陳二雷，胡 車，楊 毅，張 言，母勇民

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，西安 710065)

0 引言

隨著制導(dǎo)彈藥的復(fù)雜程度以及自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)綜合測(cè)試技術(shù)也提出了更高的要求。制導(dǎo)彈藥測(cè)試貫穿了從科研生產(chǎn)到裝備部隊(duì)使用的全生命周期，合理的測(cè)試方案設(shè)計(jì)可提高檢測(cè)結(jié)果的置信度，同時(shí)減少檢測(cè)時(shí)間。測(cè)試數(shù)據(jù)的分析判讀是綜合測(cè)試的重要一環(huán)，其判讀結(jié)果是評(píng)估彈藥是否正常的依據(jù)，有助于故障定位和問題排查。目前數(shù)據(jù)判讀主要依靠人工來完成，數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)種類多樣、判讀方法多變，對(duì)分析人員專業(yè)素質(zhì)要求高，判讀結(jié)果具有較大的主觀因素。為提高測(cè)試效率和判讀的準(zhǔn)確性，文中對(duì)自動(dòng)判讀方法進(jìn)行了研究，以某彈藥為研究對(duì)象，提出了測(cè)試數(shù)據(jù)的解析、判讀以及管理方法，從橫向和縱向兩方面建立了產(chǎn)品數(shù)據(jù)包，從而便于產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)的健康管理。

目前在國(guó)內(nèi)自動(dòng)判讀技術(shù)主要應(yīng)用于衛(wèi)星以及載人航天器的控制系統(tǒng)中[1-3]，該技術(shù)不但減輕了測(cè)試人員的負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了故障檢測(cè)能力。在制導(dǎo)彈藥的測(cè)試中應(yīng)用相對(duì)較少[4]，與衛(wèi)星及載人航天應(yīng)用相比，制導(dǎo)彈藥測(cè)試自動(dòng)判讀對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，可在試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理分析。一般彈藥單次測(cè)試需要判讀參數(shù)多達(dá)上百個(gè)，在全覆蓋判讀的情況下，人工判讀容易漏判、誤判，因此，需要一種自動(dòng)判讀方法協(xié)助完成數(shù)據(jù)分析，下面對(duì)該方法的組成、原理以及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在制導(dǎo)彈藥測(cè)試中采用自動(dòng)判讀方法屬于專家系統(tǒng)的一種應(yīng)用，是人工智能從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用的案例[5]。如圖 1所示，是自動(dòng)判讀方法的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)示意圖，使用測(cè)試局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)互聯(lián)，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)獲取部分以及多個(gè)判讀終端組成。其中數(shù)據(jù)庫(kù)用來存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)、判讀規(guī)則和推理邏輯，判讀終端可實(shí)現(xiàn)對(duì)判讀規(guī)則和推理邏輯的下載更新管理，數(shù)據(jù)獲取部分完成對(duì)原始數(shù)字量和模擬量的采集及存儲(chǔ)，采集過程中會(huì)在原始數(shù)據(jù)中注入精度為1 ms的時(shí)間信息，以便于后期數(shù)據(jù)分析。

2 主要功能模塊

2.1 數(shù)據(jù)管理模塊

為規(guī)范數(shù)據(jù)管理，在數(shù)據(jù)采集之前，首先要對(duì)試驗(yàn)階段、試驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)試設(shè)備、試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)地點(diǎn)、試驗(yàn)時(shí)間、被測(cè)品編號(hào)等參數(shù)進(jìn)行配置，在數(shù)據(jù)采集與保存時(shí)作為數(shù)據(jù)的屬性與測(cè)試數(shù)據(jù)綁定，這樣測(cè)試數(shù)據(jù)才具有可追溯性與可比性。測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的保存以及檢索。

常見的試驗(yàn)屬性配置如下：

1)試驗(yàn)階段：原理樣機(jī)階段(默認(rèn))、工程樣機(jī)階段、設(shè)計(jì)定型階段、部隊(duì)使用階段；

2)試驗(yàn)?zāi)康模壕C合測(cè)試(默認(rèn))、分系統(tǒng)測(cè)試、專項(xiàng)測(cè)試；

3)測(cè)試設(shè)備：綜合測(cè)試設(shè)備(默認(rèn))、檢測(cè)維修車、導(dǎo)彈檢測(cè)儀；

4)試驗(yàn)環(huán)境：常溫(默認(rèn))、高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊、電磁兼容、可靠性增長(zhǎng)等；

5)試驗(yàn)地點(diǎn)：設(shè)計(jì)單位(默認(rèn))、生產(chǎn)單位、彈藥庫(kù)房、靶場(chǎng)等。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊

自動(dòng)判讀規(guī)則只對(duì)有意義的物理量有效，因此每次試驗(yàn)結(jié)束后，首先需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析預(yù)處理，解析過程主要是使用數(shù)據(jù)組成協(xié)議將原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有實(shí)際物理含義的十進(jìn)制文本文件，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)當(dāng)中的野值進(jìn)行剔除[6]，并將解析后的數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)的格式保存，便于自動(dòng)判讀模塊的讀取與識(shí)別。

2.3 判讀規(guī)則模塊

在設(shè)計(jì)判讀規(guī)則之前，首先要根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分類，然后針對(duì)不同種類的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的判讀規(guī)則，無論采集到的原始數(shù)據(jù)是數(shù)字量還是模擬量，都會(huì)被轉(zhuǎn)換為一個(gè)個(gè)有意義的物理量，根據(jù)各物理量的特點(diǎn)，可對(duì)制導(dǎo)彈藥測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分類：

1)0d01(恒定數(shù)值類)

恒定數(shù)值類數(shù)據(jù)一般是從數(shù)字量解析而來，從頭至尾為恒定數(shù)值，如某電子部件的工作狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)。該類數(shù)值需要計(jì)算整個(gè)過程中的最大值和最小值，并且最大值和最小值均和給定固定值相等。

2)0d02(點(diǎn)火類數(shù)據(jù))

點(diǎn)火類數(shù)據(jù)是直接作為電壓(模擬點(diǎn)火具負(fù)載)模擬量來采集，該類信號(hào)普遍存在于制導(dǎo)彈藥當(dāng)中，如發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、熱電池點(diǎn)火、引信解保點(diǎn)火等，需要計(jì)算的參數(shù)為點(diǎn)火脈沖的時(shí)序、幅值以及脈寬，所有參數(shù)的測(cè)試值均需要在合格判據(jù)范圍之內(nèi)。

3)0d03(電壓類數(shù)據(jù))

電壓類數(shù)據(jù)既可作為模擬量直接采集，也可從數(shù)字量解析而來，是評(píng)估制導(dǎo)彈藥電氣性能的重要參數(shù)，如彈上各部件工作所需要的模擬供電信號(hào)，需要計(jì)算的參數(shù)為轉(zhuǎn)電之后電壓的最大值、最小值、紋波峰峰值的絕對(duì)值等，所有參數(shù)測(cè)試值均在合格判據(jù)范圍當(dāng)中則判斷合格。

4)0d04(變化趨勢(shì)類數(shù)據(jù))

變化趨勢(shì)類數(shù)據(jù)是指具有特定的變化趨勢(shì)，如鋸齒波、方波、正弦波等，或可對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行理論計(jì)算，常見物理量有舵機(jī)指令、舵機(jī)反饋和舵機(jī)指令反算等，該類數(shù)據(jù)首先需要與給定波形做差，然后計(jì)算差值的最大值與最小值，判斷系統(tǒng)相應(yīng)延遲，實(shí)測(cè)數(shù)值均在判據(jù)范圍則為合格。

5)0d05(區(qū)間類數(shù)據(jù))

區(qū)間類數(shù)據(jù)是指該物理量在整個(gè)測(cè)試過程中在一定區(qū)間范圍內(nèi)浮動(dòng)變化，如彈體X，Y，Z三個(gè)方向的加速度及角速度信息，彈體不同位置的溫度信息，制導(dǎo)彈藥的經(jīng)度、緯度、大地高度定位信息等，該類數(shù)據(jù)需要計(jì)算的參數(shù)為最大值與最小值，實(shí)際測(cè)試值均在給定區(qū)間內(nèi)則判斷合格。

2.4 判讀推理流程模塊

判讀推理流程模塊是整個(gè)自動(dòng)判讀系統(tǒng)的核心，其推理算法及邏輯直接影響到判讀結(jié)果的有效性及可信度。制導(dǎo)彈藥自動(dòng)判讀推理流程示意圖如圖2所示。在開始數(shù)據(jù)采集之前，需要加載數(shù)據(jù)格式以及判讀規(guī)則文件，判讀規(guī)則文件主要對(duì)數(shù)據(jù)組成進(jìn)行定義說明，并對(duì)所有物理量對(duì)應(yīng)參數(shù)的合格區(qū)間進(jìn)行配置，然后等待數(shù)據(jù)采集，對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理之后的物理量需要進(jìn)行數(shù)據(jù)類型判斷，不同類型的數(shù)據(jù)需要計(jì)算的參數(shù)不同，若為電壓類數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)類數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)一步處理之后再進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，最后將計(jì)算出的參數(shù)值與判讀規(guī)則配置文件中的合格區(qū)間進(jìn)行比對(duì)，并做出合格或不合格結(jié)果判讀。目前的判讀模塊部分是基于模塊化設(shè)計(jì)，以便于數(shù)據(jù)類型增加之后對(duì)判讀推理流程模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展。

圖2 判讀推理工作流程示意圖

3 判讀系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 測(cè)試零點(diǎn)識(shí)別

測(cè)試零點(diǎn)是時(shí)間基準(zhǔn)，采集數(shù)據(jù)注入的時(shí)標(biāo)信息需要使用測(cè)試零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于制導(dǎo)彈藥工作流程來說，一般選擇炮口分離或電壓轉(zhuǎn)換時(shí)刻作為零點(diǎn)，具有階躍信號(hào)特征，可采用閾值進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)連續(xù)10個(gè)采樣點(diǎn)大于設(shè)定閾值時(shí)，則以第一個(gè)大于閾值的采樣點(diǎn)時(shí)刻作為測(cè)試零點(diǎn)，所有采集數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)減去該測(cè)試零點(diǎn)作為其真實(shí)時(shí)標(biāo)，正值表明為飛行時(shí)刻，負(fù)值表明為飛行前準(zhǔn)備時(shí)刻，所有點(diǎn)火信號(hào)的時(shí)序參數(shù)也是相對(duì)測(cè)試零點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

3.2 單次測(cè)試數(shù)據(jù)分析

單次測(cè)試是指執(zhí)行一次綜合測(cè)試任務(wù)。依據(jù)該自動(dòng)判讀方法，將測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算生成測(cè)試報(bào)表，作為制導(dǎo)彈藥技術(shù)狀態(tài)確認(rèn)的依據(jù)。如表1所示，為測(cè)試報(bào)表模板，主要由各個(gè)物理量參數(shù)的理論范圍、實(shí)測(cè)值以及判讀結(jié)果構(gòu)成，部分參數(shù)需要結(jié)合人工判讀來生成最終結(jié)果。

表1 單次測(cè)試自動(dòng)判讀生成報(bào)表

3.3 橫向測(cè)試分析

橫向測(cè)試分析是指對(duì)不同編號(hào)的產(chǎn)品在同一測(cè)試科目的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，大多數(shù)參數(shù)會(huì)根據(jù)產(chǎn)品個(gè)體差異性符合一定的正態(tài)分布N(μ，σ2)。表2是某彈藥不同編號(hào)產(chǎn)品在出廠測(cè)試時(shí)電源1測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)圖3是其波形圖，由圖可以看出：將該物理量數(shù)值劃分為包絡(luò)區(qū)間、系統(tǒng)指標(biāo)區(qū)間和其他區(qū)間，若測(cè)試結(jié)果落入包絡(luò)區(qū)間則為合格，落入包絡(luò)區(qū)間外系統(tǒng)指標(biāo)區(qū)間內(nèi)則為超差，落入其他區(qū)間則為不合格。

表2 電源1數(shù)據(jù)橫向測(cè)試分析(出廠測(cè)試)

圖3 電源1橫向測(cè)試數(shù)據(jù)分析圖

3.4 縱向測(cè)試分析

縱向測(cè)試分析是指對(duì)同一套產(chǎn)品在生命周期內(nèi)不同階段的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比[7]，采用成功的飛行數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，將以往的產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果及系統(tǒng)要求指標(biāo)與本次試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)[8]。表3是電源1產(chǎn)品編號(hào)001參數(shù)的縱向測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果列表。

表3 電源1數(shù)據(jù)縱向測(cè)試數(shù)據(jù)(001#產(chǎn)品)

4 結(jié)束語

對(duì)制導(dǎo)彈藥測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)判讀方法進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)對(duì)測(cè)試物理量進(jìn)行了分類處理，并設(shè)計(jì)了判讀推理流程模塊。在實(shí)際應(yīng)用上，從橫向測(cè)試分析和縱向測(cè)試分析方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該自動(dòng)判讀系統(tǒng)可提高測(cè)試數(shù)據(jù)的判讀效率。未來隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其判讀規(guī)則將得到不斷的優(yōu)化改進(jìn)，判讀結(jié)果的準(zhǔn)確性與覆蓋率也會(huì)得到不斷完善，將會(huì)提高制導(dǎo)彈藥在研制、生產(chǎn)以及使用階段的測(cè)試效率。