門(mén)限,并且在每次測(cè)試前實(shí)施自測(cè)過(guò)程控制,自動(dòng)報(bào)警、提示需要檢查的設(shè)備,是減少測(cè)試系統(tǒng)的自身誤差幾率,提高測(cè)試保障效率的有效途徑.

測(cè)試系統(tǒng)的自測(cè)保障是以系統(tǒng)的量值狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ),進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)趨勢(shì)的分析和預(yù)測(cè),根據(jù)系統(tǒng)量值的結(jié)果進(jìn)行決策,對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行有效保障.

1 測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)體系

1.1 測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)方法

通常測(cè)試系統(tǒng)的自測(cè)方法分為離位自測(cè)和原位自測(cè)兩種.離位自測(cè)是把測(cè)試系統(tǒng)看作獨(dú)立測(cè)試儀器的組合,自測(cè)工作被分解為針對(duì)每個(gè)儀器的單獨(dú)自測(cè)過(guò)程.原位自測(cè)則將測(cè)試系統(tǒng)作為一個(gè)具有測(cè)試功能的整體單元,定義統(tǒng)一的自測(cè)流程,被檢測(cè)的參數(shù)特性是被測(cè)設(shè)備測(cè)試所需要的,或是自測(cè)過(guò)程中必需的特性.原位自測(cè)克服了離位自測(cè)的許多缺點(diǎn),滿(mǎn)足了測(cè)試系統(tǒng)整體自測(cè)的要求.數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行自測(cè)時(shí),采用原位自測(cè)方法.

1.2 測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)體系規(guī)劃

測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)體系如圖1所示.測(cè)試單位依據(jù)測(cè)試要求配備自測(cè)參考標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),在系統(tǒng)內(nèi)部配備參考標(biāo)準(zhǔn)的核查標(biāo)準(zhǔn),實(shí)施自測(cè)過(guò)程控制.如果系統(tǒng)內(nèi)部核查標(biāo)準(zhǔn)量值穩(wěn)定,則確認(rèn)系統(tǒng)自測(cè)通過(guò).

圖1 數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)體系Fig.1 Auto-testing system atic frame of the data fusion evaluation system

2 測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)過(guò)程控制

2.1 自測(cè)過(guò)程控制方法

自測(cè)過(guò)程定義為一組相互關(guān)聯(lián)的,與實(shí)施測(cè)量有關(guān)的資源、活動(dòng)和影響量.資源包括測(cè)試人員、測(cè)量設(shè)備、測(cè)量程序、測(cè)量方法等.影響量是指由環(huán)境條件引起的對(duì)自測(cè)結(jié)果有影響的各種因素.自測(cè)過(guò)程控制對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)的響應(yīng)完全類(lèi)似于對(duì)被測(cè)對(duì)象的響應(yīng),通過(guò)核查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,可以判斷整個(gè)測(cè)量期間的測(cè)量過(guò)程表現(xiàn),達(dá)到測(cè)試目的.

測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部具備各精度等級(jí)的工作標(biāo)準(zhǔn)(參考標(biāo)準(zhǔn)),同時(shí)依據(jù)測(cè)試要求配備核查標(biāo)準(zhǔn),將工作標(biāo)準(zhǔn)與核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核查比對(duì),生成量值核查樣本,建立核查數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)核查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析其是否受控,從而判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定.通過(guò)測(cè)試前的核查可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)量值的變化,使之保持在規(guī)定的誤差要求范圍之內(nèi),是其具備對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)評(píng)的條件.

2.2 自測(cè)過(guò)程控制的統(tǒng)計(jì)方法

測(cè)試系統(tǒng)的自測(cè)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程,也就是被測(cè)量為變量的連續(xù)測(cè)量過(guò)程[3],在這個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程中必然形成動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差,該誤差是動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果減去被測(cè)變量的真值.由于引起動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差的因素要考慮變量的變化規(guī)律及特定、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以及干擾的影響,因此動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差是隨著測(cè)試時(shí)間變化的函數(shù),其性能指標(biāo)可用峰值誤差和均方誤差來(lái)表示[4].

自測(cè)過(guò)程控制的統(tǒng)計(jì)方法可采用控制圖的方法.主要監(jiān)控自測(cè)過(guò)程中的均值、標(biāo)準(zhǔn)差或極差的變化趨勢(shì),從而監(jiān)控量值漂移,其中控制圖方法應(yīng)用最廣.

假設(shè)有一組數(shù)值 x1,x2,x3,…,xi,i=1,2,…,N,其均值為

控制圖是對(duì)過(guò)程統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)的一種識(shí)別、檢測(cè)和預(yù)測(cè)的工具,用來(lái)描述過(guò)程輸出控制質(zhì)量波動(dòng)狀況控制圖的種類(lèi)很多,按照用途,可分為分析用控制圖與控制用控制圖;按照監(jiān)控的數(shù)據(jù)類(lèi)型,可分為計(jì)量值控制圖和計(jì)數(shù)值控制圖.針對(duì)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)測(cè)量參數(shù),推薦使用平均值控制圖和極差控制圖,也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖代替極差控制圖.

3 應(yīng)用實(shí)例

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)的自測(cè)環(huán)境由測(cè)試系統(tǒng)以及仿真劇情二部分組成,如圖2所示,通過(guò)自測(cè)即能完成系統(tǒng)的自測(cè)任務(wù).

測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和測(cè)試評(píng)估服務(wù)器,通過(guò)對(duì)各探測(cè)信源的測(cè)試,提供各探測(cè)信源的自測(cè)結(jié)果.仿真劇情提供環(huán)境需要的劇情和仿真信源.包括劇情模擬器、標(biāo)準(zhǔn)信源模擬器、對(duì)空雷達(dá)模擬器1、對(duì)空雷達(dá)模擬器2、對(duì)空雷達(dá)模擬器3、對(duì)空雷達(dá)模擬器4.

自測(cè)想定中,設(shè)定 4部對(duì)空雷達(dá),站號(hào)分別為101站、102站、103站和104站,共探測(cè)空中目標(biāo)10批,飛行時(shí)間為12m in 18 s.自測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)探測(cè)源設(shè)置分為無(wú)誤差和指定探測(cè)源誤差兩類(lèi),具體結(jié)果為:①設(shè)置探測(cè)源無(wú)誤差時(shí),對(duì)4部空雷達(dá)進(jìn)行自測(cè),得到對(duì)空雷達(dá)自測(cè)結(jié)果如表1所示.其中,對(duì)空雷達(dá)橫向偏差均方根差如圖3所示.②對(duì)各探測(cè)源設(shè)置如表2所示的指定探測(cè)源誤差.

圖2 數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)環(huán)境Fig.2 Auto-testing environmen t of the data fusion evaluation system

圖3 對(duì)空雷達(dá)橫向偏差均方根誤差柱狀圖(無(wú)誤差)Fig.3 H istogram o f antiaircraft radars'transversewarp m ean square error(non-error)

圖4 對(duì)空雷達(dá)橫向偏差均方根誤差柱狀圖(指定誤差)Fig.4 Histogram of an tiaircraft radars'transversewarp m ean square error(appointed error)

表1 對(duì)空雷達(dá)自測(cè)結(jié)果(無(wú)誤差)Tab.1 Antiaircraft radars'au to-testing results(non-error)

表2 對(duì)空雷達(dá)基本參數(shù)表(指定誤差)Tab.2 Antiaircraft radars'main param eters(appoin ted error)

對(duì)4部對(duì)空雷達(dá)進(jìn)行自測(cè),得到對(duì)空雷達(dá)自測(cè)結(jié)果如表3所示.其中,對(duì)空雷達(dá)橫向偏差均方根差如圖4所示.由以上兩組數(shù)據(jù)可以看出,自測(cè)數(shù)據(jù)與模擬器設(shè)定誤差基本一致,提供的動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差也基本滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)測(cè)試的要求,證明該平臺(tái)具備對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的能力.

表3 對(duì)空雷達(dá)自測(cè)結(jié)果(指定誤差)Tab.3 An tiaircraft radars'auto-testing results(appoin ted er ror)

4 結(jié) 論

數(shù)據(jù)融合測(cè)試系統(tǒng)由于集成了大量的設(shè)備,測(cè)試過(guò)程具有信息種類(lèi)多、精度高等特點(diǎn),測(cè)試過(guò)程中引起的動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差的因素也更多、更復(fù)雜.本文提出了對(duì)信息融合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行自測(cè)的體系及方法,全面監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)的量值狀態(tài),并且開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件工具,進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明,通過(guò)對(duì)信息融合測(cè)試系統(tǒng)的自測(cè),有助于發(fā)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程中的誤差源,減小或消除相應(yīng)的誤差,提高測(cè)試數(shù)據(jù)的置信度,進(jìn)一步保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性,同時(shí)也證明自測(cè)是測(cè)試過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié).由于信息融合測(cè)試系統(tǒng)自測(cè)是一種全新的測(cè)試保障方法,尚在發(fā)展完善中,有許多問(wèn)題還待于進(jìn)一步討論研究.

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