反坦克導彈軟件系統指標體系研究

趙曙光 孫娟芬 杜佳原 劉鳳琪

摘 要：反坦克導彈武器是傳統的制導彈藥， 具有精度高、 毀傷效能好、 使用靈活的特點。 而傳統的反坦克導彈經過現代化的升級改造， 配備相應的軟件系統， 更加適應當前信息化作戰需求。 本文首先分析反坦克導彈系統的軟件組成， 從反坦克導彈應用場景需求出發， 通過研究導彈軟件系統的指標體系， 提出指標體系的質量符合性、 規范性、 科學性等設計原則， 總結出反坦克導彈軟件系統的功能、 性能、 安全性、 保密性、 可靠性、 易用性、 可移植性、 軟件工程等通用指標， 在應用場景需求維度上具有重要意義。

關鍵詞：???? 反坦克導彈; 彈載軟件; 系統組成; 指標體系; 標準

中圖分類號：???? TJ415.+2;TJ761? 文獻標識碼：??? A 文章編號：???? 1673-5048（2021）06-0104-07

0 引? 言

反坦克導彈武器是陸軍、 海軍陸戰分隊和空降分隊的重要裝備， 具有打擊精度高、 破壞效能好、 作戰時能靈活使用等特點。 傳統的反坦克炮彈經過制導化、 智能化、 多平臺發射的升級改造后更加適應當前信息化作戰需求。 尤其在復雜的山地、 丘陵攻防， 城市巷戰和海島搶灘中實現精確的、 大威力的毀傷， 能極大程度地摧毀敵方的戰斗力和人員作戰意志[1-4]。

反坦克導彈屬于軟件密集型裝備， 裝備軟件作用突出， 并且其軟件種類較為多樣。 反坦克導彈軟件是一種嵌入式軟件， 是反坦克導彈的更底層技術產品， 具有實時性、 分布性、 嵌入性、 高安全性、 高可靠性的特點。 反坦克導彈軟件分布于反坦克導彈的各個部件中， 如為增加其制導精度而使用的數字制導控制系統， 具有全天候、 全方位的攻擊性能并且能有效地提高導彈系統的抗干擾能力[5-8]， 與相應的硬件結合構成反坦克裝備的各項功能。 不同的反坦克導彈軟件系統控制下的導彈技術指標具有很大差異。

對于反坦克導彈軟件系統來說， 由于其主要應用場合位于戰場， 因此惡劣環境導致的軟件故障逐漸成為武器系統失效的主要原因。 軟件控制系統的研制質量已逐漸成為影響反坦克導彈武器系統效能發揮的關鍵性因素[9-10]。 因此， 從應用場景需求維度對反坦克導彈軟件進行系統指標研究具有重要意義。

1 反坦克導彈系統軟件

1.1 反坦克導彈系統組成

如圖1所示， 反坦克導彈系統主要分為兩大部分： 戰斗系統與配套設備。 戰斗系統定義為武器系統以及與

作戰相關的部分裝備， 包括地面制導設備、 制導彈藥、 運載設備和發射設備[11]。 配套設備定義為與檢測維修、 模擬訓練、 運輸裝填工作相關的裝備， 主要用于作戰過程中的后勤保障工作。 一般包括檢測維修設備、 模擬訓練器和運輸裝填設備[12]。

1.2 反坦克導彈系統中的軟件

由于微控制器技術的發展， 反坦克導彈開展了計算機技術在導彈方面的應用， 現在計算機技術已嵌入到反坦克導彈的方方面面[13]。

如圖2所示， 反坦克導彈武器系統軟件包括制導系統軟件、 毀傷控制軟件、 發射系統軟件、 操控軟件等。 主要的軟件配置項包括導引頭軟件、 陀螺/慣性測量軟件、 舵機軟件等。

（1） 導引頭軟件

其主要功能是： 搜索目標， 發現目標后， 控制穩定平臺對目標實施跟蹤， 執行目標偏差運算， 輸出目標偏差值[14]。 該軟件主要完成圖像處理、 位置計算、 伺服控制等功能， 對硬件平臺的運算能力、 接口能力、? 存儲能力要求較高， 其硬件環境大多選用ARM微處理器、 DSP數字處理器或DSP+FPGA的復合處理器[15]。

（2） 陀螺 /慣性測量軟件

其主要功能是： 周期性采集傳感器輸出， 按規定時間間隔解算導彈導航信息， 并將導航信息發送給彈載軟件。

該軟件的主要作用是數據采集以及導航信息解算， 因此其對運算以及存儲空間的要求較高， 硬件環境主要選用DSP數字處理器， 使用專用算法庫。 對于體積要求嚴格的導彈， 也可采用ARM微處理器。

（3） 舵機軟件

其主要功能是： 接收彈載計算機制導指令， 周期性采集傳感器信息， 綜合解算舵機控制指令， 控制舵偏角。

該軟件以通訊、 采集和控制為主， 對運算要求相對較低， 早期的舵機軟件硬件環境以8/16位單片機為主， 近年來開始采用ARM微處理器。

（4） 彈載計算機軟件

彈載計算機軟件主要功能是： 綜合形成導彈自檢結果， 從導引頭得到相應數據， 并由此計算出正確的導引信息; 經由慣性測量裝置計算得到導彈慣性導航信息; 依據當前的導彈狀態信息、 目標信息、 發射諸元信息等， 按照數學模型計算制導指令; 根據標準中的工作時序要求進行導彈時序方面的控制; 處理飛行異常狀態等。

為了成功完成控制任務以及適應發展需要， 對彈載計算機的特點提出以下幾個要求：

對環境變化響應敏感： 即將能反映環境變化的動態數據進行實時采集， 并且及時對相應數據進行分析和處理， 然后依據處理好的數據對環境狀態加以控制。

可靠性： 對于運行時間較短的環境， 一般從硬件方面加以考慮。 但對于運行時間較長的環境， 僅考慮硬件是不足以保證的， 還需對相應軟件進行設計， 使得當硬件出現突發狀況產生故障時， 也能做出降級處理。

開發時間： 程序要完成控制系統中對制導系統、 姿態控制系統、 程序指令進行控制， 其開發時間與導彈開發進程密切相關。

存儲容量： 由于彈載計算機為嵌入式產品， 工作環境為儀器艙內， 空間較為狹窄。 因此其體積、 質量和功耗受到嚴格限制， 對程序大小要求很高[16-17]。

綜上可見， 彈載計算機軟件集采集、 控制、 計算于一身， 其中以采集、 控制為主， 計算為輔， 所以大量采用ARM微處理器。 當對運算要求較高且體積有余量時， 也可采用DSP器件配合外圍擴展接口電路完成設計。

（5） 指揮設備軟件

其主要功能是： 實現發射控制的人機交互; 根據控制設備的自檢狀況， 對設備故障類型進行判斷并進行相應處理; 根據戰場實時情況判斷導彈發射時機; 對擊發按鍵進行控制， 執行發射流程， 最終完成導彈發射。

指揮設備是導彈系統人機交互的主要設備， 同時承擔導彈擊發這一關鍵任務。 為提高軟件系統穩定性、 縮短開發周期， 通常會選用嵌入式操作系統作為軟件平臺。 從幾種操作系統性能對比上來說， 一般會選用VxWorks或Linux。

2 反坦克導彈指標體系

2.1 反坦克導彈系統指標組成

反坦克導彈系統諸項戰術技術指標和使用要求組成了一個完整的、 系統的、 相互密切關聯的有機體系， 在層次上， 分為系統指標、 分系統指標和主要部件與設備指標三個層次。

2.2 系統指標

反坦克導彈系統指標可分為可靠性與維修性、 突防能力、 目標識別能力、 火力殺傷能力、 生存能力和環境適應性六大類[11]。

（1） 可靠性與維修性

反坦克導彈武器系統中的可靠性是測量裝備性能的重要指標。 可靠性是指在規定的時間內和條件下， 完成規定功能的能力， 可靠性主要取決于設計水平。

（2） 突防能力

主要包括運載方式、 載體性能、 重量指標、 反應時間、 飛行速度、 射程、 抗干擾能力等。

（3） 目標識別能力

主要包括探測距離、 識別距離、 夜間發現能力、 不良氣候發現能力等。

（4） 火力殺傷能力

主要包括目標容量、 有效射程、 射界范圍、 攻擊方式、 命中概率、 戰斗部威力等。

（5） 生存能力

主要包括防原子、 防化學和防生物戰能力， 裝甲防護， 發射安全區， 車體傾斜發射能力， 發動機不熄火發射能力， 軟發射能力等。

（6） 環境適應性

主要包括電磁環境、 溫度、 濕度、 海拔高度、 抗風能力、 振動環境等。

2.3 分系統主要指標

反坦克導彈的分系統主要包括（筒、 箱裝）導彈、 發射制導裝置、 檢測維修設備、 模擬訓練器[11]。

（1） （筒、 箱裝）導彈

其主要指標包括導彈的長度、 直徑、 重量、 運輸條件， 對發射適應性、 可檢測性、 可維修性， 發射與飛行可靠度、 無損落高、 安全落高等。

（2） 發射制導裝置

其主要指標包括自檢時間、 故障檢測率、 虛警率、 連續工作時間、 平均故障間隔時間或平均故障間隔次數、 平均或最大維修時間、 安全禁射要求、 目標跟蹤及操作方式、 彈藥的裝填方式、 裝填時間、 彈軸與光學軸線精度及校準方式等。

（3） 檢測維修設備

其主要指標包括檢測時間、 展開時間、 撤收時間、 自檢能力、 檢測精度、 平均故障間隔時間、 連續工作時間、 電磁兼容性要求、 貯存期限與條件、 故障保險與隔離能力、 自動保護措施、 安裝方式和抗震性能、 維修性、 使用方便性、 檢測自動化與智能化能力、 環境適應性等。

（4） 模擬訓練器

其主要指標包括主要功能、 展開與撤收時間、 自檢能力、 平均故障間隔時間MTBF、 連續工作時間、 電磁兼容性要求、 貯存期限與條件、 維修性、 環境適應性、 電源適應性、 連續工作時間、 操作準備時間、 操作環境、 操作程序、 操作動作、 人員感受的仿真性、 目標模擬方式、 運動方式、 速度距離范圍; 地形、 地物、 地貌等背景模擬方式， 遠景和近景設置， 目標運動中的遮蔽和規模模擬、 背景數量; 發射程序、 發射音響、 彈丸掉地顯示及音響、 跟蹤過程瞄準偏差顯示、 命中與脫靶偏差顯示等[11]。

3 反坦克導彈軟件系統指標體系設計原則

反坦克導彈軟件系統指標體系設計原則有質量符合性原則、 規范性原則、 科學過程原則。

3.1 質量符合性原則

反坦克導彈軟件系統指標應具有全面性、 系統性、 可測試性、 可持續發展性和補充性。

全面性指反坦克導彈軟件系統指標要覆蓋全部技術指標。

系統性指反坦克導彈軟件系統指標應屬于反坦克導彈層級指標， 而不是單個軟件配置項的技術指標。

可測試性指反坦克導彈軟件系統指標應可被測試， 不應是原則性的要求。

可持續發展性是指反坦克導彈軟件系統指標要適應反坦克導彈應用、 技術和軟件發展前景， 可被繼承和復用。

補充性指反坦克導彈軟件系統指標是反坦克導彈指標的一部分， 屬于新增或細化， 不應與已有指標重疊、 矛盾。

3.2 規范性原則

規范性指反坦克導彈軟件系統指標符合軟件工程相關標準、 規定的要求。

（1） 統一編碼標準

反坦克導彈系統中， 對于方位、 距離等參數已有統一的編碼要求。 然而， 對于數據傳輸的格式以及內容亦應有統一的編碼標準， 以免形成多個數據發送和接收程序的并存、 重復的局面。

（2） 文件名稱的規范選用

軟件開發初期對文件名稱以及表達式規定統一的格式， 有利于軟件的推廣和維護， 對文件進行拷貝、 列目錄， 刪除以及數據的再處理帶來很大的方便。 文件名的規范選用會給軟件開發人員和用戶均帶來便利。

（3） 文檔資料的編寫

文檔資料必須是軟件產品的一部分， 沒有文檔資料幾乎無法保證軟件產品滿足規定的要求， 其他人也沒有維護該軟件的可能。 因此， 在提交軟件的同時， 應同時提交以下兩種文件： 軟件設計說明和軟件使用說明。 軟件設計說明的編寫內容應包括總體設計、 接口設計（用戶接口、 外部接口、 內部接口）、 系統數據結構設計、 系統出錯處理設計、 程序系統的結構等， 使用說明的編寫內容應包括： 背景及說明、 用途（功能、 性能）、 運行環境（硬設備、 支持軟件）、? 使用過程（安裝及初始化、 輸入要求、 格式、 輸出、 出錯處理和恢復、 終端操作）， 應該將文檔資料編寫的好壞作為衡量評價一個軟件產品質量的標準之一。

3.3 科學過程原則

反坦克導彈軟件系統指標研究隨著技術發展， 是一個反復迭代、 持續改進的循環。 每個循環過程應是科學的。

知識工程的研究使人工智能領域的研究完成了由理論到應用的轉變， 其模型建立的基礎也由推理轉向知識， 包括了整個知識信息處理的研究， 知識工程已成為一門新興的邊緣學科。 其內容包括： 知識獲取、 知識驗證、 知識表示、 推論、 解釋和理由5個部分。

反坦克導彈系統軟件指標研究是一個典型的知識工程， 其具體過程如圖3所示。 反坦克導彈軟件系統指標研究的過程是一次知識獲取、 分析、 聯系、 推理、 規范、 驗證循環， 包含了知識工程的5個基本活動。 實踐中， 應首先分析反坦克導彈的軟件組成， 分析各典型軟件配置項功能、 性能指標， 形成反坦克導彈軟件集的技術指標全集， 然后根據反坦克導彈指標架構， 建立反坦克導彈軟件與指標的聯系圖。 其次開展反坦克導彈軟件系統指標推理， 獲得反坦克導彈軟件系統指標初選集; 進行反坦克導彈軟件系統驗證， 剔除非系統級的能力指標， 合并冗余， 獲得反坦克導彈軟件系統指標精簡集， 然后按照軟件工程對軟件規格表述的要求進行反坦克導彈軟件系統表述獲得規范集。 最后開展專家驗證和修正， 獲得反坦克導彈軟件系統指標典型集。

4 反坦克導彈軟件系統指標體系

反坦克導彈武器是軟件密集型裝備， 軟件作用突出、 軟件種類豐富， 已形成反坦克導彈軟件系統。 反坦克導彈軟件系統指標體系主要包括： 功能、 性能、 安全性、 保密性、 可靠性、 易用性、 可移植性、 軟件工程。

4.1 功能

反坦克導彈軟件系統功能主要有： 彈藥飛行控制、 作戰流程（操作）控制、 目標識別與跟蹤控制、 指揮通訊控制、 設備狀態管理、 作戰系統健康管理、 檢測維修管理、 模擬訓練管理。

（1） 彈藥飛行控制

彈藥飛行控制分為制導控制與毀傷控制兩部分。 其中制導控制包括飛行控制、 指令制導、 駕束制導、 導引制導、 數據鏈通訊控制、 彈道規劃解算; 毀傷控制包括觸發引信目標識別、 近炸引信目標識別、 炸點控制。

（2） 作戰流程（操作）控制

流程控制分為作戰樣式管理、 行軍戰斗狀態轉換操作流程管理、 行軍任務管理、 彈藥裝填管理。

其中作戰樣式管理包括單車自主作戰操作管理、 單車編隊作戰操作管理、 多車編隊作戰操作管理; 行軍戰斗狀態轉換操作流程管理包括戰斗、 撤收; 行軍任務管理包括攜彈行軍流程控制、 無彈行軍流程控制、 底盤車駕駛操作控制、 行軍路線規劃; 彈藥裝填管理包括彈藥裝填操作流程控制、 彈藥數據管理。

（3） 目標識別與跟蹤控制

包括目標識別與跟蹤控制偵察、 觀瞄設備的目標識別與跟蹤能力。 后者又包括電視觀瞄、 紅外觀瞄、 毫米波識別、 多模觀瞄等目標識別與目標跟蹤等。

（4） 指揮通訊控制

包括指揮信息、 車間通訊、 車內通訊、 與上級通訊、 與友軍通訊。

（5） 設備狀態管理

設備狀態管理分為作戰系統狀態管理與部件狀態管理兩部分。

其中作戰系統狀態管理包括武器站配置識別、 環境條件識別、 系統狀態管理、 彈藥在位識別、 彈藥類型識別、 故障彈識別、 彈位標識統計; 部件狀態管理包括發射裝置設備管理、 瞄準設備管理、 指揮通訊設備管理、 運載車設備管理、 導彈設備管理、 檢測設備管理、 模擬訓練器設備管理、 裝填設備管理、 系統降級使用控制。

（6） 作戰系統健康管理

包括自檢、 工作狀態監控（測）、 電源管理、 健康數據統計、 健康狀態分析。

（7） 檢測維修管理

分系統/部件檢測控制包括檢測設備自檢流程控制、 檢測流程控制、 故障隔離管理、 檢測數據管理。

具有良好的維修檢測性， 對經常保持武器裝備處于良好狀態， 至關重要。

（8） 模擬訓練管理

包括教練員管理、 訓練員管理、 環境模擬、 目標模擬、 導彈系統模擬、 訓練流程控制。

4.2 性能

反坦克導彈軟件系統性能主要有： 作戰方式、 自檢范圍與自檢時間、 監測范圍與故障處理方式、 檢測范圍。

（1） 作戰方式

武器系統作戰方式主要有： 單車定點作戰、 單車短停作戰、 單車行進間作戰， 單車編組直瞄攻擊作戰、 單車編組間瞄攻擊作戰， 多車編組齊射攻擊作戰、 多車編組連續攻擊作戰。

（2） 自檢范圍與自檢時間

專指車長或射手的自檢命令對應的自檢覆蓋自檢范圍和自檢命令完成用時。

（3） 監測范圍與故障處理方式

專指武器站在執行作戰時對武器站、 導彈狀態監測范圍， 發現故障的類型及故障處理方法。

一般故障處理方法包括故障報告、 設備能力降級使用、 設備關閉、 系統能力降級、 系統關閉。

（4） 檢測范圍

檢測指使用專門的檢測設備對武器站、 武器站內設備、 導彈實施的檢查和測試。

檢測范圍指發現被檢測對象的故障位置。

4.3 安全性

在制定導彈系統的安全性標準之前， 應首先考慮系統所要求的安全目標以及安全服務， 然后形成一個保證以上服務的安全機制。 在此基礎上， 再對軟件系統進行安全評測的對象、 安全等級的劃分以及所采取的方法進行確定。

導彈軟件系統安全性應達到的目標是： 保證傳遞信息的完整性， 即信息不能受到外界的非法入侵及更改， 這是保證信息傳遞過程中的準確性及可靠性的基本要求; 保證傳遞信息的易用性， 即在任意時刻、 任意位置， 信息均為可用; 保證信息的可靠性， 即對信息的來源進行檢查， 確定其始終可信任。 安全性的指標包括對人員、 任務、 設備的安全性指標和軟件配置項分級原則。

4.4 保密性

導彈信息系統模型的構成通常分為發出者和收信者兩部分， 但在現代戰爭中， 該模型中可能會出現敵對的第三方。 因此， 在該模型中， 還應研究系統保密性的標準， 使敵對方不能對重要信息進行竊取， 或者竊取后也不能破譯出相應含義[18]。

保密性指標分為保密范圍和保密措施。 保密范圍可分為核心保密信息數據和普通保密信息數據。 核心保密信息數據一般包括關鍵設備參數、 關鍵通訊信息、 關鍵設備狀態數據等。

常用的保密措施包括：

（1） 信息加密

信息加密使用各種加密算法將明文數據進行加密， 以防數據的泄露， 使得任何未得到許可的人員不能理解來自發信者的信息內容。

（2） 保密口令

此方法可以保證軟件運行過程中， 傳遞的信息不會受到非法的修改。 通過對應的算法可以檢查軟件是否被外部設備篡改數據， 并且能識別出篡改后的數據。

4.5 可靠性

軟件可靠性是軟件產品在指定的條件下和指定的時間內實現指定功能的能力。 指定的條件是指軟件運行過程中該軟件所搭載的系統硬件狀態以及相應的輸入。 指定的時間是指軟件運行所需要的實際時間。 指定的功能是指軟件所需要達到的要求， 設計之初所定的目標。 軟件可靠性與多方面因素密切相關： 軟件設計時所存在的不足; 不同外部環境下系統的輸入; 系統的使用方法等。 軟件可靠性的概率度量稱軟件可靠度， 包括： 軟件系統涉及的環境適應性、 系統匹配適應性、 配置變更時的軟件適應性、 故障條件下的降級使用、 抗干擾能力、 軟件自愈能力。

4.6 易用性

根據實際作戰的要求， 導彈軟件系統須具有良好的易用性。 易用性是適應性、 功能性以及有效性三者的有機結合以及具體體現。

（1） 易理解性

指軟件使用戶能輕易理解軟件所應用的任務以及特定使用環境的能力。 因此要求系統中的各項名稱簡單易懂， 用詞精準， 同時與其他功能易于區分。 理想的情況是用戶不用查閱幫助文檔， 即可理解該軟件的各項功能以及進行相應的操作并保證正確性， 從而得到所要求的結果。

（2） 易學習性

指用戶學習軟件的成本。 在系統設計過程中， 應盡量減少模棱兩可的說法， 同時使各種功能可視化， 強化操作邏輯， 避免層層嵌套， 導致學習成本的增加。

（3） 易操作性

指軟件能被用戶所控制的難易程度。 因此在軟件產品設計過程中應考慮人的普遍操作習慣， 減少出現反直覺的操作方式。 同時應對操作流程進行必要的簡化， 避免冗余操作， 使操作過程更加直觀明了。

4.7 可移植性

在實際作戰中， 導彈軟件系統需具有良好的可移植性。 軟件可移植性指軟件在不同環境下轉移的難易程度。 可移植性通過以下特性來衡量：

（1） 適應性

適應性是指軟件在不同環境中可以自行適應而不用進行額外操作的能力， 這可以很大程度上增加軟件的可操作性。

（2） 可安裝性

可安裝性是指軟件在指定環境下被安裝的成本。 該特性可反映出軟件是否能輕易得到使用。

（3） 共存性

軟件系統是由各種執行不同功能的軟件所構成的一個整體。 該特性反映出在這個整體中各種軟件是否能很好地獨立共存， 不相互影響。

可移植性是構成軟件質量的重要一項， 較高的可移植性可以使得反坦克導彈軟件系統的生命周期得到一定的提升。 為使軟件系統獲得較高的可移植性， 在設計過程中所選擇的程序設計語言及運行支撐環境應該是較為通用的類型， 同時盡量避免使用與系統底層相關性較強的語言。

4.8 軟件工程化

軟件工程化是指廣泛借鑒工程管理的理論和實踐經驗， 結合反坦克導彈軟件產品的特殊性， 對軟件開發的全過程進行定義、 規范、 管理和控制， 使開發項目中的每一環節、 每項活動都以一種有序的、 系統的方式在受控狀態下進行， 從而保證軟件開發的進度和質量， 增強軟件的可維護性， 降低開發成本， 提高軟件開發的成功率和生產效率[19-20]。

其具體過程為， 用軟件工程的原則和方法進行系統化、 規范化、 數量化的軟件開發、 運行和維護的過程， 包括工程化管理、 研制過程、 軟件文檔、 安全性分析、 質量因素、 包裝、 培訓。

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Research on Software System Technical

Index of the Anti-Tank Guided Missile

Zhao Shuguang 1*， Sun Juanfen1， Du Jiayuan1， Liu Fengqi2

（1. Beijing Special Mechatronics Research Institute， Beijing 100012， China;

2. College of Mechanical and Electrical Engineering， Harbin Engineering University， Harbin 150001， China）

Abstract： The anti-tank guided missile weapon is a traditional guided munition. It has the characteristics of high accuracy， good damage efficiency， and flexible use in combat. The traditional anti-tank guided missiles have been modernized and upgraded， equipped with corresponding software system， making it more suitable for the current information warfare needs. This paper firstly analyzes the software composition of the anti-tank guided missile system， and starting from the application requirements of anti-tank guided missile， by studying the tactical index system of the missile software system， it proposes design principles of the quality conformity， standardization and scientific process of the tactical index system， and summarizes some general indexes of the missile software system，? such as function， performance， security， confidentiality， reliability， ease of use， portability and software engineering. It is of great significance in the dimension of application scenarios.

Key words： anti-tank guided missile; missile-borne software; system composition; index system; standard