李 鵬

（92941部隊 葫蘆島 125001）

1 引言

在導(dǎo)彈飛行試驗中，如果導(dǎo)彈飛行異常，直接威脅到航區(qū)周圍重要設(shè)施和人民生命財產(chǎn)安全。導(dǎo)彈飛行結(jié)束后，為了盡快決策后續(xù)任務(wù)是否順利進行，指控中心需要快速計算脫靶量、遙測關(guān)鍵參數(shù)異常判決［1］、導(dǎo)彈落點等快速判決結(jié)果，為試驗指揮人員和總體技術(shù)人員作出指揮決策提供技術(shù)支持。隨著新武器裝備試驗向大射程、大空域、高速度等方向發(fā)展，快速判決已經(jīng)成為越來越重要的數(shù)值依據(jù)。因此對導(dǎo)彈快速判決的系統(tǒng)建設(shè)提出了迫切的要求［2］。

2 系統(tǒng)功能

1）通過實時處理得到的導(dǎo)彈航跡和落點、高度速度曲線、遙測實時挑點參數(shù)以及飛行實況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行是否正常。

2）對遙測關(guān)鍵參數(shù)、導(dǎo)彈外彈道實時預(yù)測變化趨勢，提前對導(dǎo)彈航跡將要超出航跡邊界和遙測參數(shù)超出閾值進行預(yù)警。

3）通過圖像未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈命中靶船，或者實時落點距靶位點較遠時，用事后數(shù)據(jù)重新計算落點數(shù)據(jù)確認導(dǎo)彈落點。

4）利用實時的導(dǎo)彈GPS、雷達定位結(jié)果和實時靶船定位數(shù)據(jù)快速計算導(dǎo)彈脫靶量，分析導(dǎo)彈命中情況。

5）通過實時處理得到的導(dǎo)彈航跡和落點、遙測實時挑點參數(shù)以及飛行實況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行異常，出現(xiàn)提前落水或明顯偏離航向的情況時，用事后數(shù)據(jù)計算落點。

6）通過遙測實時挑點參數(shù)以及飛行實況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行異常，出現(xiàn)提前落水或明顯偏離航向的情況時，對數(shù)據(jù)處理結(jié)果的遙測關(guān)鍵參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式，對導(dǎo)彈故障診斷，查找故障原因。

7）利用實時處理結(jié)果對試驗過程復(fù)演。

3 系統(tǒng)組成

3.1 硬件配置

1）數(shù)據(jù)處理結(jié)果匯集服務(wù)器

2）遙測關(guān)鍵參數(shù)判決服務(wù)器

3）脫靶量、落點計算服務(wù)器

4）顯示復(fù)演服務(wù)器

5）打印機

3.2 軟件配置

1）Unix操作系統(tǒng)

2）Windows xp操作系統(tǒng)

3）QT++編程語言

3.3 軟件系統(tǒng)組成

1）實時判決預(yù)處理

（1）判決信息匯集

將實時解算的遙測關(guān)鍵參數(shù)以及導(dǎo)彈GPS數(shù)據(jù)、靶船定位數(shù)據(jù)按固定時鐘周期匯集分發(fā)給遙測關(guān)鍵參數(shù)判決服務(wù)器、脫靶量及落點計算服務(wù)器。

（2）對參加判決的數(shù)據(jù)信息幀按接口規(guī)范進行解析并合理性檢驗特征值提取。

2）中靶情況分析子系統(tǒng)

利用實時的導(dǎo)彈GPS、雷達定位結(jié)果和實時靶船定位數(shù)據(jù)快速計算導(dǎo)彈脫靶量［3］，分析導(dǎo)彈命中情況。

3）遙測關(guān)鍵參數(shù)異常分析子系統(tǒng)分析遙測參數(shù)是否異常、遙測指令。

4）計算導(dǎo)彈落點子系統(tǒng)

5）數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

管理存儲型號導(dǎo)彈的異常判決知識準(zhǔn)則、遙測關(guān)鍵參數(shù)特征信息、預(yù)測算法、以及遙外彈道數(shù)據(jù)處理結(jié)果、理論值等信息。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 飛行試驗快速判決系統(tǒng)組成

4 系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

4.1 實時判決預(yù)處理

研究牛頓插值算法，該方法將試驗數(shù)據(jù)進行函數(shù)逼近，形成遙測數(shù)據(jù)變化趨勢的近似表達式，簡單易行且精度高。有中心插值法、前推插值法和后推插值法等幾種方法［4］。用中心插值法和后推插值法來判斷某點是否是野值點時，需要用到該點后面的數(shù)據(jù)，容易引起野值逆?zhèn)鞑⑶倚枰e累當(dāng)前時刻之后的數(shù)據(jù)，在實現(xiàn)時影響到算法的效率和實時性。因此用前推插值方法。

4.2 遙測關(guān)鍵參數(shù)異常判決的方法

4.2.1 基于規(guī)則的知識庫及求解策略

將導(dǎo)彈內(nèi)彈道典型故障的判決知識獲取為產(chǎn)生式規(guī)則［5］，以IF P THEN Q基本形式表示。知識表示采用基于規(guī)則的思想，規(guī)則的結(jié)論可以增加事實也可以執(zhí)行某些操作；每個被判決的參數(shù)，都擁有屬于自己的規(guī)則，判決時僅搜索其對應(yīng)的規(guī)則；規(guī)則之間相互獨立，利用規(guī)則的優(yōu)先級或者被調(diào)用次數(shù)來控制規(guī)則的執(zhí)行順序；每條規(guī)則都有可信度以及被調(diào)用的次數(shù)統(tǒng)計，從而形成了優(yōu)先級；或者優(yōu)先級的高低由一個整數(shù)代替，其數(shù)值由用戶錄入時指定；同一優(yōu)先級的規(guī)則最多只能執(zhí)行一條，因此，對于同一個被判參數(shù)的所有規(guī)則來說，優(yōu)先級相同的規(guī)則的前提必須互斥。

4.2.2 知識庫表的設(shè)計方法

設(shè)計了以下主要數(shù)據(jù)表構(gòu)成知識庫［6～7］：事實表、結(jié)論規(guī)則表、函數(shù)表和元數(shù)據(jù)表。事實規(guī)則表用來存儲事實。結(jié)論規(guī)則表存儲中間規(guī)則和結(jié)論規(guī)則，函數(shù)表存儲規(guī)則前提中的函數(shù)表達式。

1）屬性集用于存放知識對象的屬性。專家經(jīng)驗由故障現(xiàn)象、故障原因兩部分組成。這兩部分都作為知識對象的屬性。

2）規(guī)則集用來存放領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)換成的產(chǎn)生式規(guī)則。在本系統(tǒng)中，規(guī)則集存儲三種類型的知識規(guī)則：事實規(guī)則、中間規(guī)則和結(jié)論規(guī)則。在系統(tǒng)中，規(guī)則集和屬性集是由自定義結(jié)構(gòu)類型的動態(tài)數(shù)組構(gòu)成。

3）方法集用來存放操作知識對象的方法。它包括三個部分：轉(zhuǎn)換操作集是把屬性集轉(zhuǎn)換成規(guī)則集的方法，其主要功能是建立由知識對象到產(chǎn)生式規(guī)則之間的映射關(guān)系；知識校驗集是各種校驗知識規(guī)則的方法集合，主要包括語法檢查和不一致性校驗（冗余性校驗、矛盾性校驗和循環(huán)校驗）；一般方法集包含了對知識對象的基本操作，如對象的生成、刪除、消息處理等。關(guān)于知識表示的對象思路設(shè)計如下：

class Knowledge//知識表示的類設(shè)計

｛

屬性成員：

int KnowObject_ID；//知識對象標(biāo)識

PreCensequece*FaultPhenomena；//故障現(xiàn)象集

PreCensequece*FaultCause；//故障原因集

Ruletype*Ruleset；//規(guī)則集

方法成員：

void KnowledgeTransforming（）；//建立領(lǐng)域知識到知識規(guī)則之間的映射

void knowledgeverificating（）；//知識校驗

｝

Struct PreCensequece//故障現(xiàn)象集結(jié)構(gòu)

｛

String precondition；//前提

String Censequece；//結(jié)論

｝

Struct RuleType//規(guī)則集結(jié)構(gòu)

｛

PreCensequece *FaultRule；//事實規(guī)則集

PreCensequece *MidEndRule；//結(jié)論規(guī)則集

PreCensequece *Next；//下一條規(guī)則指針

｝

4.3 脫靶量計算的方法

計算脫靶量，先利用最后獲得的導(dǎo)彈GNSS實測彈道的位置和速度數(shù)據(jù)，通過外推估算導(dǎo)彈中靶（過靶船高度平面）時刻的位置；然后通過估算的導(dǎo)彈中靶時刻位置和實測的靶船中心點位置和航向，求解導(dǎo)彈在靶船測量坐標(biāo)系下的相對位置偏差——即實時脫靶量數(shù)據(jù)［8～9］。在實時落點預(yù)報中［10～11］，將導(dǎo)彈被動段的運動視為質(zhì)點運動，被動段軌跡方程的初值條件取導(dǎo)彈瞬時點在發(fā)射坐標(biāo)系下的速度與位置，作為關(guān)機點或頭體分離點時刻的運動參數(shù)。利用測試獲得的導(dǎo)彈質(zhì)量變化與空氣阻力參數(shù)，算出某一時段內(nèi)的彈道狀態(tài)。落點計算采用四階“龍格-庫塔”法［12］，以數(shù)據(jù)采樣點頻率為步長進行數(shù)值積分計算，主要考慮了地球引力、哥氏力、牽引力影響。落點實時預(yù)報計算公式如下：

其中：

哥氏加速度：

其中：

牽連加速度：

其中：

地球自轉(zhuǎn)角速度：

其中：

引力加速度：

5 快速判決系統(tǒng)的實現(xiàn)及技術(shù)指標(biāo)

5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

快速判決系統(tǒng)用QT編程實現(xiàn)，以某幾個典型型號任務(wù)為例，用歷史任務(wù)數(shù)據(jù)進行復(fù)演，輸入快速判決系統(tǒng)，得到相應(yīng)的判決結(jié)果。判決主界面如圖2所示。

圖2 飛行試驗快速判決系統(tǒng)主界面

5.2 技術(shù)指標(biāo)

1）實時性指標(biāo)：關(guān)鍵參數(shù)判決和預(yù)測處理時延小于1s；

2）脫靶量計算指標(biāo)：實時計算脫靶量誤差小于5m；

3）異常判決功能指標(biāo)：提前2～3個實時處理周期對參數(shù)異常告警。

6 結(jié)語

本文設(shè)計了導(dǎo)彈飛行試驗快速判決系統(tǒng)，在多型號導(dǎo)彈飛行試驗任務(wù)得到了應(yīng)用，判決系統(tǒng)對遙測關(guān)鍵參數(shù)判決結(jié)果正確，起到了故障預(yù)警和安控判決輔助決策的作用。確保了試驗任務(wù)的順利完成。落點計算和脫靶量計算準(zhǔn)確，快速分析導(dǎo)彈命中情況。試驗應(yīng)用證明：該文設(shè)計的快速判決系統(tǒng)技術(shù)先進，設(shè)計合理，模型正確。提高了導(dǎo)彈的實時判決效率，滿足靶場試驗任務(wù)中導(dǎo)彈內(nèi)彈道的安控數(shù)判工作要求，在技術(shù)上和應(yīng)用上是切合實際、合理可行的。

參考文獻

［1］陳以恩.遙測數(shù)據(jù)處理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2002.122-157.

［2］潘昶.導(dǎo)彈內(nèi)彈道典型故障安控判決系統(tǒng)設(shè)計［J］.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2012（1）：111-114.

［3］潘昶.脫靶量的計算方法研究及應(yīng)用［J］.計算機與數(shù)字工程，2017，45（7）：1278-1281.

［4］張強，孫紅盛，胡澤明.目標(biāo)跟蹤中野值的判別與剔除方法［J］.太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報，2014，12（2）：256-259

［5］李愛平，張濤.基子規(guī)則的知識庫在導(dǎo)彈總體設(shè)計中的應(yīng)用木［J］.機電一體化，2005（5）：23-26.

［6］鐘秀琴，劉忠，丁盤蘋.基于混合推理的知識庫的構(gòu)建及其應(yīng)用研究［J］.計算機學(xué)報，2012，35（4）：761-766.

［7］蘇正煉，嚴駿，陳海松.基于本體的裝備故障知識庫構(gòu)建［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2015，37（9）：2067-2072.

［8］車著明，王忠貴，劉濤.火箭飛行信息實時融合檢擇與平滑求速方法研究［J］.遙測遙控，2013，34（5）：49-53.

［9］周立鋒，馬斌，謝志博.GPS在計算導(dǎo)彈脫靶量中的應(yīng)用研究［J］.全球定位系統(tǒng)，2008（6）：33-36.

［10］于古勝，李連登，翟麗麗.航天器實時落點計算誤差修正方法［J］. 艦船電子工程，2010，30（3）：143-146.

［11］史金光，劉猛.彈道修正彈落點預(yù)報方法研究［J］.彈道學(xué)報，2014，26（2）：29-33.

［12］柯福陽，王慶，潘樹國.自動積分步長的GLONASS衛(wèi)星軌道龍格庫塔積分法［J］.東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)報），2010，40（4）：755-759.