飛行器多目標選擇虛實合成試驗方法

孫茂義，肖 冰

(中國人民解放軍 91550部隊，遼寧 大連 116023)

飛行器多目標選擇虛實合成試驗方法

孫茂義，肖 冰

(中國人民解放軍 91550部隊，遼寧 大連 116023)

由于目前外場試驗環境與飛行器使用環境存在一定差距，對飛行器性能的評價有一定的局限性，甚至會導致“真實的試驗，不真實的結果”的現象出現，使得飛行器某些性能不能得到真實的檢驗，提出了一種虛實合成試驗方法；介紹了虛實合成試驗的基本概念和構建要求,闡述了飛行器多目標選擇虛實合成系統構建技術及試驗評估過程, 設計了多目標選擇虛實合成系統試驗方案；該方法支持了某型飛行器的試驗總體方案論證，有良好的應用性和可推廣價值；對完成新型飛行器性能的全面檢驗，對于提高試驗鑒定水平和能力具有重要意義。

飛行器；目標選擇；虛實合成

0 引言

隨著飛行器技術發展，其技術性能和使用性能指標不斷提高，對試驗鑒定技術提出了新的、更高的要求[1]。已有的試驗模式不能完全適應飛行器試驗鑒定的需要，應該建立適應武器裝備發展的試驗模式和建設必須的試驗保障條件。

目前的試驗模式由于受到試驗裝備種類和性能、試驗航區、組織實施等因素的限制，依據目前的試驗條件，單一依靠外場試驗或內場仿真試驗，存在試驗逼真度不高的問題。由于外場試驗試驗環境與飛行器使用環境存在一定差距，盡管外場試驗所獲取的數據是真實的，但是對飛行器性能的評價卻有一定的局限性，甚至會導致“真實的試驗，不真實的結果”的現象出現，使得飛行器某些性能不能得到真實的檢驗。

為了全面檢驗飛行器性能，應充分利用已有的試驗場設施，采用分布式交互技術，集成各類試驗資源，將實物、仿真模型、各類仿真模擬器等有機的結合，構建一個包含飛行器實物、數學仿真、硬設備和人在回路中的虛實合成試驗系統，形成貼近實戰、低消耗、高逼真度和高置信度的虛實合成試驗環境。通過各類試驗資源的互操作、重用和組合，由真實的、虛擬的或構造的資源集成而建立起的試驗系統，具有互操作、可重用、可組合的特點[2]。從試驗場地自身發展角度來看，應開展虛實合成試驗環境構建技術研究與實踐，向聯合試驗模式轉型，使試驗鑒定結論更經得起實踐檢驗。

1 虛實合成試驗系統概述

由于試驗場地條件的限制，僅由外場飛行試驗或仿真試驗是無法完成飛行器試驗與評估，必須由外場飛行試驗和仿真試驗有機結合構成虛實合成試驗，才能更好地完成試驗與評估。虛實合成試驗是根據某一個具體項目的試驗要求，充分利用各種試驗裝備和設施，通過各類資源的互操作、重用和組合，由真實的、虛擬的或構造的資源集成建立起來系統而開展的試驗。

1.1 虛實合成試驗系統構建總體思想

對于飛行器試驗鑒定來說，采用真實作戰環境的飛行試驗，對系統性能評估的置信度較高，結果能夠反映飛行器的真實水平。但是，需要大量人力物力，甚至某些環境以目前的技術水平是無法構造的。虛實合成試驗是將實物、模擬器仿真、數字仿真等組合到一起，構成一個既有實物又有模擬器仿真和數字仿真的試驗系統，形成虛實合成的試驗環境。

虛實合成試驗系統建設目的：一是擴充試驗能力、拓展應用領域，當真實的實體被仿真模型取代后，即經過實物虛化和虛物實化過程后，真實試驗場就轉變為虛擬試驗場。二是減少試驗消耗，即在消耗同等試驗資源的情況下可以獲取更多試驗信息。

建設虛實合成試驗系統的原則：以費效比最好的方法提供試驗鑒定所需的信息。處理好真實試驗場與虛擬試驗場之間的關系：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據的“真實”而忽略仿真技術在試驗鑒定中的作用，也不能單純為了虛擬而虛擬，忽略真實試驗場對虛擬試驗場的VV&A。

一體化虛實合成試驗系統構建總體思想：利用分布交互技術集成各類試驗資源，將飛行器、仿真模型、各類仿真模擬器等手段有機的結合，構建貼近實戰威脅的、低消耗、高逼真度和高置信度的虛實合成試驗環境，構建一個包含飛行器實物、數學仿真、硬設備在回路和人在回路的虛實合成試驗系統。

1.2 虛實合成試驗系統構建要求

虛實合成試驗系統是根據某一具體試驗要求，充分利用各種試驗設施，通過各類資源的互操作、重用和組合，由真實、虛擬或構造的資源集成而建立起的試驗系統。

(1) 系統的互操作。

虛實合成試驗系統支持不同類型人員和不同種類技術開發的系統在多種層次進行互操作。在某個給定的計算機上或擴展到幾個計算機之間可以互操作；在組件框架下，組件可以互操作；在由分系統組成系統的情況下，分系統間可以互操作。

(2) 系統的重用。

一體化虛實合成試驗系統要求開發的軟件元素、組件能夠實現重用，對于給定的組件除了能用于開發它的設施外，還能用于多個設施。如果滿足以下條件，一個組件就可以重用：它是建立在一個充分定義的公共體系結構上；它能與重用它的其它設施中的系統互操作；它有充分定義和充分記錄接口；它是一個“現有的”系統，但它能通過封裝，使得它與公共體系結構一致。

(3) 系統的可組合。

可組合主要集中在“應用級”的可組合。實現應用級的可組合，必須滿足以下標準：應用必須建立在某個公共體系結構基礎上；應用必須能互操作；必須建立用于支持組合過程的特定倉庫，包括：關于應用的信息倉庫、互操作信息倉庫、應用可執行程序本身的倉庫。

(4) 系統時空一致性。

采用時統措施和時間自治技術，根據異構系統的具體訂購/發布數據的情況，維持虛擬任務空間中所集成的仿真實體協調、有序、實時且滿足一定精度要求地運行，保證虛擬場景和真實世界的時空一致性。

2 多目標選擇虛實合成試驗系統構建方案

2.1 系統組成及功能

飛行器多目標選擇虛實合成試驗系統包括外場試驗系統、內場多目標選擇仿真評估系統。其中，外場試驗系統包括飛行器(含信息合成器)、目標模擬系統、測量系統和參試武器裝備；內場仿真評估系統包括多目標選擇性能評估實驗室、復雜電磁環境實驗室和指揮中心；整個系統在通信指揮系統的支持下構成統一的整體。

其中，多目標選擇性能評估實驗室中的目標生成模擬系統為分布式數學仿真系統，用于生成多個虛擬靶標，其屬性包括靶標編號、靶標經度、靶標緯度、靶標航向、靶標速度、靶標RCS和靶標類型[3]。飛行器上裝有雷達導引頭、信息合成器、綜合控制計算機和遙測系統等設備，信息合成器為飛行器上裝載的設備，用于將真實靶標和虛擬靶標進行隨機編號，靶標類型統一為艦船，均作為真實靶標信息傳給綜合控制計算機，其數據傳輸流程見圖1。

圖1 測試設備硬件架構

2.2 試驗評估過程

第1步：確定多目標選擇試驗目標。即通過多目標選擇虛實合成系統判斷多目標選擇性能是否滿足指標要求，從而達到評估多目標選擇性能的目的。

第2步：進行多目標選擇試驗前分析。試驗目標確定以后，就可以進行試驗前分析來預測飛行器的技術參數和多目標選擇性能參數，開發多目標選擇試驗計劃，多目標選擇試驗結果為成敗型，即選擇預設目標的正確性。

第3步：執行試驗。試驗執行是通過多目標選擇虛實合成系統的多目標選擇性能評估實驗室、復雜電磁環境實驗室、試驗外場和指揮中心完成的。

第4步：進行多目標選擇試驗后分析。該步對試驗結果進行分析以決定是否達到了預期，多目標選擇性能是否滿足技術需求。

第5步：多目標選擇性能是否滿足需求。該步是一個決策者進行“是/否”決策的時間。

第6步：改進。這是該過程的反饋環，在這里進行校正活動。

隨著試驗過程的深入，對飛行器多目標選擇性能和效能度量指標的預測會不斷得到驗證和改進[4]。

2.3 試驗方案設計

(1)靶標設置方案。

3個真實靶標在飛行試驗航區布設成一字形，位于中間的靶標與其它2個靶標距離5 km，靶標編號為1～3，靶標RCS為300 m2，靶標速度為10 m/s，靶標航向為90°，靶標類型為艦船目標。雷達導引頭將搜索到的真實靶標信息傳給靶標仿真系統和信息合成器，靶標仿真系統生成多個虛擬目標。每個真實靶標垂線距離5 km處各生成2個虛擬靶標，其位置散布精度小于1 km，編號為4～9，虛擬靶標RCS為250～350 m2，虛擬靶標速度為9～11 m/s，虛擬靶標航向為85～95°，虛擬靶標類型為干擾目標。靶標的位置關系見圖2。

虛擬靶標信息通過無線數據傳輸給信息合成器，信息合成器將真實靶標和虛擬靶標信息進行融合，將真實靶標和虛擬靶標進行隨機編號，目標類型統一為艦船目標，傳給彈上綜合控制計算機，按照設定的目標選擇方案確定待攻擊目標，指揮飛行器進行攻擊。

根據試驗現場測量數據，由飛行器選擇目標的正確性分析其目標選擇性能是否滿足要求。

圖2 想定編隊虛實合成試驗系統示意圖

(2)實施方案。

試驗潛艇和目標艦均抵達指定試驗海域后，飛行器系統發現目標。雷達導引頭將搜索到的真實靶標信息傳給內場目標生成模擬仿真系統和信息合成器，目標生成模擬仿真系統按照靶標布設方案生成多個虛擬目標。虛擬靶標信息通過無線數據傳輸給信息合成器，信息合成器將真實靶標和虛擬靶標信息進行融合，將真實靶標和虛擬靶標進行隨機編號，目標類型統一為艦船目標，傳給彈上綜合控制計算機，按照設定的目標選擇方案確定待攻擊目標，指揮飛行器進行攻擊。根據飛行試驗現場和測量數據，由選擇目標的正確性分析飛行器目標選擇性能是否滿足要求。

半實物仿真實驗室收到虛擬靶標和虛擬飛行器的空間位置、姿態信息后，驅動目標源模擬器合成包含目標信號，三軸轉臺上的導引頭捕獲跟蹤該信號，并將導引數據傳回數學仿真實驗室。數學仿真實驗室收到試驗數據后分析評估飛行器多目標選擇性能，虛實合成試驗結果在演示大廳實時演示，供試驗指揮人員決策。

2.4 保障條件

(1)通用的測試和發射陣地保障條件需求、試驗航區需求、測量控制系統需求、時統通信系統需求、數據處理需求、水文氣象需求、特裝保障和試驗兵力需求同飛行器飛行試驗。

(2)飛行器需加裝信息合成器，用于將真實靶標和虛擬靶標進行隨機編號，靶標類型統一為艦船，均作為真實靶標信息傳給綜合控制計算機。

(3)機動實體靶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)半實物仿真實驗室應具備模擬多個通道目標的能力。

3 結束語

針對飛行器受外場試驗條件限制，無法開展目標選擇性能試驗的實際狀況，敘述了虛實合成試驗的基本概念內涵和構建要求,闡述了多目標選擇虛實合成系統組成功能及試驗評估過程, 設計了多目標選擇虛實合成系統試驗方案。該方案已經在某型飛行器總體試驗方案論證過程中進行了初步應用，成效比較顯著，并可指導后續相關虛實合成試驗系統專項建設。

[1] 王國玉，馮潤明，陳永光.無邊界靶場：電子信息系統一體化聯合試驗評估體系與集成方法[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]張麗曄，廖 建，等.試驗訓練使能體系結構(TENA)的研究與應用[J].計算機測量與控制，2015，23(10)：3461-3464.

[3]孫茂義，肖 冰.海上機動目標建模及其在分布式仿真中的應用[J].計算機測量與控制，2015，22(3)：895-897.

[4]李 一，馮 楠.反艦導彈突防虛實合成試驗方法[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，高級工程師，主要從事導彈總體及系統仿真方向的研究。

1671-4598(2017)03-0237-03

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

TP273

A