導彈飛行試驗快速判決系統設計?

李 鵬

（92941部隊 葫蘆島 125001）

1 引言

在導彈飛行試驗中，如果導彈飛行異常，直接威脅到航區周圍重要設施和人民生命財產安全。導彈飛行結束后，為了盡快決策后續任務是否順利進行，指控中心需要快速計算脫靶量、遙測關鍵參數異常判決［1］、導彈落點等快速判決結果，為試驗指揮人員和總體技術人員作出指揮決策提供技術支持。隨著新武器裝備試驗向大射程、大空域、高速度等方向發展，快速判決已經成為越來越重要的數值依據。因此對導彈快速判決的系統建設提出了迫切的要求［2］。

2 系統功能

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

2）對遙測關鍵參數、導彈外彈道實時預測變化趨勢，提前對導彈航跡將要超出航跡邊界和遙測參數超出閾值進行預警。

3）通過圖像未發現導彈命中靶船，或者實時落點距靶位點較遠時，用事后數據重新計算落點數據確認導彈落點。

4）利用實時的導彈GPS、雷達定位結果和實時靶船定位數據快速計算導彈脫靶量，分析導彈命中情況。

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

6）通過遙測實時挑點參數以及飛行實況圖像等信息判斷導彈飛行異常，出現提前落水或明顯偏離航向的情況時，對數據處理結果的遙測關鍵參數轉換成相應格式，對導彈故障診斷，查找故障原因。

7）利用實時處理結果對試驗過程復演。

3 系統組成

3.1 硬件配置

1）數據處理結果匯集服務器

2）遙測關鍵參數判決服務器

3）脫靶量、落點計算服務器

4）顯示復演服務器

5）打印機

3.2 軟件配置

1）Unix操作系統

2）Windows xp操作系統

3）QT++編程語言

3.3 軟件系統組成

1）實時判決預處理

（1）判決信息匯集

將實時解算的遙測關鍵參數以及導彈GPS數據、靶船定位數據按固定時鐘周期匯集分發給遙測關鍵參數判決服務器、脫靶量及落點計算服務器。

（2）對參加判決的數據信息幀按接口規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

利用實時的導彈GPS、雷達定位結果和實時靶船定位數據快速計算導彈脫靶量［3］，分析導彈命中情況。

3）遙測關鍵參數異常分析子系統分析遙測參數是否異常、遙測指令。

4）計算導彈落點子系統

5）數據庫子系統

管理存儲型號導彈的異常判決知識準則、遙測關鍵參數特征信息、預測算法、以及遙外彈道數據處理結果、理論值等信息。系統組成如圖1所示。

圖1 飛行試驗快速判決系統組成

4 系統技術實現

4.1 實時判決預處理

研究牛頓插值算法，該方法將試驗數據進行函數逼近，形成遙測數據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據，容易引起野值逆傳并且需要積累當前時刻之后的數據，在實現時影響到算法的效率和實時性。因此用前推插值方法。

4.2 遙測關鍵參數異常判決的方法

4.2.1 基于規則的知識庫及求解策略

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

4.2.2 知識庫表的設計方法

設計了以下主要數據表構成知識庫［6～7］：事實表、結論規則表、函數表和元數據表。事實規則表用來存儲事實。結論規則表存儲中間規則和結論規則，函數表存儲規則前提中的函數表達式。

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

2）規則集用來存放領域知識轉換成的產生式規則。在本系統中，規則集存儲三種類型的知識規則：事實規則、中間規則和結論規則。在系統中，規則集和屬性集是由自定義結構類型的動態數組構成。

3）方法集用來存放操作知識對象的方法。它包括三個部分：轉換操作集是把屬性集轉換成規則集的方法，其主要功能是建立由知識對象到產生式規則之間的映射關系；知識校驗集是各種校驗知識規則的方法集合，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。關于知識表示的對象思路設計如下：

class Knowledge//知識表示的類設計

｛

屬性成員：

int KnowObject_ID；//知識對象標識

PreCensequece*FaultPhenomena；//故障現象集

PreCensequece*FaultCause；//故障原因集

Ruletype*Ruleset；//規則集

方法成員：

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

void knowledgeverificating（）；//知識校驗

｝

Struct PreCensequece//故障現象集結構

｛

String precondition；//前提

String Censequece；//結論

｝

Struct RuleType//規則集結構

｛

PreCensequece *FaultRule；//事實規則集

PreCensequece *MidEndRule；//結論規則集

PreCensequece *Next；//下一條規則指針

｝

4.3 脫靶量計算的方法

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

地球自轉角速度：

其中：

引力加速度：

5 快速判決系統的實現及技術指標

5.1 系統實現

快速判決系統用QT編程實現，以某幾個典型型號任務為例，用歷史任務數據進行復演，輸入快速判決系統，得到相應的判決結果。判決主界面如圖2所示。

圖2 飛行試驗快速判決系統主界面

5.2 技術指標

1）實時性指標：關鍵參數判決和預測處理時延小于1s；

2）脫靶量計算指標：實時計算脫靶量誤差小于5m；

3）異常判決功能指標：提前2～3個實時處理周期對參數異常告警。

6 結語

本文設計了導彈飛行試驗快速判決系統，在多型號導彈飛行試驗任務得到了應用，判決系統對遙測關鍵參數判決結果正確，起到了故障預警和安控判決輔助決策的作用。確保了試驗任務的順利完成。落點計算和脫靶量計算準確，快速分析導彈命中情況。試驗應用證明：該文設計的快速判決系統技術先進，設計合理，模型正確。提高了導彈的實時判決效率，滿足靶場試驗任務中導彈內彈道的安控數判工作要求，在技術上和應用上是切合實際、合理可行的。

參考文獻

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