航空火控系統(tǒng)試飛綜合評估技術(shù)與方法探討

宋海浪，張建東，史國慶，楊啟明，張耀中

1.中國飛行試驗研究院 西安 710089

2.西北工業(yè)大學 電子信息學院 西安 710072

航空火控系統(tǒng)飛行試驗作為機載航電火控系統(tǒng)和武器技術(shù)發(fā)展的重要支柱，是航空科學中獨立的研究領(lǐng)域［1-2］，蘇聯(lián)、美國和歐洲等于20 世紀20 年代就有大批科研人員投入飛行試驗的理論和實踐工作，美國等投入了大量的經(jīng)費［3］。大批科學工作者進行了許多重要的卓有成效的工作，使得飛行試驗技術(shù)得以不斷發(fā)展和完善，伴隨著航電火控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展［4］，航空火控系統(tǒng)的飛行試驗項目和面臨的技術(shù)問題越來越多，于是，有必要對航空火控系統(tǒng)飛行試驗理論和相關(guān)技術(shù)進行總結(jié)歸納［5-6］，建立航空火控系統(tǒng)試飛技術(shù)的理論和實踐體系。

中國航空工業(yè)經(jīng)過了70 多年發(fā)展，飛行試驗技術(shù)研究有著獨特地位和作用［7］，航空火力控制技術(shù)是現(xiàn)代科學技術(shù)中發(fā)展最快的高新技術(shù)之一。近年來，隨著軍事科學、電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，航空火控技術(shù)和航空火控系統(tǒng)正在經(jīng)歷著前所未有的高速變革和進步，在與飛機平臺配套發(fā)展過程中，體現(xiàn)出一對多的加速發(fā)展勢頭，就是在一代飛機平臺上發(fā)展多代武器火控系統(tǒng)。這些新型的航電火控系統(tǒng)是投入巨額資金，并經(jīng)過專家論證、工業(yè)部門設(shè)計、研制的科學技術(shù)成果，其中凝聚著成千上萬科學工作者的智慧和辛勞。而這樣一個系統(tǒng)在研制過程中必須通過鑒定或設(shè)計定型飛行試驗，因而，航空火控系統(tǒng)的飛行試驗［8］是系統(tǒng)設(shè)計研制、采辦過程中的重要環(huán)節(jié)，是戰(zhàn)斗機裝備部隊的必要環(huán)節(jié)，是代價高、周期長、涉及面廣、技術(shù)復雜的系統(tǒng)工程。

為了適應(yīng)中國航空工業(yè)的迅速發(fā)展和試飛工作的需要，20 世紀50 年代正式成立了獨立的飛行試驗機構(gòu)。有關(guān)飛機制造廠、總體所也相繼成立了各自的飛行試驗機構(gòu)，多年來形成了以獨立飛行試驗研究機構(gòu)為中心，各工廠、設(shè)計所、院校和軍方試驗基地互相配合的飛行試驗研究體系［9］，為引進、仿制、改進、改型和自行研制的各種型號飛機及其航空火控系統(tǒng)進行了大量的飛行試驗和技術(shù)研究。

工廠試飛站是航空工業(yè)企業(yè)下屬的試飛機構(gòu)，主要由機務(wù)維護、場務(wù)保障、航行、調(diào)度、測試、改裝等部門組成。其主要任務(wù)是進行組裝、修理和制造飛機的出廠試飛，研制與改型飛機的摸底試飛，航空火控系統(tǒng)中3 類及其3 類以下航空產(chǎn)品的鑒定和飛行員訓練飛行。

下面將對航電火控系統(tǒng)飛行試驗的地位和作用、內(nèi)容、工作流程和主要技術(shù)進行概念性的介紹，主要內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 航空火控系統(tǒng)試飛內(nèi)容和技術(shù)Fig.1 Aerial fire control system flight test content and technology

1 航電火控系統(tǒng)試飛

1.1 航電火控系統(tǒng)飛行試驗的地位和作用

航電火控系統(tǒng)飛行試驗是在真實的飛行環(huán)境條件下，按照規(guī)范和程序進行的科學實驗，具有突出的真實性、高度的風險性、組織管理的復雜性和進度的緊迫性，是航空技術(shù)發(fā)展的重要支柱，是先于航電火控系統(tǒng)研制又貫穿于整個研制的循環(huán)迭代過程。其地位和作用主要有：

1）航電火控系統(tǒng)飛行試驗驗證和發(fā)掘其戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能，進行探邊摸底，對制定作戰(zhàn)方案并形成戰(zhàn)斗力奠定基礎(chǔ)，為正確使用航空武器和航電火控系統(tǒng)，有先導作用。

2）為武器和航電火控系統(tǒng)的技術(shù)鑒定、作戰(zhàn)評估、在役考核提供依據(jù)，為采辦機構(gòu)和工廠投產(chǎn)決策提供真實的試驗數(shù)據(jù)和結(jié)論。

3）作為新技術(shù)、新理論驗證的必要環(huán)節(jié)，為新型航電火控系統(tǒng)的改進、研制提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2 航電火控系統(tǒng)飛行試驗的內(nèi)容

航空電子火控系統(tǒng)飛行試驗按照有關(guān)標準和規(guī)范的要求，通常應(yīng)包括如下的試飛內(nèi)容：

1）航電火控系統(tǒng)綜合驗證試飛。

2）航電火控系統(tǒng)導航功能和性能試飛。

3）航電火控系統(tǒng)空空功能性能考核試飛。

4）航電火控系統(tǒng)空面［10］功能性能考核試飛。

這些內(nèi)容的安排遵循漸進、遞增的原則，按照先易后難、從簡到繁，通過這些內(nèi)容中各科目的試飛，達到全面檢查、考核綜合航空火控系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能和指標的目的。

1.3 航電火控系統(tǒng)飛行試驗研究的分類

航電火控系統(tǒng)試飛按其性質(zhì)可概括地分為型號試飛和研究性試飛［11］，比如美國的愛德華空軍基地就是側(cè)重于型號飛行試驗的機構(gòu)，而美國航空航天局的得萊頓飛行試驗研究室則側(cè)重于研究性的飛行試驗［12］。型號試飛是以具體型號機載航電火控系統(tǒng)為對象進行的試驗研究，針對其研制總要求提出的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標，對航電火控系統(tǒng)的功能和性能進行考核、驗證、檢查等試驗。航電火控系統(tǒng)的研究性試飛通常不針對具體飛機型號，而是側(cè)重于基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用的探索、驗證研究。

型號試飛按照不同的階段和任務(wù)需求又可進一步分類為：首飛、調(diào)整試飛、鑒定試飛、出廠試飛、驗收試飛和使用試飛（即作戰(zhàn)評估和在役考核）。

1）首飛：航空火控系統(tǒng)首飛是沿用飛機整機首飛的概念，由于飛機航電火控綜合化概念的應(yīng)用，航電火控系統(tǒng)的平顯和多功能顯示器代替顯示儀表成為飛行狀態(tài)的主要信息窗口，發(fā)動機、燃油、電源、操縱機構(gòu)和飛控等狀態(tài)監(jiān)控都成為綜合航電火控系統(tǒng)的基本功能，因而綜合航電火控系統(tǒng)的首飛就具有實質(zhì)的內(nèi)容和意義。

2）調(diào)整試飛：是機載航電火控系統(tǒng)為了達到設(shè)計指標而進行的飛行試驗，在國外稱為“DEVELPING”。調(diào)整試飛的目的是暴露機載航電火控系統(tǒng)的故障［13］、發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，通過修改設(shè)計，達到設(shè)計要求，為鑒定試飛作好準備。調(diào)整試飛必須按照有關(guān)部門批準的“大綱”進行。為了節(jié)約資源，調(diào)整試飛的某些結(jié)果經(jīng)鑒定試飛部門認可，也可作為鑒定試飛的結(jié)果。

3）鑒定試飛：也稱“設(shè)計定型試飛”，鑒定試飛是對達到設(shè)計定型技術(shù)狀態(tài)的機載航電火控系統(tǒng)的功能和性能進行全面鑒定的飛行試驗［14-15］。航電火控系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的鑒定試飛必須按照相應(yīng)級別的定型委員會批準的“大綱”進行，只有通過鑒定試飛并獲得批準的機載航電火控系統(tǒng)或子系統(tǒng)才能投入小批量的生產(chǎn)。型號機載航電火控系統(tǒng)鑒定試飛通常按照空空和空面及不同武器航電火控功能，采用多架試驗機分工同步進行，以便加快試飛進程。

4）出廠試飛：在批生產(chǎn)中進行的質(zhì)量檢查試飛稱為航電火控系統(tǒng)出廠試飛。出廠試飛又可分為抽查試飛和交付試飛。這類飛行試驗通常由制造廠的試飛站按照定貨方的合同進行。

5）驗收試飛：使用部門根據(jù)合同規(guī)定的驗收項目［16］，為檢查航電火控系統(tǒng)或子系統(tǒng)功能、性能和質(zhì)量而進行的飛行試驗。

6）使用試飛：在大批裝備部隊前，對已定型的機載航電火控系統(tǒng)或子系統(tǒng)進一步進行使用條件下的性能、使用方法和訓練等內(nèi)容的試飛。通常由空、海軍試驗基地在各種實際使用條件下進行。

1.4 航空電子火控系統(tǒng)飛行試驗研究的程序

航空電子火控系統(tǒng)的飛行試驗通常分為試飛任務(wù)的確定或下達、飛行試驗準備、飛行試驗實施、數(shù)據(jù)處理和分析及總結(jié)歸檔［17］等5 個階段。

1）試飛任務(wù)的確定和下達

航電火控系統(tǒng)試飛任務(wù)的確定一般有3 種形式，一是指令性下達的型號試飛任務(wù)；二是預先研究的試飛任務(wù)；三是委托或合同試飛。

指令性任務(wù)通常由航空工業(yè)、航空裝備主管部門、軍方的計劃部門和航空產(chǎn)品定型委員會下達，試飛組織機構(gòu)應(yīng)組織專家研究和確定完成任務(wù)的總方案、實施技術(shù)途徑、經(jīng)費和預計進度等，并上報獲批準后，就完成了試飛任務(wù)的確定和下達。

預先研究試飛包括航空火控系統(tǒng)基礎(chǔ)理論研究、各種規(guī)范、標準、先進技術(shù)研究、新試飛方法研究和專題研究，任務(wù)立項必須按照航空火控技術(shù)發(fā)展的長期和近期計劃撰寫“立項論證報告”，得到批準且經(jīng)費落實后，試飛任務(wù)才能確定和下達。

委托合同試飛任務(wù)是航電火控系統(tǒng)或子系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)單位根據(jù)研制、生產(chǎn)或新技術(shù)預先研究的需要提出的飛行試驗任務(wù)，通常按照任務(wù)提出單位和試飛機構(gòu)簽定的技術(shù)經(jīng)濟合同的要求進行。

2）飛行試驗準備

航電火控系統(tǒng)飛行試驗準備應(yīng)包括，被試系統(tǒng)的熟悉和了解、參試人員的培訓和考核、技術(shù)文件準備、確定改裝方案、測試傳感器校準和測試采集記錄系統(tǒng)準備、航電火控系統(tǒng)試飛模擬和實驗系統(tǒng)準備、例行地面實驗和數(shù)據(jù)處理設(shè)備及軟件準備等。

3）飛行試驗實施

試飛實施階段要嚴格按照“試飛任務(wù)單”進行，試飛工程師應(yīng)在試飛準備期間，按照批復的“試飛大綱”和航電火控系統(tǒng)載機的使用限制條件認真安排和編寫“試飛任務(wù)單”［18］，飛行任務(wù)下達時要仔細交代本次試飛任務(wù)的目的和要求、動作要點、難點和保證質(zhì)量的措施。試飛員必須明確理解和把握試飛任務(wù)，做到心中有數(shù)。在此基礎(chǔ)上，做好飛行試驗卡。在飛機起飛至落地期間，試飛工程師應(yīng)在塔臺指揮室協(xié)助飛行指揮員和飛行員安全保質(zhì)地完成試飛任務(wù)。本次飛行結(jié)束時，飛行員應(yīng)及時填寫“試飛任務(wù)單”中的本次飛行評述。

4）數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)處理一般分為3 個階段進行，實時監(jiān)控、預處理和評定分析處理。實時監(jiān)控處理的主要使命是為保障安全和任務(wù)順利執(zhí)行，通過遙測傳輸，對有限數(shù)量的參數(shù)進行處理；預處理需綜合載機測試數(shù)據(jù)和視頻信息，處理給出架次和任務(wù)有效性的初步結(jié)論，并為后續(xù)的評定分析處理選取有效的數(shù)據(jù)；評定分析處理對特定科目進行最終的評定分析，綜合內(nèi)外測數(shù)據(jù)、光/雷測數(shù)據(jù)、GPS 數(shù)據(jù)等對系統(tǒng)及子系統(tǒng)的功能和性能指標進行計算、分析和評定。

5）總結(jié)歸檔

試飛大綱規(guī)定的任務(wù)全部階段性執(zhí)行完成后，試飛工程師要及時進行“試飛技術(shù)總結(jié)報告”的編寫和歸檔。技術(shù)總結(jié)和歸檔必須嚴格按照質(zhì)量體系程序的要求執(zhí)行。

火控系統(tǒng)飛行試驗就是系統(tǒng)的功能和性能通過飛行進行檢查、驗證和評價，由于上述發(fā)展特點，被試對象的精度不斷提高，功能、狀態(tài)及被試產(chǎn)品的種類越來越多，隨著系統(tǒng)信息綜合、功能綜合、控制/顯示綜合和軟/硬件結(jié)構(gòu)綜合的程度、廣度和深度的進一步提高，為火控系統(tǒng)試飛從方案制定、飛行指揮、參數(shù)測試、數(shù)據(jù)處理到火控專業(yè)人員對試飛結(jié)果的綜合分析帶來了許多新的課題和挑戰(zhàn)。使得現(xiàn)在和將來火控系統(tǒng)的試飛成為一項高難度、高風險、高消耗和長周期的綜合性的復雜系統(tǒng)工程。這一點已經(jīng)被試飛實踐證實。

面對這種狀況，國外同行已經(jīng)投入了巨大的資金和精力，不僅建造了精良的試飛支持設(shè)施，而且對相關(guān)技術(shù)進行了深入的研究。中國經(jīng)過正在飛行和已經(jīng)準備的型號課題，在飛行技術(shù)、測試設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備及模擬仿真等方面已經(jīng)有了長足的進步，而在航空電子綜合化火控系統(tǒng)試飛支持設(shè)施和試飛結(jié)果綜合分析方面還有較大的發(fā)展空間。作者認為，設(shè)備的投資僅僅是基礎(chǔ)，相關(guān)技術(shù)和方法的研究和應(yīng)用才是提高試飛水平、適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展、加快試飛進度和降低試飛成本的根本出路。

1.5 航空火控系統(tǒng)試飛評估的主要技術(shù)

隨著航電火控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，航空武器火控試飛專業(yè)的研究內(nèi)容也不斷擴展，主要包括：綜合航電系統(tǒng)和各種武器的飛行試驗設(shè)計、測試任務(wù)確定、飛行試驗方法［19］、地面實驗［20］方法、數(shù)據(jù)處理分析方法［21］及綜合評估方法［22-23］等內(nèi)容的研究和應(yīng)用；以及綜合航電火控系統(tǒng)試飛仿真［24］及支持設(shè)施的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用研究。

針對航電火控系統(tǒng)，航空武器火控試飛專業(yè)的發(fā)展方向為：

1）加快綜合航電火控、武器及導彈飛行試驗信息化、自動化的進程（主要包括試飛設(shè)計輸入信息化，如航空電子系統(tǒng)接口測試信息庫、試飛信息數(shù)據(jù)庫的建立及數(shù)據(jù)分析、處理和評判的自動化等）。

2）評定模型、準則的建立、驗校和完善，形成具有權(quán)威性的火控武器試飛評定基準系統(tǒng)。

3）數(shù)據(jù)融合在航電火控武器試飛中的應(yīng)用研究。

4）加強航電火控武器地面仿真試驗［25］和機載軟件評測技術(shù)研究。

5）建立和完善空中航空電子火控系統(tǒng)和導彈武器試驗平臺。

6）新一代綜合航電火控系統(tǒng)性能試飛技術(shù)研究［26］。

以上6 個發(fā)展方向依賴于火控建模、數(shù)據(jù)融合、信息管理、效能評估和精度分析5 大關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

火控模型是火控試飛的基礎(chǔ)，建立準確的火控模型能夠有效提高火控解算基準值的準確性，精準的火控模型有助于評定模型、準則的建立、驗校和完善，是開展試飛鑒定的基礎(chǔ)。

作為航電系統(tǒng)感知外部環(huán)境的核心部件，技術(shù)的發(fā)展使得機載傳感器的功能和數(shù)量劇增，各個傳感器的作用機理和精度水平不一，通過數(shù)據(jù)融合能夠有效將各個傳感器的探測結(jié)果融合，提高探測的維度和精度，進而提升整個火控攻擊過程的打擊效率。

航電火控系統(tǒng)試飛過程中，伴隨著大量的信息記錄和處理工作。為了數(shù)據(jù)的完備，除了在機上加裝各種測試記錄裝置外，還有地面觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)等外部記錄的信息，信息的形式多樣，總線數(shù)據(jù)、開關(guān)信號、圖像、聲音以及氣象和外部環(huán)境等，而飛行試驗的結(jié)論有賴于將這些信息綜合處理，因此高效便捷的信息管理是航空火控試飛的關(guān)鍵技術(shù)，是提升試飛效率的強大工具支撐。

效能評估技術(shù)主要是研究效能評估模型，制定評價指標體系，衡量航電火控系統(tǒng)的技術(shù)水平高低的試金石。

武器系統(tǒng)最直觀的考核方式就是射擊是否命中目標，因此精度是火控系統(tǒng)的核心指標。精度分析一方面是基于各個子系統(tǒng)的精度水平來分析最終閉環(huán)攻擊精度，另一方面根據(jù)閉環(huán)攻擊進度的指標來提出各個子系統(tǒng)的精度水平設(shè)計需求，精度分析貫穿整個航電火控系統(tǒng)的設(shè)計鑒定過程。

本文后續(xù)將根據(jù)火控系統(tǒng)試飛的實際情況和自己的體會，按照必要性和可能性的原則，就航空火控系統(tǒng)試飛結(jié)果綜合評估的有關(guān)技術(shù)問題進行初步的討論。由于作者水平有限，希望這些問題的討論能起到拋磚引玉的作用。

2 適用于試飛綜合評估的火控建模技術(shù)

航空火控系統(tǒng)的基本功能是，把飛機引導到有利于接近、搜索、跟蹤、識別和瞄準目標的區(qū)域，根據(jù)所測量的載機和目標的運動參數(shù)和態(tài)勢，選擇適當?shù)奈淦鬟M行火控解算、綜合顯示和操作指示，然后控制武器的發(fā)射方式、方向、數(shù)量和時機，有些武器還需要裝定引信和參數(shù)，對于制導武器須提供相應(yīng)指引信息。因此，火控建模技術(shù)是火控系統(tǒng)設(shè)計和試飛的關(guān)鍵技術(shù)［27-28］，而其載機、目標和武器的運動學和動力學特性是火控建模和解算的基本問題。

機載火控模型受實時性和計算能力的限制，通常對載機、目標、武器及環(huán)境等作了一些簡化和假設(shè)。在航空射擊火控問題中，對于空中目標假設(shè)其在絕對坐標系中作等速圓周運動，而航空射擊和轟炸火控解算中，對地面和水面運動目標假設(shè)其在地理坐標系中作等速直線運動；航炮、航箭、炸彈和魚雷等武器的運動軌跡計算（彈道微分方程組及其解算），在航空火控問題中一般只引用其結(jié)果（彈道表或彈道函數(shù)表）［29］，應(yīng)用函數(shù)擬合的方法（如最小二乘法和回歸分析法等）引入火控解算，同時對非標氣象、阻力和重力等因素引起的彈道誤差進行簡化的修正［30］；載機運動受武器分離、發(fā)射和投放的影響，在機載火控模型中也只能進行一些簡化的修正計算［31-32］。

以上假設(shè)和簡化處理都使得火控模型本身及其解算帶有相當可觀的原理誤差，飛行試驗結(jié)果鑒定和綜合評估通常都是飛行之后在地面進行，計算能力、容量和時間消耗可得到充分的保證，同時，利用機載測試傳感器、地面光學測量和地面雷達測量設(shè)備，對載機、目標和武器采取多方式、多類別和多層次的測量，可得到比機載模型精密的多解算模型和解算方法［33］。對不同來源的火控諸元進行時空統(tǒng)一化［34］處理，建立試驗評估的模型，可作為試飛綜合評估的基準。

3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)在綜合火控系統(tǒng)試飛綜合評估中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)融合的概念

數(shù)據(jù)融合是對多種信息資源進行檢測、互連、相關(guān)、估計和聯(lián)合的多層次、多界面的信息處理技術(shù)［35］，它是利用計算機技術(shù)對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息，在一定準則下，加以自動分析，處理、綜合和提取有用信息，以完成所需要的決策和估計任務(wù)而進行的信息處理過程。

多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)［36］常用的方法有以下幾種：

1）統(tǒng)計模式識別法

統(tǒng)計模式識別法［37-38］把多傳感器數(shù)據(jù)融合看作統(tǒng)計模式識別問題，使用多傳感器融合為目標分類提供“互補”信息，從而減少誤差。為了實現(xiàn)這一目的，必須對目標特征的提取和選擇進行改進，減少目標特征數(shù)目，避免當傳感器數(shù)目增多時系統(tǒng)復雜性呈指數(shù)增長。

2）貝葉斯估計法

貝葉斯估計法［39-40］中心思想是，首先假定傳感器可能出現(xiàn)的誤差信息，然后計算貝葉斯估計量，某種假設(shè)給定后，就可以使用這個估計量來對合成的信息進行優(yōu)化估計。

3）多貝葉斯法

把整個傳感器系統(tǒng)和每個傳感器分別看作是一組決策器和一個貝葉斯估計器［41］，每個傳感器負責提取目標的某一特征。并使用多傳感器系統(tǒng)模型，把任務(wù)環(huán)境表示成某種不確定性的幾何目標集合。在去掉幾何目標近似高斯分布的某段外圍部分后，基本上呈現(xiàn)高斯分布。這樣，聯(lián)合分布的似然函數(shù)就可以對傳感器信息最終合成。

4）SD 顯式推理法

這是一種擴展的貝葉斯方法，可以在信息缺乏或是似而非的情況下使信息明朗化，這種方法已經(jīng)用于多傳感器目標識別和軍事指揮與控制［42］。

5）模糊邏輯法

模糊邏輯是一種典型的多值邏輯［43-44］，它可以把信息合成中的不確定性用推理過程直接表示出來，并把置信度用0～1.0 之間的數(shù)值表示，可用于多傳感器中的場景分析和目標識別。

6）產(chǎn)生式規(guī)則

主要用于知識系統(tǒng)的目標識別，使用一個相關(guān)的置信因子來表示不確定性，并象征性地表示出目標特征與傳感器信息之間的關(guān)系。

7）表決融合

先將模型中若干個傳感器的目標置信水平進行分級，而每個傳感器的一次探測所給出的結(jié)果包括2 部分內(nèi)容，即目標是否存在和相應(yīng)的置信級別［45］。多個傳感器探測能提高檢測的準確性和可靠性［46］，融合中心將利用多個傳感器的探測結(jié)果來進行表決，以確認或否認目標的存在。

8）Shafer-Denpster 方法

Shafer-Denpster 證據(jù)理論法最基本的概念是辨別框架，記為θ。θ由一互不相容的陳述集合組成，θ的冪集（2θ）構(gòu)成了命題集合。通過傳感器獲得信息，得到特征度量作為證據(jù)，并且通過基本概率分配函數(shù)（也稱質(zhì)量分布函數(shù)）對所有命題（包括θ在內(nèi)）賦予一個可信度，利用組合規(guī)則對2 個或多個信任函數(shù)進行組合假設(shè)，得到假設(shè)的支持程度。將支持程度之差值與一門限值進行比較，得出融合中心最后判斷結(jié)論［47-48］。

3.2 數(shù)據(jù)融合在航空電子綜合化火控系統(tǒng)試飛中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)融合技術(shù)在C3I 系統(tǒng)、多目標超視距火控系統(tǒng)［49］、精確制導武器系統(tǒng)、隱身技術(shù)、電子戰(zhàn)以及A/A、A/G 作戰(zhàn)任務(wù)等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景和可觀的應(yīng)用潛能。美國等西方國家非常重視數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究并取得了顯著的進展。美國在針對新一代軍用作戰(zhàn)飛機的“寶石柱”航空電子計劃中，已將數(shù)據(jù)融合作為關(guān)鍵技術(shù)之一，并已在F/A-18 和F-22 飛機上實施。國內(nèi)許多專家和學者對這方面技術(shù)也已開始重視，并展開了比較廣泛而深入的研究。

如何在航空電子綜合化火控系統(tǒng)試飛中充分利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)［50-51］是一個值得探討和研究的問題。作者認為，數(shù)據(jù)融合技術(shù)及其相應(yīng)的思想方法和理論體系是提高試飛水平，降低試飛費用的重要技術(shù)途徑［52］。

1）飛行指揮、通訊和控制一體化管理

隨著火控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，機載系統(tǒng)不斷地采用新的傳感設(shè)備和技術(shù)，如多目標、超視距攻擊能力的出現(xiàn)，火/飛/推綜合控制技術(shù)的引入，使得執(zhí)行火控系統(tǒng)飛行試驗任務(wù)的難度增大，其信息量呈爆炸的趨勢，必須進行指揮、通訊和引導控制的一體化管理。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是飛行指揮、通訊和控制一體化管理的核心支持技術(shù)，建立數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)對遙測數(shù)據(jù)、地面光/雷測數(shù)據(jù)和其他通訊設(shè)施等多傳感器和多信息源提供的信息進行綜合、協(xié)調(diào)、統(tǒng)計和決策，可向指揮員、飛行員和其他參試人員提供行為策略和指南。

2）綜合測試獲取精確的數(shù)據(jù)信息

火控系統(tǒng)試飛中，為了獲取較為精確的目標、載機和武器三者相對運動學和動力學方面的信息，需要在機上和地面加裝和設(shè)置許多高精度的測試傳感器和探測設(shè)備，按照多傳感器數(shù)據(jù)融合的思想方法綜合考慮傳感器的特性、精度和頻率范圍等，合理選擇傳感器的類別、數(shù)量和安裝位置，采用綜合測試的方法，利用數(shù)據(jù)融合的技術(shù)手段，對多傳感器提供的數(shù)據(jù)進行測試融合和合成綜合處理，擴展測試系統(tǒng)的空間、時間和頻率的覆蓋范圍，避免傳感器的工作盲區(qū)。以此達到獲取精確測試數(shù)據(jù)的目的。

3）提取子系統(tǒng)特征信息進行特性研究

利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)提取子系統(tǒng)特征信息，展開目標特性研究、本機運動特性研究和本機有關(guān)子系統(tǒng)特性的研究。

4）機載數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)本身的飛行試驗技術(shù)研究。

4 信息管理系統(tǒng)

現(xiàn)代航空電子綜合化程度、深度和廣度越來越高，其子系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)量越來越多，飛行測試需要記錄的參數(shù)量劇增。涉及的媒體類型不僅是單一的數(shù)據(jù)，而且還有平顯畫面、多個多功能顯示畫面的視頻信息和多個音頻信息等。其試飛和試驗的數(shù)據(jù)不僅來自載機，還有地面光測、雷測數(shù)據(jù)和地面仿真試驗數(shù)據(jù)、音頻和視頻信號等。在進行試飛結(jié)果綜合評估中，必須首先解決這些信息的組織和管理問題［53-54］。

利用現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的新成果FOXPROMIS 系統(tǒng)和多媒體開發(fā)工具軟件（如FOUNDER Author tool ）組合加上適當?shù)木幊唐脚_（如VC++X.X）和硬件設(shè)備，來開發(fā)這樣的信息管理系統(tǒng)［55］是投資少、見效快的技術(shù)途徑。

4.1 信息管理系統(tǒng)的功能

1）數(shù)據(jù)及多媒體信息的自動和手動錄入、增刪、修改和編輯。

2）數(shù)據(jù)報告、多媒體混合報告的生成、播放和保存。

3）通訊功能，為試飛結(jié)果綜合分析的其他計算平臺和處理軟件提供原始數(shù)據(jù)，支持多目標傳感器數(shù)據(jù)融合、精度分析、故障診斷和綜合效能評估技術(shù)。

4）試飛文件、各種任務(wù)書和報告文檔按照質(zhì)量體系的標準進行管理。

5）將計算處理的數(shù)學模型作為信息進行統(tǒng)一管理。

4.2 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)是信息管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它要把分散的信息進行有機的組織和統(tǒng)一管理，避免信息的冗余，使其便于調(diào)度、查看和使用［56-58］。

航空電子綜合化信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是多維結(jié)構(gòu)，其第一級的三維結(jié)構(gòu)如圖2 所示。第二級的兩維結(jié)構(gòu)由參數(shù)（媒體或文檔）名和記錄時間為主體，附帶其他字段（如飛機，任務(wù)的標識）。直接使用關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)是很不方便的，需要利用VC++開發(fā)多維結(jié)構(gòu)的殼體再和FOXPRO-MIS 系統(tǒng)組合使用。

5 武器系統(tǒng)效能評估

武器系統(tǒng)的技術(shù)水平高低、性能好壞是關(guān)系到國防建設(shè)的大事，系統(tǒng)的研制開發(fā)需消耗巨額資金和艱苦而長時間多方協(xié)作的勞動。而最終怎樣衡量？如何評價？無論是決策者還是從業(yè)者都是極其關(guān)心的問題。作為軍機飛行試驗研究機構(gòu)必須為此做出科學而合理的回答［59］。為了解決以上問題，產(chǎn)生了一門新的技術(shù)學科——武器系統(tǒng)效能分析［60］。

簡單來說，所謂武器系統(tǒng)效能實質(zhì)是指完成預期任務(wù)的能力，定量地描述這一能力，是武器系統(tǒng)效能分析的首要課題。近20 年來，由于科學技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，使武器系統(tǒng)更新?lián)Q代速度加快，國內(nèi)外軍方對武器系統(tǒng)的效能分析研究尤為重視［61-63］。以期設(shè)計出性能優(yōu)異的、高效能的武器系統(tǒng)。

5.1 建立效能模型的方法

1）用敵方所遭受損失的數(shù)學期望EL來度量的效能模型，即

式中：Nd表示敵方被摧毀的戰(zhàn)斗單位數(shù)；Nf表示參戰(zhàn)的戰(zhàn)斗單位數(shù)；EL值越大武器系統(tǒng)效能越好。這個模型是由蘇聯(lián)儒可夫空軍工程學院提出的。該學院還提出，對于復雜的武器系統(tǒng)，其效能準則可分階段，如殲擊機空戰(zhàn)可分為：起飛著陸、導航引導、瞄準跟蹤、武器射擊4 個階段進行衡量。

2）矩陣乘積效能模型

式中：E為武器系統(tǒng)效能；A為有效性行向量，A=[a1，a2，…，an]，ai表示不同狀態(tài)下系統(tǒng)有效利用程度

其中：tMTBF為平均故障時間；tMTTR為平均故障修復時間。

可見向量A是系統(tǒng)正常工作的數(shù)學描述，是綜合了可靠性和可維修性的系統(tǒng)有效性指標。

D是可信度表示為

其中：dij是系統(tǒng)由狀態(tài)i轉(zhuǎn)到狀態(tài)j的可信度用概率值表示。

C是武器系統(tǒng)完成任務(wù)的能力，即

其中：c1i表示不同狀態(tài)的能力，其計算方法可分為多種形式的定義，如概率乘積、綜合指標、綜合指標評價和戰(zhàn)斗效能指數(shù)等多種方式。其方法各有所長，也各有所短。本文不作進一步的討論。

這種方法是由美國武器系統(tǒng)咨詢委員會集中100 多位科學家研究提出的，被西方國家普遍采用。

3）指數(shù)加權(quán)法

式中：P為飛機性能；S為飛機推力；F為機翼面積；PSE為單位剩余功率；M為機動能力；K為最大作戰(zhàn)半徑；G為重量；GP為飛機特性尺寸，Wa為預警能力；B為武器性能；VW為致傷性。

這種方法是由德國D·伊勞爾為評價殲擊機而提出的效能模型。

4）分立效能指標：是國內(nèi)部隊使用的方法，如抗擊效率比、彈效、耗彈比和戰(zhàn)損率等。

作者認為，比較科學和相對合理的是方法2）中所述的方法，主要體現(xiàn)在它具有很大的靈活性，可根據(jù)具體問題進行修正，如人為因素和系統(tǒng)特征等。以此法為主要框架，具有進一步研究的潛力。

5.2 飛行試驗與武器系統(tǒng)效能分析

從航空武器作戰(zhàn)的角度來看，作戰(zhàn)飛機的飛機平臺、推進系統(tǒng)和綜合火力控制系統(tǒng)都應(yīng)視為武器系統(tǒng)的組成部分。效能作為衡量武器系統(tǒng)的準則，無疑是飛行試驗的重要內(nèi)容。隨著綜合試飛的實施和發(fā)展，為武器系統(tǒng)效能分析研究提供了必要的條件，其研究內(nèi)容應(yīng)包括：

1）深入而廣泛地開展效能分析模型和方法的研究，針對我國軍機火控系統(tǒng)和武器裝備的實際結(jié)構(gòu)、功能和性能建立真實、合理而科學的效能模型［62-63］和相應(yīng)的理論方法等。

2）開發(fā)相應(yīng)的分析評估軟件。

3）利用真實的試飛數(shù)據(jù)和所開發(fā)的評估軟件，對具體型號的武器系統(tǒng)效能進行分析、計算、評價和研究。同時驗證和改進所采用的模型和軟件的正確性和合理性。

6 綜合火控系統(tǒng)的精度分析

精度指標考核歷來是火控系統(tǒng)試飛的重要內(nèi)容，航空電子綜合化火控系統(tǒng)精度考核試飛從試飛方案、測試方法的設(shè)計和實施，到數(shù)據(jù)處理和試飛結(jié)果綜合分析結(jié)論給出的全過程是代價高、牽涉面廣、技術(shù)含量高和時間周期長的復雜系統(tǒng)工程。

在試飛方案的制定中，要根據(jù)系統(tǒng)及被試產(chǎn)品的戰(zhàn)技指標，如武器單發(fā)命中概率等指標進行數(shù)理統(tǒng)計學的分析研究，制定合理的抽檢方案，如起落、狀態(tài)和使用武器數(shù)量的科學安排，各種模式的指揮引導方案，其靶試試飛的風險回避和控制等。這種課題對試飛員操作要求高，試飛難度大；測試方法和方案的制定要綜合考慮被試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)特性和測試設(shè)備的可行性，其參數(shù)和信號不僅有系統(tǒng)綜合化總線信息［64］、非總線開關(guān)量、模擬量、音頻和視頻信息等，還有外部光學和雷達的測試信息，測試方案的實施，需要對多部門多種系統(tǒng)多種類型和方式的信息進行空/地和內(nèi)/外測以及時間、坐標和量綱等多方面的協(xié)調(diào)［65-66］。測試和關(guān)注的焦點不僅是被試飛機的載機，還有目標和武器，以及三者之間運動的相互位置關(guān)系和動力學特性等。這些信息的采集、記錄和處理又涉及測試、通訊和計算機等技術(shù)和昂貴的軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)備。至此，僅僅是獲得了必要的信息，如何利用這些信息對被試系統(tǒng)的精度進行評估分析才是問題的本質(zhì)，本文就這一問題進行概括性討論。

6.1 航空綜合化火控系統(tǒng)精度分析的誤差源

影響系統(tǒng)精度的是誤差源，航空綜合化火控系統(tǒng)的誤差源主要由子系統(tǒng)誤差、武器散布誤差、機載火控模型及算法誤差等設(shè)備誤差和操縱誤差組成，操縱誤差指飛行員操縱誤差或火/飛/推綜合控制系統(tǒng)的輸出誤差。

子系統(tǒng)誤差最為繁雜，主要包括以下幾個方面：

1）雷達誤差，其參數(shù)包括：目標距離、距變率、天線方位/俯仰角、目標速度、加速度等。

2）慣導誤差，參數(shù)包括：本機速度、加速度、經(jīng)緯度、飛機姿態(tài)、高度、迎角、側(cè)滑角等。

3）大氣機誤差，參數(shù)包括：氣壓高度、馬赫數(shù)、靜溫、總溫、真迎角、動壓和靜壓等。

顯控子系統(tǒng)誤差，主要是平顯誤差和多功能顯示器誤差。

6.2 綜合火控系統(tǒng)精度分析方法

1）線性統(tǒng)計法

線性統(tǒng)計法的計算過程為：將測試參數(shù)的標稱值與參數(shù)實測值比較得到誤差源的誤差，設(shè)為ΔXi(i=1，2…，n)，利用火控模型將各項誤差源的誤差對脫靶量的影響值一一計算出來，再用線性統(tǒng)計的方法計算出脫靶量的標準方差，作為火控系統(tǒng)的精度指標。

2）蒙特卡羅統(tǒng)計法

對每一個誤差源參數(shù)的標稱值，測取若干個（一般取10～20 為宜）受擾動的測量值，為這些測量值構(gòu)造適當?shù)慕y(tǒng)計量，如順序統(tǒng)計量，取其中位數(shù)算出該誤差源的誤差，利用火控模型將各項誤差源的誤差對脫靶量的影響值計算出來，根據(jù)經(jīng)驗取適當?shù)娜萘浚ㄒ话阍?00～300 之間），再對這些脫靶量數(shù)值構(gòu)造統(tǒng)計量，也可以是順序統(tǒng)計量，取其中位數(shù)作為所求結(jié)果。

3）方差分析法

其基本思想是，取誤差源為因素，將飛行試驗的條件作為水平，對火控系統(tǒng)的輸出誤差進行方差分析。

以上方法又可分為動態(tài)和靜態(tài)2 種方式，所謂動態(tài)就是取某一變量，考察系統(tǒng)輸出誤差隨此變量的變化情況，其基本算法的模型是一致的，而動態(tài)統(tǒng)計法的計算量要大的多。

7 結(jié)束語

本文對航空電子綜合化火控系統(tǒng)試飛結(jié)果綜合分析中的若干技術(shù)問題進行了探討，其中，火控建模和信息管理系統(tǒng)是綜合分析的基礎(chǔ)和前提；數(shù)據(jù)融合是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效途徑；精度分析和效能評估是火控系統(tǒng)試飛結(jié)果的表述方法；展開這些技術(shù)的研究，必將為提高試飛水平、節(jié)約試飛經(jīng)費和加快試飛進度具有一定的影響和效益。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和無人系統(tǒng)智能水平的提高，未來航空火控系統(tǒng)的試飛驗證要瞄準智能水平、協(xié)同能力、協(xié)同作戰(zhàn)效能、協(xié)同攻擊精度評估等方向開展針對性的研究，在多源數(shù)據(jù)融合、異構(gòu)編隊協(xié)同火控建模、多域信息管理、誤差敏感性分析和體系貢獻率等方面進行技術(shù)攻關(guān)，夯實試飛技術(shù)儲備。