艦艇作戰指揮系統軟件實戰化測試設計

趙正海 張 峰

（91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

裝備試驗面向實戰化的需求愈發強烈，裝備軟件測試也同樣具有面向實戰的需求。艦載指控系統作為艦載作戰系統的核心，是各類情報信息的收集、傳輸、處理自動化，實時、有效地進行作戰指揮，對武器裝備進行控制的指揮自動化系統。艦載指控是以軟件為核心的裝備，體系結構、信息關系復雜，一般意義上的軟件測試側重于驗證軟件基本功能和接口，不能充分驗證裝備軟件使命任務完成能力的深層需求；要在試驗或演習中驗證體系作戰能力，代價巨大且樣本量較少，設置符合實戰要求的場景，以仿真手段驅動艦載指控系統進行驗證測試是效費比較高的方式。緊貼實戰化考核需求應將被測裝備軟件納入相關裝備體系，基于實戰背景構建試驗想定，在體系對抗中檢驗艦載指控的作戰效能；艦載指控的實戰需求與艦艇平臺緊密相連，以驅逐艦為例，使命任務主要分為防空反導、水面攻擊和反潛，通過設置符合艦艇作戰系統使命任務的戰場態勢，檢驗指控系統主要指標及使命任務完成情況（信息處理容量、信息處理準確性、信息處理精度、指揮控制能力、目標指示能力）［1～2］。

2 實戰化測試實現方法

裝備軟件的測評普遍要求在實裝、實際環境中進行，實裝指軟件運行環境，在實際裝備中運行被測軟件就能夠解決；“實際環境”指裝備軟件的數據環境，不僅指模擬各傳感器發送符合通信協議和信息流程的數據，驅動指控軟件運行就能達到目的；指控處理的數據是各傳感器在戰場上采集的具有戰術意義的空海目標形成的航跡數據，在設備、平臺、體系中考察軟件的能力。

水面艦艇作戰指揮綜合試驗系統能夠提供目標、電磁環境、水文氣象等模擬信息以及編隊、預警機等協調兵力的模擬，實現水面艦艇作戰環境的體系仿真［3］。艦艇作戰指揮系統軟件測試框圖如圖1所示。

圖1 艦艇作戰指揮系統軟件測試框圖

水面艦艇作戰指揮綜合試驗系統主要功能如下。

2.1 劇情編輯

設計試驗測試的戰場劇情，設置各類空中、水面、水下目標，設計航路及運動參數，設置試驗區域內水文氣象電磁環境信息。

2.2 雷達模擬

根據被測艦載指控軟件配置相應的雷達模擬軟件，各雷達模擬軟件接收到劇情信息后，根據威力、電磁環境、探測概率等參數生成目標探測信息發送至指控系統［4］。實戰中受復雜電磁環境影響后的信息源表現為探測器的探測距離和空間范圍被壓制，有效探測時間降低，定位精度降低，受欺騙式干擾影響，產生假目標。

復雜電磁環境下，雷達的直接表現為信噪比下降，對目標的發現概率Pd為

其中：Pd為發現概率；RSNR為單個脈沖的信噪比；n為脈沖個數，且n=θ/ω·fr；θ為雷達波束寬度；ω為天線掃描速度；fr為脈沖重復頻率。計算出Pd后，隨機產生一個服從［0，1］均勻分布的隨機數P0，若P0＞Pd則表示發現目標，反之，沒有發現目標［5］。

雷達干擾的壓制系數計算公式如下：

其中，pj為干擾機的功率；pt為雷達功率；gj為干擾機增益；gt為雷達增益；r為本艦和目標距離；s為目標雷達反射面積；fj為干擾機帶寬；fr為雷達帶寬；rj為雷達極化。用查表法讀取相應參數，實時計算壓制系數、虛情率、漏情率，計算距離、方位坐標的誤差量，控制目標航跡的輸出。

2.3 協同平臺

模擬編隊協同艦、預警機、岸基指揮中心與被測指控系統軟件情報信息及指揮控制命令收發；能夠模擬參試平臺向編隊指揮系統發送的各類信息（組網建鏈狀態信息、平臺信息、武器裝備狀態信息、情報信息、作戰計劃信息、指揮文電與回執信息等）。

2.4 武器模擬

模擬被測艦艇平臺武器系統，接收指控系統目標指示，模擬武器打擊目標。能夠對艦載電子對抗與水聲對抗系統模擬器的工作方式、工作狀態等進行操作；能夠模擬導彈、艦炮、反潛武器系統的工作方式、工作狀態、作戰干預響應等進行操作；能夠對通信系統模擬器進行建網管理和工作方式操控。

2.5 評估

擬定測試點，錄取指控輸入輸出數據，進行功能、接口、性能測試，根據評估模型進行評估。主要性能指標包括融合精度、反應時間、虛情率、漏情率等。

3 防空反導態勢下指控軟件測試

艦載作戰指揮系統負責完成艦載探測設備的組織和指揮；實時收集視頻、圖像和數據等信息；實時進行目標信息融合、目標綜合識別以及環境等信息的綜合處理，實時接收編隊指揮節點下發的編隊統一態勢；動態組織武器通道，人工/自動作出目標指示等作戰指揮命令；具體戰技指標為信息處理容量、信息處理準確性、信息處理精度、指揮控制能力、目標指示能力，要在實戰背景下驗證艦載指控的功能性能，必須提供符合實戰意義的信息輸入，綜合考慮戰場復雜電磁環境、復雜地理環境、復雜氣象環境，對抗的目標及協同目標符合戰術原則［6］。

一般意義上的軟件測試驗證軟件功能、性能等與軟件需求的符合程度；實戰化測試：根據裝備使命任務，驗證在整個裝備體系中，在符合實戰的態勢下，完成使命任務的能力。使命任務與軟件需求沒有明確的映射關系，更多的是以隱含需求的方式存在，實際操作中需對使命任務進行挖掘分解，將隱含需求明確映射至特定場景，設置環境與數據對隱含需求抽樣測試。下面以水面艦艇防空反導為例，進行指控軟件需求的映射關系挖掘；防空反導任務中艦載指控組織全艦探測器進行信息收集，接收指揮所或友鄰艦艇下發的情報信息，組織本艦武器系統多層次、多批次防空反導。檢驗指控系統的戰術使用合理性、信息流程正確性、指揮關系協調性［7］。從測試角度驗證，落實到可操作層面，需對應的測試項和測試用例支撐。

電磁環境設置：環境信號密度、威脅目標信號樣式類型，威脅雷達包括敵方的各種警戒雷達、火控雷達和導彈末制導雷達。

水文氣象信息設置：風向、風速、溫度、濕度等參數。探測器模擬軟件模型中設置了環境影響因子，電磁和水文氣象參數影響探測器的發現距離、發現概率、探測誤差、航跡穩定性等結果，從而影響指控輸出的航跡數據。

目標數量設置：考慮目標容量測試性能指標，根據設置的目標態勢，各探測器軟件形成的原始航跡數量應不小于指控軟件目標容量指標。

目標態勢設置：雙機編隊對本艦進行導彈攻擊，飛機航路符合對海導攻的戰術原則，導彈航路以典型對海導彈為原型設置（掠海飛行、蛇形機動、末端躍升），并進行簡單航路規劃；目標距離覆蓋遠中近，組織本艦進行多層次多批次的防空反導；設置目標不同威脅等級，考察指控進行目標威脅判斷與排序、攔截可行性判斷。

協同平臺設置：預警機、編隊、岸基指揮所發送目標情報信息，指揮控制命令。

防空效果評估：防空效果主要表征為防空行動中艦艇未損傷的數學期望值，即受攻擊后艦艇戰斗力的保存概率。

式中：Pb為單枚普通導彈命中艦艇概率；Ph為特殊導彈在艦艇殺傷半徑范圍內引爆概率；W為摧毀一艘艦艇所需導彈平均命中數；N為艦艇數量；Q()

n為n個來襲目標中未被艦艇防空兵力摧毀的數學期望值；np為敵普通導彈總數；nh為敵特殊導彈總數［8］。

4 數據錄取與評估

單艦指控在防空反導的實戰態勢下，進行指控軟件主要指標的評估，評估結果更具備實戰參考價值。劇情網與裝備網相互獨立，同時錄取劇情目標信息（作為真值）和裝備網內探測器航跡數據及指控輸出的數據，進行下列指標分析和評估［9～10］。

信息處理能力：驗證指控系統軟件處理航跡容量和精度是否滿足指標要求。融合精度一般指控融合后的數據與目標真值之間的均方根差，編隊或指控中心一般以經緯度作為衡量指標，單艦指控以距離和方位的均方根差作為衡量指標更具備實際意義。

融合精度計算公式：

s為目標方位或距離誤差均方根，xi為某次融合的一次差，xˉ為一次差均值。

圖2 融合精度數據示意圖

虛情率和漏情率：根據指標及置信度要求，計算得到數據量要求，設置目標數量，控制用例執行時間，錄取劇情和指控軟件輸出航跡信息，驗證虛情率和漏情率是否滿足要求。

指揮控制能力：根據劇情態勢，控制兵力類型、目指批數，驗證指控軟件的指揮控制能力。

輔助決策能力：劇情目標真值數據與指控軟件輸出數據進行時間、位置、批號等進行匹配；根據劇情態勢真值，驗證指控軟件的威脅判斷、排序、攔截可行性判斷功能正確性。

系統反應時間：人工目標指示反應時間與態勢復雜性、操作人員操作水平密切相關，要使該指標的測試結果具備實戰參考價值，必須要在實戰態勢下由經過合格培訓的操作人員完成；態勢應覆蓋反導、對海攻擊、反潛等典型態勢；經多次測試、取最大時間作為測試結果。自動目指的反映時間可用在程序內插樁的方式獲取接收到航跡的時間和發出目指的時間，人工目指時間可用秒表多次人工測量獲得［11］。

信息處理實時性：目標出現在全艦探測范圍到指控系統形成有效航跡的處理時間，是具備實戰意義的指標。該指標測試結果與電磁環境復雜性緊密相關，測試中設置不同脈沖密度的電磁環境，該指標測試結果一般不作為是否合格的依據，只作為裝備軟件使用參考。

5 結語

裝備軟件應用場景是戰場環境，只有在符合戰場環境的態勢下測試，才能充分暴露軟件缺陷；而戰場環境的復雜性、不確定性決定了軟件測試的充分性是個難題，需要深入挖掘裝備的使命任務與軟件測試需求的映射關系［12］；軟件測試是一種抽樣，本文以防空反導為例論述了指控軟件的實戰化測試的思路，如何覆蓋水面艦艇的對海攻擊、反潛等核心使命任務，需要進一步開展專題研究。