舰载试验指挥系统设计技术

姜丰落，陆 平，朱士龙

（江苏自动化研究所，连云港222061）

0 引 言

海军各类新型兵器技术性能的测试、考核，最终都需要在接近实战的环境下进行一番检验，因此“上舰”成了新装备发展的必由之路。为完成这些新研武器装备的海上科研、定型试验任务，试验舰艇发挥着越来越重要的作用。海上试验环境复杂多变，随着试验任务的复杂、试验航区的扩大以及被试系统和测试系统中高新技术的不断应用，对海军装备试验组织指挥提出了更高的要求，如何改善试验方案制作手段，支持复杂试验态势设计；如何提供全过程试验指挥辅助手段，提高试验指挥的有效性；如何制定自适应数据接口，适应不断发展的新型武器装备试验等，都成为舰载试验指挥系统急需解决的问题。下面针对上述问题，设计出一套舰载试验指挥系统，满足了海军兵器试验的需要。

1 系统特点分析

舰载试验指挥系统是一个典型的指挥、控制和情报（C3I）系统，它具有指挥、控制、通信和信息（情报）功能［1］。试验指挥与作战指挥类似，都是一个信息获取、信息传输、信息控制、信息保障等信息处理的过程，但又有其特殊性，主要表现如下：

（1）可实施试验方案制定

试验指挥是按照预定的试验项目、试验目的，在指定的时间、地点，对指定的参试兵力按照指定的组织关系和指定的行动计划进行调度管理的活动，即试验指挥是按照预定的试验方案进行决策和指挥的过程，这就要求试验指挥系统能够辅助生成完整的多兵力试验计划，并通过仿真推演验证计划的完整性和可行性。

（2）全过程试验指挥辅助

为避免无效航次，指挥员更加关心参试兵力是否按试验方案进入就位点、被试／参试系统是否工作正常、试验区域是否安全等，试验指挥系统需全过程辅助指挥员调度参试兵力或者修改试验方案。

（3）自适应数据接口转换

被试系统和测量设备种类繁多，发展快速，试验指挥系统几乎需要对所有设备的数据进行处理，试验指挥系统需要适应这种扩展。

2 系统设计

2.1 体系结构设计

结合模块化的软件设计思想设计舰载试验指挥系统，系统软件体系结构如图1所示。

图1 系统软件体系结构图

依据存储数据用途的不同，将数据库划分为4个子数据库，以便于对每个子数据库的管理；服务层对系统内各种公用及底层功能进行封装，为业务层提供透明的服务，有效降低了各业务及业务与底层环境的耦合度；业务层依据服务层提供的服务，访问支撑环境和数据层，从而各业务只需关注所需实现功能，提高了系统协同开发效率。

2.2 主要功能设计

舰载试验指挥系统主要用于海军武备试验的任务组织、信息处理、数据显示及试验引导。系统的主要功能包括：

（1）试验方案编制推演

试验方案编制推演为试验前设计试验任务书提供高效手段，包括试验兵力部署、试验方案辅助计算、试验方案仿真模拟、试验方案管理等。通过对方案进行大量重复的仿真推演分析，修订和调整试验方案中的相关细节，分清各因素对不同考核项目影响的主次关系，提高试验方案优化设计的科学性［2］。

（2）试验指挥辅助决策

在试验中出现某些影响试验正常进行的因素时，试验指挥辅助决策将给出警告，并给出处理方法建议。辅助决策内容主要包括试验参试设备状态监控、航迹偏差提示、武器发射条件提示、武器落区提示及安全监控。

（3）测量设备测量数据处理

利用融合和识别技术对来自于不同类型测量设备的不同层次、不同粒度、不同覆盖区域的信息做处理，形成覆盖全区域的统一态势，为指挥员提供全面、实时、准确的试验数据。

（4）试验综合态势显示

实时在电子海图上显示各类航区、试验区、禁区、测控点、固定平台等静态试验相关信息，以及参试兵力兵器等动目标的航迹信息，并对各种试验区危险情况（如不明目标闯入试验区域）进行醒目的告警显示和声光提示，为试验指挥员提供直观、形象的试验方案和试验过程描述。

（5）数据管理

数据管理功能实时采集和记录试验指挥系统接收的外部测量通信信息及发送的指挥控制信息，并经分类、整理后存入数据库系统中，同时提供多种方式在事后进行各种数据的查询、回放，完成备份，为指挥员提供有效的数据分析手段。

3 关键技术

3.1 复杂航路设计技术

试验过程中经常会用到直线、圆周等各种简单及组合航路规划，因此在试验方案编制过程中，需要一种通用的航路信息组织形式，将各种自然语言描述的航路规划组织成计算机可识别的形式，以确保试验方案推演的有效性。传统的航路描述主要由航路基本信息和航路机动信息组成，航路基本信息主要包括初始经度、初始纬度、初始高度、初始速度、初始航向、初始偏航角、初始俯仰角和初始横滚角等；航路机动段信息主要包括经度、纬度、高度、航向和速度等［3］。但这种方式在描述圆弧航路时存在一定缺陷：即只有在圆弧航路上添加无数个点才能达到相对完美的运动航迹。

本系统实现时对上述方法进行了改进，在航路点设置时增加圆弧标志，若标志为true，则当前航路点与前后两航路点组成圆上的一段圆弧，圆半径、圆心通过三点位置计算得到；若标志为false，则当前航路点为普通直线航路点。通过圆弧与其他航路段的组合可设计各种常见航路，例如跑道形航路、S形机动航路、8字形巡逻等等，实现完全能够满足试验方案中设计航路的需要，图2为跑道形循环航路。

图2 平台航路设置图

3.2 打捞区域提示技术

试验过程中，由于各种原因，鱼水雷武器会航行到测量装备探测范围以外的区域，此时鱼水雷武器的打捞成为试验耗费时间较多的环节，因此系统需要对武器打捞区域给出快速提示。

系统在仿真鱼水雷武器航迹的基础上，分析鱼水雷武器历史航迹的有效性，计算航迹外推值确定搜寻最可能位置，将此位置作为打捞的基点，此基点为鱼水雷最可能上浮位置。当丢失前历史航迹与仿真航迹的变化趋势接近时，认为鱼雷工作状态正常，打捞基点依据模型仿真的航迹获得；当丢失前的航迹与仿真航迹的变化趋势相差很大时，认为鱼雷工作状态不稳定，打捞基点通过鱼水雷武器历史数据以及基础性能参数进行外推获得。

获得打捞基点后，可通过多种方法进行寻雷搜索，舰载试验指挥系统采用扩展方形搜寻法最终给出打捞区域提示。扩展方形搜寻法一般以顺风流方向为接近航向，转角为90°，第一、二航程取2nmile，以后每驶过2个航程增加2nmile，以保证在左右1nmile处视力覆盖，不致漏失目标。扩展方形搜索法如图3所示，其中a表示搜索的基点，航程的计算：

图3 扩展方形搜索法

3.3 接口自适应技术

随着被试装备系统的发展，试验测量设备也随之有着较快的发展，测量设备与试验指挥系统的协议也越来越丰富。这就要求试验指挥系统在测量设备协议发生变化或者增加新测量设备时，试验指挥系统本身不需要进行代码修改就能适应。本系统采用协议字段分解的方式来实现系统对接口协议变化的自适应，其基本思想是在处理接口时不针对固定的接口协议结构，而是针对1个记录有接口协议字段信息的可扩展文件。首先通过如图4所示的协议分解工具将设备协议进行数据字段信息分解，并将这些信息保存成对应设备的配置文件；然后在接收到数据信息时，依据对应的配置文件对数据流信息进行解析；当设备接口协议变化时，利用协议分解工具重新设置配置文件。

图4 协议分解工具（字段数可根据协议调整）

如图5所示，假设某型号测控装备进行了升级，接口协议中增加“wDeep”、“wReserve”字段，此时只要通过图4所示的工具，对新型接口协议进行字段分解，重新建立与试验系统的接口关系即可。

图5 接口对应关系

4 结束语

兵器试验舰试验指挥系统是兵器试验成功的基础保障条件，它能够为指挥员提供一个强大的掌握试验动态的手段。本文在分析舰载试验指挥系统需求特点的基础上，提出系统体系结构、主要功能，依据该思路设计并开发了某型舰载试验指挥系统，该系统已在多条试验舰上得到应用，通过这些系统的应用，有效地辅助指挥人员完成试验指挥，明显地提高了试验效率，很好地保障了试验任务的完成。

［1］龚坚，朱士龙，夏绍志.新型试验指挥自动化系统［J］.情报指挥控制系统与仿真技术，2004，26（2）：26－28.

［2］苏建刚，付梦印.仿真在制导兵器试验与鉴定中的应用［J］.火力与指挥控制，2007，32（5）：4－7.

［3］周玉芳，岳岗.态势仿真技术研究［J］.计算机仿真，2005，22（6）：24－27.