涂二看見，李強(qiáng)，李紅玲

(中國人民解放軍63870部隊(duì)，陜西 華陰 714200)

防空高炮是現(xiàn)代近程防空武器體系的重要組成部分，隨著巡飛彈、無人機(jī)等智能化武器蜂群作戰(zhàn)方式的運(yùn)用，防空高炮必須進(jìn)一步提升系統(tǒng)反應(yīng)性能，縮短反應(yīng)時(shí)間，在更短時(shí)間內(nèi)實(shí)施多次作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)對集群目標(biāo)的攔截能力[1]。針對這一作戰(zhàn)趨勢和裝備能力發(fā)展要求，在防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)中，武器使用人員操控下的實(shí)際系統(tǒng)反應(yīng)性能成為評價(jià)防空高炮單項(xiàng)作戰(zhàn)效能的一個(gè)關(guān)鍵因素。

防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)性能一般表現(xiàn)為系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。在鑒定試驗(yàn)中，可通過插樁和外部計(jì)時(shí)等方法由試驗(yàn)人員應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法獲取，試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)的是工程設(shè)計(jì)值的達(dá)成情況。但是在作戰(zhàn)試驗(yàn)中，相關(guān)測試要求在仿真防空高炮的典型編配部署方式和實(shí)戰(zhàn)化運(yùn)用模式下，由防空作戰(zhàn)部隊(duì)人員對裝備進(jìn)行操控。系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間不同于工程設(shè)計(jì)值，在其基礎(chǔ)上疊加了人員能力素養(yǎng)、戰(zhàn)場環(huán)境影響等因素。如何在不改變被測系統(tǒng)工作狀態(tài)以及不影響典型人員對裝備正常操控的情況下，實(shí)測武器系統(tǒng)在不同作戰(zhàn)試驗(yàn)條件下的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間是防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)上需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。

針對這種情況，筆者提出了一種基于指令識別的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間測試方法，研究運(yùn)用語音識別技術(shù)對作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)采集的話音指揮口令進(jìn)行處理，并綜合數(shù)據(jù)指揮指令等通信數(shù)據(jù)，重構(gòu)武器系統(tǒng)操控關(guān)鍵時(shí)間序列，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)給出作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中的防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)實(shí)測時(shí)間。

1 測試方法原理

基于指令識別的防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)性能評估方法是基于防空高炮典型作戰(zhàn)編組、系統(tǒng)工作流程和信息交互流程，在作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)采集防空高炮作戰(zhàn)過程中的各種指令數(shù)據(jù)，在作戰(zhàn)試驗(yàn)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行的深入分析與挖掘處理[2]。在測試流程上本方法依托防空高炮實(shí)際作戰(zhàn)過程進(jìn)行，能夠保證裝備操控的獨(dú)立性和測試的完整性。

在典型的編配部署方式下，防空高炮武器系統(tǒng)各裝備之間通過電臺等通信設(shè)備互聯(lián)互通,作戰(zhàn)過程中，上級指揮人員依據(jù)受領(lǐng)的作戰(zhàn)任務(wù)和當(dāng)前的作戰(zhàn)態(tài)勢，通過話音和數(shù)據(jù)兩種方式下達(dá)作戰(zhàn)指令，裝備使用人員接受指令后，操作裝備進(jìn)行作戰(zhàn)并將裝備狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)給上級指揮人員，形成OODA(Observation觀察，Orientation調(diào)整，Decision決策，Action行動)循環(huán)[3-4]。其中，作戰(zhàn)過程中交互的指令信息是驅(qū)動武器裝備OODA循環(huán)的關(guān)鍵要素，可以作為測試裝備系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間的有效度量因子，如圖1所示。

以陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備過程為例，在數(shù)據(jù)指揮模式下，車長通過電臺接收到上級指揮員下達(dá)的“轉(zhuǎn)移陣地”數(shù)據(jù)指令后，通過車內(nèi)通話系統(tǒng)向炮班下達(dá)“戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換”口令，炮班成員實(shí)施戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換操作，完成后依序向車長上報(bào)“狀態(tài)好”口令，車長確認(rèn)后通過電臺向上級指揮員上報(bào)“完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備”的數(shù)據(jù)指令，完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備任務(wù)。其中，從車長接收指令到上報(bào)完成準(zhǔn)備的時(shí)間差是系統(tǒng)陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備時(shí)間，從車長下達(dá)“戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換”口令至炮班成員上報(bào)“狀態(tài)好”口令為戰(zhàn)位陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備時(shí)間，對這兩種時(shí)間數(shù)據(jù)的有效測試可以綜合評價(jià)系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力。

當(dāng)應(yīng)用基于指令識別的系統(tǒng)反應(yīng)性能評估方法時(shí)，在作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中，通過上級指揮仿真單元采集上級指揮員與車長之間的通信數(shù)據(jù)，通過車內(nèi)通話系統(tǒng)采集炮班成員的交互口令。在試后數(shù)據(jù)處理時(shí)，檢索識別“轉(zhuǎn)移陣地”和“完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備”兩條數(shù)據(jù)指令，確定陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備的時(shí)間區(qū)間[T0,T1]；處理[T0,T1]內(nèi)的炮班成員交互語音記錄文件，提取“戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換”口令、“狀態(tài)好”口令，精確標(biāo)定各口令的發(fā)生時(shí)刻并對說話人進(jìn)行模糊識別，形成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)間序列{Tij}，其中，i為指令序號，j為說話人標(biāo)識。由此，系統(tǒng)陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備時(shí)間計(jì)算公式為

ΔT=T1-T0，

(1)

戰(zhàn)位陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備時(shí)間計(jì)算公式為

ΔTi=Tij-Tc，

(2)

式中Tc為車長戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換口令的下達(dá)時(shí)刻。

在此基礎(chǔ)上，針對作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中的陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備過程，可以通過多次統(tǒng)計(jì)取均值方法對武器裝備使用人員操控下的實(shí)際系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 測試方法設(shè)計(jì)過程

基于指令識別的系統(tǒng)反應(yīng)性能測試方法的主要設(shè)計(jì)過程包括關(guān)鍵相關(guān)指令識別、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理3個(gè)環(huán)節(jié)。其中，關(guān)鍵相關(guān)指令識別用于確定指令與防空高炮武器系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的相關(guān)性；試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集基于防空高炮典型作戰(zhàn)編組和作戰(zhàn)想定確定的虛擬兵力仿真單元，分析確定各關(guān)鍵指令的采集方法和采集位置；試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理用于提取作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中的關(guān)鍵相關(guān)指令，精確標(biāo)定指令時(shí)間，生成防空高炮作戰(zhàn)流程關(guān)鍵時(shí)間序列[5]。

2.1 關(guān)鍵相關(guān)指令識別

武器裝備狀態(tài)與識別指令集合的完備相關(guān)性是測試方法的基礎(chǔ)，主要工作包括武器工作流程分析、信息交互流程分析和指令完備性確認(rèn)，如圖2所示。

以防空高炮武器系統(tǒng)的陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備過程為例。主要流程有：

煤炭企業(yè)的稅務(wù)籌劃工作是一個(gè)長期的、系統(tǒng)的工程，由于煤炭企業(yè)其本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此稅務(wù)籌劃工作的具體實(shí)施應(yīng)該站在實(shí)際的角度，從具體環(huán)境出發(fā)，綜合各種因素的影響，在國家相關(guān)法律法規(guī)允許的情況下，制定出切合企業(yè)實(shí)際的稅務(wù)籌劃方案，相對的保證煤炭企業(yè)資金的靈活性，以促進(jìn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1)分析武器的工作流程，確定陣地轉(zhuǎn)移過程中關(guān)鍵的武器狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作，如雷達(dá)倒伏操作、系統(tǒng)閉電操作等，形成陣地轉(zhuǎn)移時(shí)間度量序列。

2)分析武器系統(tǒng)內(nèi)部和外部信息交互流程，梳理狀態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)指令，如轉(zhuǎn)移陣地?cái)?shù)據(jù)指令、完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備數(shù)據(jù)指令、尚未完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備數(shù)據(jù)指令、戰(zhàn)行轉(zhuǎn)換口令、雷達(dá)已倒伏口令、裝備故障口令等，形成狀態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)指令集。

3)檢查指令集對武器裝備關(guān)鍵狀態(tài)表述的完整性，對未覆蓋表述的武器裝備關(guān)鍵狀態(tài)通過話音口令予以補(bǔ)齊。

4)分析去除冗余指令，如尚未完成陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備數(shù)據(jù)指令屬于過程指令，不能反映武器裝備的關(guān)鍵工作狀態(tài)，可以去除，最終優(yōu)化形成完備關(guān)鍵指令集。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方法基于防空高炮典型作戰(zhàn)編組和作戰(zhàn)想定確定的虛擬兵力仿真單元設(shè)計(jì)，采集的主要內(nèi)容包括車內(nèi)話音、車際話音和通信數(shù)據(jù)等，采集的原則是不影響作戰(zhàn)人員對防空高炮的正常操作。

其中，對車內(nèi)話音和車際話音的采集，通過語音錄取設(shè)備采集并存儲；對通信數(shù)據(jù)的采集，需要在分析武器系統(tǒng)對外信息交互流程的基礎(chǔ)上，確定數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和采集的內(nèi)容，如陣地轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備過程中上級指揮員下達(dá)的轉(zhuǎn)移陣地?cái)?shù)據(jù)指令，可以通過上級指揮模擬單元采集，也可以通過將數(shù)據(jù)采集軟件模塊嵌入防空高炮的業(yè)務(wù)軟件中進(jìn)行采集，但在不影響防空高炮工作狀態(tài)的前提下，應(yīng)該通過上級指揮模擬單元采集，雖然這種方式帶來了通信上的延遲。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)關(guān)鍵工作是分析建立關(guān)鍵指令采集節(jié)點(diǎn)序列模型。由于采用分布式架構(gòu)并行采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在試后對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時(shí)需要對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，要求先期建立對試驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理的索引關(guān)系。在前期已確定關(guān)鍵指令采集方法與采集位置的基礎(chǔ)上，針對特定系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程，建立關(guān)鍵指令采集節(jié)點(diǎn)序列模型，表示為{αij}，其中，i表示指令序號，j表示采集位置?？紤]到系統(tǒng)的魯棒性，允許進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，對同一個(gè)采集量在不同的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行采集，在試后數(shù)據(jù)分析階段進(jìn)行融合處理。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理的目的是基于采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)武器系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)時(shí)間序列，解算武器系統(tǒng)的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間等，主要流程包括多源數(shù)據(jù)對齊、關(guān)鍵指令提取、關(guān)鍵口令識別、多源數(shù)據(jù)重構(gòu)、說話人模糊識別、統(tǒng)計(jì)分析處理等。

多源數(shù)據(jù)對齊，實(shí)現(xiàn)對分布式采集的分段作戰(zhàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并排序形成多源數(shù)據(jù)處理序列；關(guān)鍵指令提取，從采集的通信數(shù)據(jù)中獲取關(guān)鍵指令并標(biāo)定其發(fā)生時(shí)刻；關(guān)鍵口令識別，應(yīng)用語音識別技術(shù)從錄取的車內(nèi)話音和車際話音中提取驅(qū)動防空高炮狀態(tài)變化的關(guān)鍵口令；多源數(shù)據(jù)重構(gòu)，基于關(guān)鍵指令與關(guān)鍵口令，對錄取的車內(nèi)話音和車際話音進(jìn)行分割，形成與特定防空高炮狀態(tài)變化過程相關(guān)的分段語音文件，并進(jìn)行再排序，綜合采集的車際通信數(shù)據(jù)，生成多源數(shù)據(jù)融合序列；說話人模糊識別，對分段語音進(jìn)行再處理，從中提取關(guān)鍵指令及其錄取時(shí)刻，并模糊識別、區(qū)分不同說話人，建立分段時(shí)間段內(nèi)與不同作戰(zhàn)人員相關(guān)的關(guān)鍵指令序列集合，更新多源數(shù)據(jù)融合序列；統(tǒng)計(jì)分析處理，基于前序生成的多源數(shù)據(jù)融合序列，解析計(jì)算防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間[6]。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)

按照武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)的定義，即在完成裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能試驗(yàn)與評估的基礎(chǔ)上，由專門的試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)和典型的作戰(zhàn)部隊(duì)，按照規(guī)范的試驗(yàn)流程并依托專業(yè)測試設(shè)備，在地理、氣象、電磁等復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境和相關(guān)作戰(zhàn)要素齊全的戰(zhàn)術(shù)背景下，按照裝備的作戰(zhàn)流程和任務(wù)剖面開展的與假想敵武器裝備體系的一種對抗性試驗(yàn)[7]。依據(jù)該定義要求，基于指令識別的防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)性能測試系統(tǒng)在測試能力上要求覆蓋裝備的作戰(zhàn)流程和任務(wù)剖面中反映系統(tǒng)反應(yīng)性能的各種要素，其次要求適應(yīng)典型作戰(zhàn)部隊(duì)的使用場景。由此，遵循模塊化、易集成、弱關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上分析關(guān)鍵技術(shù)情況。

3.1 測試系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)測試方法的原理和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，在系統(tǒng)測試能力設(shè)計(jì)上要求涵蓋武器系統(tǒng)對外信息交互的各接口，主要包括車內(nèi)乘員通話接口、車際話音和通信接口等。進(jìn)一步分析可知，車內(nèi)乘員通話接口和車際話音接口的入口是車內(nèi)通話系統(tǒng)，采集的節(jié)點(diǎn)可以放置在乘員頭盔中，通過設(shè)計(jì)獨(dú)立的話音拾取模塊，嵌入作戰(zhàn)人員頭盔的方式實(shí)現(xiàn)；對于車際通信接口的接入，因直接聯(lián)通通信設(shè)備會影響虛擬兵力仿真節(jié)點(diǎn)與被測武器系統(tǒng)之間的信息交互，因此需要設(shè)計(jì)通信轉(zhuǎn)錄設(shè)備采集，在透傳給虛擬兵力仿真節(jié)點(diǎn)信息系統(tǒng)主機(jī)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的采集錄取功能。由此，測試系統(tǒng)在系統(tǒng)構(gòu)成上主要由乘員話音采集系統(tǒng)、通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄設(shè)備和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析設(shè)備組成，如圖3所示。

系統(tǒng)工作過程中，乘員話音采集系統(tǒng)通過嵌入作戰(zhàn)人員戰(zhàn)術(shù)頭盔的話音拾取模塊，實(shí)時(shí)采集人員話音，并通過有線或無線方式傳送給存儲單元進(jìn)行存儲；通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄設(shè)備接入虛擬兵力仿真節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)，分路采集并實(shí)時(shí)存儲虛擬兵力仿真節(jié)點(diǎn)與被試裝備之間的通信數(shù)據(jù)；試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析設(shè)備具備采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，用于處理作戰(zhàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試后分析。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)及其解決途徑

基于指令識別的防空高炮系統(tǒng)反應(yīng)性能測試方法應(yīng)用語音識別技術(shù)處理作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中采集的話音信息，識別關(guān)鍵口令，并模糊區(qū)分說話人，建立與作戰(zhàn)人員相關(guān)的關(guān)鍵口令序列。需要解決的關(guān)鍵問題是防空高炮作戰(zhàn)過程中復(fù)雜噪聲環(huán)境下對各乘員話音的有效采集以及語音識別算法的魯棒性。

在乘員話音采集方法上，不宜采用傳統(tǒng)的普通受話器設(shè)計(jì)，可采用骨傳導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。骨傳導(dǎo)是一種特殊的通過人體的頭骨等傳導(dǎo)聲音的方式，采用骨傳導(dǎo)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)話音拾取模塊時(shí)，除了直接作用于模塊上的振動傳感器可產(chǎn)生聲音外，外界的其他聲音都不會被引入，能夠保證在高嘈雜的環(huán)境中較高的通話質(zhì)量[8]。

在語音識別算法實(shí)現(xiàn)上，由于防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)環(huán)境中存在復(fù)雜噪聲，導(dǎo)致語音識別算法的性能會出現(xiàn)明顯的下降，識別的準(zhǔn)確率會大打折扣，影響系統(tǒng)反應(yīng)性能測試的準(zhǔn)確性。針對該問題，可采用譜減法、小波變換及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行語音信號抗噪處理[9]。另外，也可以采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對采集語音進(jìn)行增強(qiáng)處理，提升語音質(zhì)量以進(jìn)一步提高識別系統(tǒng)的魯棒性[10]。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)研究才剛剛起步，現(xiàn)有的諸多測試方法無法照搬到作戰(zhàn)試驗(yàn)中。筆者提出的應(yīng)用于防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)的基于指令識別的系統(tǒng)反應(yīng)性能測試方法，其測試流程與防空高炮的作戰(zhàn)流程和信息交互流程相融合，并在不影響裝備使用人員正常操控的情況下，分布式采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過試后匯總分析獲取武器反應(yīng)時(shí)間信息，為促進(jìn)防空高炮作戰(zhàn)試驗(yàn)條件建設(shè)提供了思路，可為提高作戰(zhàn)試驗(yàn)效能評估的準(zhǔn)確性提供技術(shù)支撐。