孫茂義，肖 冰

(中國(guó)人民解放軍 91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023)

飛行器多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成試驗(yàn)方法

孫茂義，肖 冰

(中國(guó)人民解放軍 91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023)

由于目前外場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境與飛行器使用環(huán)境存在一定差距，對(duì)飛行器性能的評(píng)價(jià)有一定的局限性，甚至?xí)?dǎo)致“真實(shí)的試驗(yàn)，不真實(shí)的結(jié)果”的現(xiàn)象出現(xiàn)，使得飛行器某些性能不能得到真實(shí)的檢驗(yàn)，提出了一種虛實(shí)合成試驗(yàn)方法；介紹了虛實(shí)合成試驗(yàn)的基本概念和構(gòu)建要求,闡述了飛行器多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)及試驗(yàn)評(píng)估過程, 設(shè)計(jì)了多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)試驗(yàn)方案；該方法支持了某型飛行器的試驗(yàn)總體方案論證，有良好的應(yīng)用性和可推廣價(jià)值；對(duì)完成新型飛行器性能的全面檢驗(yàn)，對(duì)于提高試驗(yàn)鑒定水平和能力具有重要意義。

飛行器；目標(biāo)選擇；虛實(shí)合成

0 引言

隨著飛行器技術(shù)發(fā)展，其技術(shù)性能和使用性能指標(biāo)不斷提高，對(duì)試驗(yàn)鑒定技術(shù)提出了新的、更高的要求[1]。已有的試驗(yàn)?zāi)Ｊ讲荒芡耆m應(yīng)飛行器試驗(yàn)鑒定的需要，應(yīng)該建立適應(yīng)武器裝備發(fā)展的試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶徒ㄔO(shè)必須的試驗(yàn)保障條件。

目前的試驗(yàn)?zāi)Ｊ接捎谑艿皆囼?yàn)裝備種類和性能、試驗(yàn)航區(qū)、組織實(shí)施等因素的限制，依據(jù)目前的試驗(yàn)條件，單一依靠外場(chǎng)試驗(yàn)或內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)，存在試驗(yàn)逼真度不高的問題。由于外場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)環(huán)境與飛行器使用環(huán)境存在一定差距，盡管外場(chǎng)試驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)是真實(shí)的，但是對(duì)飛行器性能的評(píng)價(jià)卻有一定的局限性，甚至?xí)?dǎo)致“真實(shí)的試驗(yàn)，不真實(shí)的結(jié)果”的現(xiàn)象出現(xiàn)，使得飛行器某些性能不能得到真實(shí)的檢驗(yàn)。

為了全面檢驗(yàn)飛行器性能，應(yīng)充分利用已有的試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)施，采用分布式交互技術(shù)，集成各類試驗(yàn)資源，將實(shí)物、仿真模型、各類仿真模擬器等有機(jī)的結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)包含飛行器實(shí)物、數(shù)學(xué)仿真、硬設(shè)備和人在回路中的虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)，形成貼近實(shí)戰(zhàn)、低消耗、高逼真度和高置信度的虛實(shí)合成試驗(yàn)環(huán)境。通過各類試驗(yàn)資源的互操作、重用和組合，由真實(shí)的、虛擬的或構(gòu)造的資源集成而建立起的試驗(yàn)系統(tǒng)，具有互操作、可重用、可組合的特點(diǎn)[2]。從試驗(yàn)場(chǎng)地自身發(fā)展角度來看，應(yīng)開展虛實(shí)合成試驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建技術(shù)研究與實(shí)踐，向聯(lián)合試驗(yàn)?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)型，使試驗(yàn)鑒定結(jié)論更經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)。

1 虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)概述

由于試驗(yàn)場(chǎng)地條件的限制，僅由外場(chǎng)飛行試驗(yàn)或仿真試驗(yàn)是無法完成飛行器試驗(yàn)與評(píng)估，必須由外場(chǎng)飛行試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)有機(jī)結(jié)合構(gòu)成虛實(shí)合成試驗(yàn)，才能更好地完成試驗(yàn)與評(píng)估。虛實(shí)合成試驗(yàn)是根據(jù)某一個(gè)具體項(xiàng)目的試驗(yàn)要求，充分利用各種試驗(yàn)裝備和設(shè)施，通過各類資源的互操作、重用和組合，由真實(shí)的、虛擬的或構(gòu)造的資源集成建立起來系統(tǒng)而開展的試驗(yàn)。

1.1 虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建總體思想

對(duì)于飛行器試驗(yàn)鑒定來說，采用真實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境的飛行試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)性能評(píng)估的置信度較高，結(jié)果能夠反映飛行器的真實(shí)水平。但是，需要大量人力物力，甚至某些環(huán)境以目前的技術(shù)水平是無法構(gòu)造的。虛實(shí)合成試驗(yàn)是將實(shí)物、模擬器仿真、數(shù)字仿真等組合到一起，構(gòu)成一個(gè)既有實(shí)物又有模擬器仿真和數(shù)字仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)，形成虛實(shí)合成的試驗(yàn)環(huán)境。

虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)目的：一是擴(kuò)充試驗(yàn)?zāi)芰?、拓展?yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)真實(shí)的實(shí)體被仿真模型取代后，即經(jīng)過實(shí)物虛化和虛物實(shí)化過程后，真實(shí)試驗(yàn)場(chǎng)就轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M試驗(yàn)場(chǎng)。二是減少試驗(yàn)消耗，即在消耗同等試驗(yàn)資源的情況下可以獲取更多試驗(yàn)信息。

建設(shè)虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)的原則：以費(fèi)效比最好的方法提供試驗(yàn)鑒定所需的信息。處理好真實(shí)試驗(yàn)場(chǎng)與虛擬試驗(yàn)場(chǎng)之間的關(guān)系：二者之間既存在共性，又存在差異，不能相互取代；既不能過分追求所謂數(shù)據(jù)的“真實(shí)”而忽略仿真技術(shù)在試驗(yàn)鑒定中的作用，也不能單純?yōu)榱颂摂M而虛擬，忽略真實(shí)試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)的VV&A。

一體化虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建總體思想：利用分布交互技術(shù)集成各類試驗(yàn)資源，將飛行器、仿真模型、各類仿真模擬器等手段有機(jī)的結(jié)合，構(gòu)建貼近實(shí)戰(zhàn)威脅的、低消耗、高逼真度和高置信度的虛實(shí)合成試驗(yàn)環(huán)境，構(gòu)建一個(gè)包含飛行器實(shí)物、數(shù)學(xué)仿真、硬設(shè)備在回路和人在回路的虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)。

1.2 虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建要求

虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)是根據(jù)某一具體試驗(yàn)要求，充分利用各種試驗(yàn)設(shè)施，通過各類資源的互操作、重用和組合，由真實(shí)、虛擬或構(gòu)造的資源集成而建立起的試驗(yàn)系統(tǒng)。

(1) 系統(tǒng)的互操作。

虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)支持不同類型人員和不同種類技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)在多種層次進(jìn)行互操作。在某個(gè)給定的計(jì)算機(jī)上或擴(kuò)展到幾個(gè)計(jì)算機(jī)之間可以互操作；在組件框架下，組件可以互操作；在由分系統(tǒng)組成系統(tǒng)的情況下，分系統(tǒng)間可以互操作。

(2) 系統(tǒng)的重用。

一體化虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)要求開發(fā)的軟件元素、組件能夠?qū)崿F(xiàn)重用，對(duì)于給定的組件除了能用于開發(fā)它的設(shè)施外，還能用于多個(gè)設(shè)施。如果滿足以下條件，一個(gè)組件就可以重用：它是建立在一個(gè)充分定義的公共體系結(jié)構(gòu)上；它能與重用它的其它設(shè)施中的系統(tǒng)互操作；它有充分定義和充分記錄接口；它是一個(gè)“現(xiàn)有的”系統(tǒng)，但它能通過封裝，使得它與公共體系結(jié)構(gòu)一致。

(3) 系統(tǒng)的可組合。

可組合主要集中在“應(yīng)用級(jí)”的可組合。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級(jí)的可組合，必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)用必須建立在某個(gè)公共體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上；應(yīng)用必須能互操作；必須建立用于支持組合過程的特定倉(cāng)庫(kù)，包括：關(guān)于應(yīng)用的信息倉(cāng)庫(kù)、互操作信息倉(cāng)庫(kù)、應(yīng)用可執(zhí)行程序本身的倉(cāng)庫(kù)。

(4) 系統(tǒng)時(shí)空一致性。

采用時(shí)統(tǒng)措施和時(shí)間自治技術(shù)，根據(jù)異構(gòu)系統(tǒng)的具體訂購(gòu)/發(fā)布數(shù)據(jù)的情況，維持虛擬任務(wù)空間中所集成的仿真實(shí)體協(xié)調(diào)、有序、實(shí)時(shí)且滿足一定精度要求地運(yùn)行，保證虛擬場(chǎng)景和真實(shí)世界的時(shí)空一致性。

2 多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建方案

2.1 系統(tǒng)組成及功能

飛行器多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)包括外場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)、內(nèi)場(chǎng)多目標(biāo)選擇仿真評(píng)估系統(tǒng)。其中，外場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)包括飛行器(含信息合成器)、目標(biāo)模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和參試武器裝備；內(nèi)場(chǎng)仿真評(píng)估系統(tǒng)包括多目標(biāo)選擇性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)室、復(fù)雜電磁環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和指揮中心；整個(gè)系統(tǒng)在通信指揮系統(tǒng)的支持下構(gòu)成統(tǒng)一的整體。

其中，多目標(biāo)選擇性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)室中的目標(biāo)生成模擬系統(tǒng)為分布式數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)，用于生成多個(gè)虛擬靶標(biāo)，其屬性包括靶標(biāo)編號(hào)、靶標(biāo)經(jīng)度、靶標(biāo)緯度、靶標(biāo)航向、靶標(biāo)速度、靶標(biāo)RCS和靶標(biāo)類型[3]。飛行器上裝有雷達(dá)導(dǎo)引頭、信息合成器、綜合控制計(jì)算機(jī)和遙測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備，信息合成器為飛行器上裝載的設(shè)備，用于將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，靶標(biāo)類型統(tǒng)一為艦船，均作為真實(shí)靶標(biāo)信息傳給綜合控制計(jì)算機(jī)，其數(shù)據(jù)傳輸流程見圖1。

圖1 測(cè)試設(shè)備硬件架構(gòu)

2.2 試驗(yàn)評(píng)估過程

第1步：確定多目標(biāo)選擇試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。即通過多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)判斷多目標(biāo)選擇性能是否滿足指標(biāo)要求，從而達(dá)到評(píng)估多目標(biāo)選擇性能的目的。

第2步：進(jìn)行多目標(biāo)選擇試驗(yàn)前分析。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)確定以后，就可以進(jìn)行試驗(yàn)前分析來預(yù)測(cè)飛行器的技術(shù)參數(shù)和多目標(biāo)選擇性能參數(shù)，開發(fā)多目標(biāo)選擇試驗(yàn)計(jì)劃，多目標(biāo)選擇試驗(yàn)結(jié)果為成敗型，即選擇預(yù)設(shè)目標(biāo)的正確性。

第3步：執(zhí)行試驗(yàn)。試驗(yàn)執(zhí)行是通過多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)的多目標(biāo)選擇性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)室、復(fù)雜電磁環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)外場(chǎng)和指揮中心完成的。

第4步：進(jìn)行多目標(biāo)選擇試驗(yàn)后分析。該步對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析以決定是否達(dá)到了預(yù)期，多目標(biāo)選擇性能是否滿足技術(shù)需求。

第5步：多目標(biāo)選擇性能是否滿足需求。該步是一個(gè)決策者進(jìn)行“是/否”決策的時(shí)間。

第6步：改進(jìn)。這是該過程的反饋環(huán)，在這里進(jìn)行校正活動(dòng)。

隨著試驗(yàn)過程的深入，對(duì)飛行器多目標(biāo)選擇性能和效能度量指標(biāo)的預(yù)測(cè)會(huì)不斷得到驗(yàn)證和改進(jìn)[4]。

2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

(1)靶標(biāo)設(shè)置方案。

3個(gè)真實(shí)靶標(biāo)在飛行試驗(yàn)航區(qū)布設(shè)成一字形，位于中間的靶標(biāo)與其它2個(gè)靶標(biāo)距離5 km，靶標(biāo)編號(hào)為1～3，靶標(biāo)RCS為300 m2，靶標(biāo)速度為10 m/s，靶標(biāo)航向?yàn)?0°，靶標(biāo)類型為艦船目標(biāo)。雷達(dá)導(dǎo)引頭將搜索到的真實(shí)靶標(biāo)信息傳給靶標(biāo)仿真系統(tǒng)和信息合成器，靶標(biāo)仿真系統(tǒng)生成多個(gè)虛擬目標(biāo)。每個(gè)真實(shí)靶標(biāo)垂線距離5 km處各生成2個(gè)虛擬靶標(biāo)，其位置散布精度小于1 km，編號(hào)為4～9，虛擬靶標(biāo)RCS為250～350 m2，虛擬靶標(biāo)速度為9～11 m/s，虛擬靶標(biāo)航向?yàn)?5～95°，虛擬靶標(biāo)類型為干擾目標(biāo)。靶標(biāo)的位置關(guān)系見圖2。

虛擬靶標(biāo)信息通過無線數(shù)據(jù)傳輸給信息合成器，信息合成器將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)信息進(jìn)行融合，將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，目標(biāo)類型統(tǒng)一為艦船目標(biāo)，傳給彈上綜合控制計(jì)算機(jī)，按照設(shè)定的目標(biāo)選擇方案確定待攻擊目標(biāo)，指揮飛行器進(jìn)行攻擊。

根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，由飛行器選擇目標(biāo)的正確性分析其目標(biāo)選擇性能是否滿足要求。

圖2 想定編隊(duì)虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

(2)實(shí)施方案。

試驗(yàn)潛艇和目標(biāo)艦均抵達(dá)指定試驗(yàn)海域后，飛行器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。雷達(dá)導(dǎo)引頭將搜索到的真實(shí)靶標(biāo)信息傳給內(nèi)場(chǎng)目標(biāo)生成模擬仿真系統(tǒng)和信息合成器，目標(biāo)生成模擬仿真系統(tǒng)按照靶標(biāo)布設(shè)方案生成多個(gè)虛擬目標(biāo)。虛擬靶標(biāo)信息通過無線數(shù)據(jù)傳輸給信息合成器，信息合成器將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)信息進(jìn)行融合，將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，目標(biāo)類型統(tǒng)一為艦船目標(biāo)，傳給彈上綜合控制計(jì)算機(jī)，按照設(shè)定的目標(biāo)選擇方案確定待攻擊目標(biāo)，指揮飛行器進(jìn)行攻擊。根據(jù)飛行試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)量數(shù)據(jù)，由選擇目標(biāo)的正確性分析飛行器目標(biāo)選擇性能是否滿足要求。

半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室收到虛擬靶標(biāo)和虛擬飛行器的空間位置、姿態(tài)信息后，驅(qū)動(dòng)目標(biāo)源模擬器合成包含目標(biāo)信號(hào)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上的導(dǎo)引頭捕獲跟蹤該信號(hào)，并將導(dǎo)引數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室。數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室收到試驗(yàn)數(shù)據(jù)后分析評(píng)估飛行器多目標(biāo)選擇性能，虛實(shí)合成試驗(yàn)結(jié)果在演示大廳實(shí)時(shí)演示，供試驗(yàn)指揮人員決策。

2.4 保障條件

(1)通用的測(cè)試和發(fā)射陣地保障條件需求、試驗(yàn)航區(qū)需求、測(cè)量控制系統(tǒng)需求、時(shí)統(tǒng)通信系統(tǒng)需求、數(shù)據(jù)處理需求、水文氣象需求、特裝保障和試驗(yàn)兵力需求同飛行器飛行試驗(yàn)。

(2)飛行器需加裝信息合成器，用于將真實(shí)靶標(biāo)和虛擬靶標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，靶標(biāo)類型統(tǒng)一為艦船，均作為真實(shí)靶標(biāo)信息傳給綜合控制計(jì)算機(jī)。

(3)機(jī)動(dòng)實(shí)體靶3艘，噸位≥8000噸，RCS≥300 m2，航行速度≥20 kn，具備裝載或拖帶各型艦載、舷外干擾裝備的能力。

(4)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備模擬多個(gè)通道目標(biāo)的能力。

3 結(jié)束語

針對(duì)飛行器受外場(chǎng)試驗(yàn)條件限制，無法開展目標(biāo)選擇性能試驗(yàn)的實(shí)際狀況，敘述了虛實(shí)合成試驗(yàn)的基本概念內(nèi)涵和構(gòu)建要求,闡述了多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)組成功能及試驗(yàn)評(píng)估過程, 設(shè)計(jì)了多目標(biāo)選擇虛實(shí)合成系統(tǒng)試驗(yàn)方案。該方案已經(jīng)在某型飛行器總體試驗(yàn)方案論證過程中進(jìn)行了初步應(yīng)用，成效比較顯著，并可指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)虛實(shí)合成試驗(yàn)系統(tǒng)專項(xiàng)建設(shè)。

[1] 王國(guó)玉，馮潤(rùn)明，陳永光.無邊界靶場(chǎng)：電子信息系統(tǒng)一體化聯(lián)合試驗(yàn)評(píng)估體系與集成方法[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[2]張麗曄，廖 建，等.試驗(yàn)訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)(TENA)的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23(10)：3461-3464.

[3]孫茂義，肖 冰.海上機(jī)動(dòng)目標(biāo)建模及其在分布式仿真中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，22(3)：895-897.

[4]李 一，馮 楠.反艦導(dǎo)彈突防虛實(shí)合成試驗(yàn)方法[J].火力與指揮控制，2012，37(10)：185-188.

Researches on Real-virtual Complex Test Method for Aircraft Target Selection

Sun Maoyi, Xiao Bing

(Unit 91550, Daliang 116023, China)

Because of some certain difference between the outfield test environment and the real battlefield, there will be some limitations exist in the performance evaluation of the aircraft, or even lead to unreal results. The real-virtual complex test method for aircraft target selection is carried out, including the basic concept and construction demand. The construction technique, test evaluation process and the test program is presented, the method supports the general test argumentation of some type aircraft. The method presented will have a good application and popularization value, and will also have significant meaning of promoting the test & evaluation level and abilities for the range.

aircraft; target selection; real-virtual complex test

2016-10-21；

2016-11-24。

孫茂義(1975-)，男，黑龍江綏化人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事導(dǎo)彈總體及系統(tǒng)仿真方向的研究。

1671-4598(2017)03-0237-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.064

TP273

A