艦炮武器系統在線監控技術研究

許向陽

XU Xiang-yang

(駐北京地區艦船設備軍事代表室，北京 100176 )

0 引言

隨著信息技術的迅猛發展，武器裝備的信息化也得到了較大提高。這不僅促進了武器裝備整體作戰效能的提升，也為裝備保障發展提供了新的機遇。隨著艦炮武器系統全數字化的實現，為武器系統在線實時監控技術的研究與應用創造了條件。

1 武器系統維修保障現狀分析

因為目前的在艦炮武器系統中在線實時監控技術應用較少，武器系統在維修與保障過程中存在著下述問題：

1）由于缺少系統級在線監控設備，武器系統在作戰或訓練過程中出現故障時無法在最短時間內進行故障排除。

2）由于無法實時記錄出現故障時刻的信息，離開特定環境后故障難以復現，技術人員到現場后無記錄信息，結果給故障的排除帶來很大困難。

3）缺少形象化的系統工作流和信息流的表述手段，影響部隊熟練掌握武器系統。

4）由于缺少對系統級關重件（如身管等）信息的采集，無法對系統隨著使用時間的累積其作戰效能衰減的程度進行預估。

5）缺少交互式故障隔離和故障處理案例提示的手段，使得部隊使用人員對故障的定位不準確，有些可以自行解決的問題無法解決，影響了裝備的使用。

上述問題除影響系統保障能力的提升外，也會影響武器裝備的可用性和其戰備完好性。

__基于信息的在線監控技術可以對系統運行態勢進行實時監控，實時顯示系統運行態勢，為使用人員決策提供充分依據；當系統出現故障時可以通過人機交互方式對系統故障定位及隔離，提出解決故障的參考方案；對于部隊無法在現場立即解決的故障，工業部門技術人員通過收集的發生故障時信息進行分析可以準確對故障定位并解決問題。

2 在線監控技術實現的技術方案

2.1 在線監控實現的主要功能

1）試驗記錄：實時記錄系統試驗過程中的原始報文，并解析原始報文，設備及關鍵件使用日志的記錄，顯示試驗中關鍵數據；并基于系統實時錄取的試驗信息，畫出系統一些相關信息的走勢圖，為試驗分析提供依據。

2）系統運行監控：提供報文的錄入、存儲、顯示的功能，同時根據報文進行初步的分析：根據對報文的分析顯示系統信息流運行狀況和系統工作流執行情況，根據報文內容或者報文的一些統計值進行故障警示，并進行故障分析診斷。可以進行故障交互式判定。

3）信息查詢：主要提供兩種方式的組合/模糊查詢功能，一種是對歷史記錄的查詢，另一種則是系統提供了一些典型的案例，可以進行學習性的查看。

4）數據導出：系統提供數據交換的接口，可以方便地將監控記錄導入導出，用戶信息采集：系統初始化設置的目的是讓用戶錄入被測艦艇及被測系統的基本信息、關重件信息及使用時海情氣象信息。

5）電子技術文檔：提供系統學習資料/幫助文檔和監控設備學習資料/設備幫助文檔，可以方便地用于使用查詢和學習，同時為用戶提供了設備硬件信息、報文相關信息以及知識庫的查閱功能。

6）系統效能預估：通過對系統關重件及可靠性信息的積累，以及對系統性能變化的預測，對系統的效能進行預估，為使用者決策提供參考，如果出現隱患提醒使用者采取措施，以免貽誤戰機。

7）射擊數據綜合：系統對被測系統在執行射擊任務時的相關數據進行篩選，集中顯示執行這一作戰任務的關鍵數據，為評定射擊任務完成情況、系統射擊中發現問題等提供經驗及數據資料。

2.2 在線監控與被測系統結構分析

在線監控與被測系統的結構可以采用兩種方式如下：

1）在線監控與被測系統物理集成一體；

2）在線監控與被測系統分散布置，相對獨立。

上述兩種結構各有不同，如果采用基于元器件數據對系統相關信息進行記錄，不進行在線實時監控，不需要建立數據倉庫，需要的空間資源和時間資源有限，采用集成結構不會對被測系統的運行帶來影響，從適裝性考慮采用集成結構更為合理。如果基于信息對系統進行在線監控，其基礎必須建立數據倉庫，同時采用數據挖掘技術進行邏輯推理和判斷，需要的空間資源和時間資源比較大，如上面功能所述，在線監控實時顯示系統運行情況，因而結構采用在線監控與被測系統分散布置更為合理；在線監控部分只是接受網絡報文，不向網絡發任何報文，這樣結構不會對被測系統運行帶來任何影響。

利用了系統網絡結構的可擴展性，將測試設備無縫接入系統之中，實現測試系統與被測試系統之間信息的單向聯通。監控設備接入被測系統方式如圖2所示。

圖1 監控設備接入系統方式圖

監控設備可能對系統性能產生的影響集中體現在交換機上，具體有以下三個方面：

1）交換機非鏡像端口需要復制分發數據到鏡像端口；

2）鏡像數據產生使交換機上數據流量增大；

3）數據是否會超出鏡像端口處理能力，進而影響交換機正常工作。

通過分析，現有某武器系統的極限并發數據量＜500字節/毫秒，系統所配備交換機的吞吐能力＞10000字節/毫秒。

針對可能產生的影響：鏡像數據與原有數據的累計并發數據量＜1000字節/毫秒，遠低于交換機的處理能力（ ＞10000字節/毫秒），因此監控設備不會對系統產生任何影響。

2.3 在線監控軟件設計分析

監控設備應用軟件運行在以操作系統為基礎，底層驅動和支撐軟件為支持的軟件環境中，設備軟件結構如圖2所示。

圖2 設備軟件結構

操作系統選用windows系列操作系統；底層驅動包括顯卡驅動、網卡驅動、串口驅動等各種驅動；支撐組件是指windows消息隊列等各種商用成熟組件；應用軟件是指有待開發的監控設備軟件。設備軟件模塊劃分如圖3所示。

圖3 設備軟件模塊劃分

2.4 設備軟件數據流程

監控設備的功能基于兩部分數據：一是從被測系統中錄取的報文數據，另一個是知識庫數據。知識庫數據包含了報文設置、工作流設置、故障類型資料、故障的診斷分析模型等部分的內容。監控設備對被測系統的工作狀態認定以及對故障的分析診斷則完全基于被測系統的報文數據，報文數據是所有工作的起點、基礎，而知識庫則提供了判斷的依據，軟件數據流程如圖4所示。

圖4 軟件數據流圖

2.5 在線監控工作原理

設備工作以數據流程為先導，將數據按實時、回放、導入、導出和知識庫學習等功能進行流程操作。

具體如圖5所示。

圖5 設備工作原理框圖

3 結束語

在線實時監控技術在某型艦炮武器系統試驗中已進行了試驗驗證與應用，試驗證明采用該技術對于艦炮系統故障信息收集、故障原因分析與定位均有較大幫助。進一步加強在線實時監控技術的研究，并適時在艦炮武器系統中推廣應用，將會有助于發揮武器系統的作戰效能，為部隊維修保障提供有效的技術手段。

[1] 張叔農,謝勁松,康銳.電子產品故障預測技術框架[J].測控技術,2007,26:12-16.