魏太林，宋志剛

（92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001）

0 引言

為適應(yīng)海軍轉(zhuǎn)型的發(fā)展，海軍武器裝備鑒定定型面臨著適應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，無疑帶動了靶場轉(zhuǎn)型。由傳統(tǒng)靶場到新時期轉(zhuǎn)型發(fā)展的轉(zhuǎn)型靶場，從制定科學(xué)的靶場轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，到處理好轉(zhuǎn)型過程中的若干關(guān)系及方法等，必然有一系列問題值得探討。[1]新時期靶場轉(zhuǎn)型必然推動海軍武器裝備試驗(yàn)鑒定模式及方法的轉(zhuǎn)變和效率的提高。

美國的試驗(yàn)鑒定策略已經(jīng)從傳統(tǒng)的“試驗(yàn)—調(diào)整—試驗(yàn)”方法向“模型—仿真—試驗(yàn)—迭代”方法轉(zhuǎn)變，即首先建立模型，其次仿真，然后進(jìn)行試驗(yàn)，最后將試驗(yàn)結(jié)果迭代回仿真模型中，稱之為仿真、試驗(yàn)與鑒定過程。[2]最終要建立一組能夠盡可能精確代表系統(tǒng)且有相當(dāng)置信度的模型，用來預(yù)測系統(tǒng)的性能、作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性。

縱觀發(fā)達(dá)國家武器裝備的研制過程，我們看到計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展和在軍事領(lǐng)域的深入應(yīng)用，使得海軍武器裝備試驗(yàn)鑒定方法、裝備部署和作戰(zhàn)使用都可通過模擬實(shí)現(xiàn)。

在仿真試驗(yàn)、外場動態(tài)飛行試驗(yàn)和其他試驗(yàn)的支持下的對整個被試裝備的綜合研究和發(fā)展，這就是一體化的概念。型號設(shè)計、改進(jìn)設(shè)計、仿真試驗(yàn)、外場動態(tài)飛行試驗(yàn)不僅是海軍武器系統(tǒng)型號研制的組成部分，并且是一個有機(jī)的整體，相互補(bǔ)充和促進(jìn)，一體化研究貫穿于武器系統(tǒng)研制的全壽命周期。

1 武器裝備試驗(yàn)?zāi)Ｊ椒治?/h2>

1.1 常規(guī)試驗(yàn)方法

武器裝備的靶場試驗(yàn)一般采用常規(guī)的外場試驗(yàn)方法，即在真實(shí)目標(biāo)及真實(shí)環(huán)境背景的試驗(yàn)條件下，考核武器裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的試驗(yàn)方法。特別是對動態(tài)目標(biāo)的跟蹤精度、對目標(biāo)的射擊精度、可靠性等主要指標(biāo)的評估主要是以外場試驗(yàn)作為考核依據(jù)。

真實(shí)目標(biāo)及真實(shí)環(huán)境背景的試驗(yàn)條件下，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）與真實(shí)打擊的目標(biāo)特性接近。

為使目標(biāo)的幾何形狀、輻射、噪聲等目標(biāo)特性接近或等同于武器裝備作戰(zhàn)實(shí)際打擊的對象，一般選用與武器裝備打擊對象性能相近的諸如導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦船等典型真實(shí)目標(biāo)作為試驗(yàn)靶標(biāo)，或者直接以典型打擊對象作為試驗(yàn)靶。

2）試驗(yàn)環(huán)境背景真實(shí)。

在海上或者以海洋為背景條件下進(jìn)行的試驗(yàn)環(huán)境背景與武器裝備實(shí)際使用環(huán)境相同，考核武器裝備在真實(shí)環(huán)境背景、氣象條件下的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，尤其是在考核武器裝備克服海浪雜波干擾和多路徑效應(yīng)等作戰(zhàn)性能。

3）電磁環(huán)境與作戰(zhàn)環(huán)境相近。

武器裝備在作戰(zhàn)艦艇上進(jìn)行的試驗(yàn)，可以形成與實(shí)際作戰(zhàn)條件完全相近的電磁環(huán)境，從而能夠考核武器裝備在電磁環(huán)境下的實(shí)際使用性能。[3]

1.2 一體化試驗(yàn)方法

武器裝備試驗(yàn)?zāi)Ｊ降陌l(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在靶場建設(shè)、試驗(yàn)手段、試驗(yàn)管理、試驗(yàn)人才、試驗(yàn)理論等方面的發(fā)展。裝備試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展主要?dú)w結(jié)為向作戰(zhàn)使用性能試驗(yàn)和向可信、高效仿真試驗(yàn)的一體化方向發(fā)展。

1）趨勢一：向考核作戰(zhàn)使用性能的試驗(yàn)?zāi)Ｊ椒较虬l(fā)展。

外場試驗(yàn)鑒定技術(shù)的發(fā)展更加注重對于實(shí)戰(zhàn)條件、試驗(yàn)方法和具體實(shí)現(xiàn)手段的研究，最大限度地形成被試武器裝備所要求的作戰(zhàn)目標(biāo)、環(huán)境和對抗雙方實(shí)施對抗的動態(tài)過程。為此，外場試驗(yàn)將采用各種動態(tài)靶標(biāo)來模擬裝備的攻擊目標(biāo)，或者性能相似的電子裝設(shè)備模擬作為電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)條件下所對抗的電子目標(biāo)，特殊情況下也將使用實(shí)際的裝備作為對抗的對象進(jìn)行試驗(yàn)和鑒定。有助于提高裝備試驗(yàn)與鑒定的質(zhì)量和水平，更加趨于適應(yīng)未來作戰(zhàn)的需求。

2）趨勢二：向開展可信、高效的仿真試驗(yàn)?zāi)Ｊ椒较虬l(fā)展。

武器裝備的試驗(yàn)與鑒定對目標(biāo)和環(huán)境的要求越來越高，外場真實(shí)條件下實(shí)現(xiàn)的難度也越來越大，有的目標(biāo)甚至無法實(shí)現(xiàn)，這對外場試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。武器系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)戰(zhàn)條件目標(biāo)與環(huán)境的多變性，對其試驗(yàn)鑒定提出了更高要求，有些試驗(yàn)環(huán)境或目標(biāo)特性限于試驗(yàn)周期、經(jīng)費(fèi)、供靶能力、組織實(shí)施、氣候等各種因素的制約，在外場試驗(yàn)中將無法或難以實(shí)現(xiàn)，武器裝備的某些戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能依靠單一的外場真實(shí)目標(biāo)試驗(yàn)無法完成對其全面考核，無法提供設(shè)計定型的依據(jù)。將仿真技術(shù)與試驗(yàn)技術(shù)結(jié)合對武器裝備進(jìn)行綜合試驗(yàn)鑒定，其實(shí)質(zhì)是用仿真的戰(zhàn)術(shù)試驗(yàn)環(huán)境考核真實(shí)武器系統(tǒng)性能，彌補(bǔ)外場試驗(yàn)考核不充分的缺陷，用外場試驗(yàn)結(jié)果與仿真試驗(yàn)結(jié)果綜合評定武器裝備。[4]

2 仿真與試驗(yàn)一體化研究內(nèi)容和技術(shù)途徑

2.1 一體化研究的內(nèi)容

一體化研究的主要思想是要重視仿真技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)仿真在試驗(yàn)與鑒定中的作用，同時以外場真飛試驗(yàn)和實(shí)彈射擊試驗(yàn)作為驗(yàn)證仿真可信度的手段。一體化研究以仿真為核心，將仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)及其他試驗(yàn)貫穿起來。一體化研究的內(nèi)容包括以下幾個方面。

1）對武器系統(tǒng)性能的考核評定主要是動態(tài)精度和射擊概率。

2）研制各階段的仿真試驗(yàn)包括數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真，應(yīng)研究滿足各階段仿真試驗(yàn)要求的仿真環(huán)境和仿真方法。

3）對武器系統(tǒng)性能考核評定的動態(tài)精度仿真試驗(yàn)和射擊精度仿真試驗(yàn)，關(guān)鍵是精度和置信度滿足要求，應(yīng)對動態(tài)精度仿真試驗(yàn)和射擊精度仿真試驗(yàn)的精度進(jìn)行確認(rèn)，研究確認(rèn)方法。

4）數(shù)學(xué)模型和仿真環(huán)境是一體化研究的主線，設(shè)計過程中要進(jìn)行建模，各試驗(yàn)過程要進(jìn)行驗(yàn)?zāi)?，仿真射擊要使用模型。在整個過程中要研究合理的模型體系，進(jìn)行模型的分解細(xì)化。

5）模型的驗(yàn)證要綜合仿真試驗(yàn)和外場動態(tài)試驗(yàn)等各方面的信息。驗(yàn)?zāi)ＭＯ鄬?yīng)，也要分階段進(jìn)行，要研究合理的驗(yàn)?zāi)７椒ā?/p>

6）建立一體化的數(shù)據(jù)庫，包括仿真試驗(yàn)、外場真飛試驗(yàn)等的數(shù)據(jù)庫，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、分析、使用的效率。

7）研究仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)相結(jié)合的一體化評定方法，有效正確利用仿真試驗(yàn)的驗(yàn)前信息，應(yīng)用Bayes 統(tǒng)計分析方法、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等理論，綜合仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)的兩個母體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按最佳配合的原則進(jìn)行仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計。[5]

8）建立一體化的實(shí)用方法、軟件、數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的射擊精度仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有規(guī)范化設(shè)計、理論和方法的通用性，并能推廣到各種海軍武器系統(tǒng)中。

2.2 一體化研究的技術(shù)途徑

一體化研究的最終目的在于提高試驗(yàn)質(zhì)量、減少失誤、節(jié)省試驗(yàn)航次數(shù)。實(shí)際上就是改變以前單一外場試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，通過建立仿真試驗(yàn)環(huán)境和校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使用仿真模型和仿真試?yàn)系統(tǒng)進(jìn)行半實(shí)物仿真試驗(yàn)，補(bǔ)充外場試驗(yàn)的不足，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)縮短試驗(yàn)周期和減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的總體任務(wù)。

根據(jù)一體化研究的技術(shù)特點(diǎn)，擬采取的技術(shù)措施和方案如圖1所示。[4]

圖1 一體化研究技術(shù)方案框圖

一體化研究的技術(shù)途徑主要包括系統(tǒng)模型的建立與校驗(yàn)、外場動態(tài)精度試驗(yàn)的數(shù)據(jù)綜合分析、仿真試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)設(shè)計、建立試驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫技術(shù)、仿真試驗(yàn)與外場動態(tài)精度試驗(yàn)綜合評定技術(shù)等幾個方面。

2.2.1 仿真系統(tǒng)模型的建立與校驗(yàn)

對于任何一個被試系統(tǒng)而言，其仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵是建立正確可信的系統(tǒng)模型和仿真模型，系統(tǒng)模型是根據(jù)被仿對象的物理特性研制的各種模擬器和建立數(shù)學(xué)模型的一次建模，仿真模型是把被試系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成仿真計算機(jī)可執(zhí)行的仿真模型的二次建模。對于武器仿真試驗(yàn)系統(tǒng)而言，其目標(biāo)環(huán)境的仿真尤為重要。建模、驗(yàn)?zāi)：痛_認(rèn)是實(shí)現(xiàn)仿真試驗(yàn)的重要基礎(chǔ)。

建模遵循從“模擬器的器件、部件”到“子系統(tǒng)”、“全系統(tǒng)”的方式建模，其仿真模型包括確定性模型、隨機(jī)誤差模型和不確定性模型，即是對象模型、干擾、各種噪聲模型以及工作誤差模型等等。工程實(shí)踐中，有些對象模型的物理特性能用數(shù)學(xué)方程來描述，有些卻難以用數(shù)學(xué)方程來表達(dá)；或者有些參數(shù)難以用設(shè)計參數(shù)來描述，只能通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確認(rèn)。比如有些彈道方程的參數(shù)就是通過試驗(yàn)確認(rèn)的。并且這些參數(shù)恰恰是一體化研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。

驗(yàn)?zāi)Ｖ饕墙⒃跀?shù)字計算機(jī)上的仿真模型與工程數(shù)學(xué)模型的一致性。驗(yàn)?zāi)５姆椒ㄖ饕峭ㄟ^校驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣討B(tài)特性的一致性要求確定。對某型武器系統(tǒng)的半實(shí)物仿真而言，主要是通過檢驗(yàn)仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)輸出的一致性。通過建模與驗(yàn)?zāi)５奈锢磉^程及仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)際效果即可進(jìn)行確認(rèn)。[6]

2.2.2 外場動態(tài)精度試驗(yàn)的數(shù)據(jù)綜合分析

1）數(shù)據(jù)融合方法。

某型武器系統(tǒng)試驗(yàn)中，靶場運(yùn)用光測、遙測、雷測等多種觀測設(shè)備進(jìn)行測量，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、數(shù)據(jù)融合等，以達(dá)到對該型號武器系統(tǒng)的各種戰(zhàn)技性能參數(shù)的檢測、估計和獲取。

2）仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)。

仿真試驗(yàn)可以輔助外場試驗(yàn)，一定意義上是對外場試驗(yàn)的補(bǔ)充和完善；同時，必須檢驗(yàn)仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)結(jié)果的一致性，用外場試驗(yàn)驗(yàn)證仿真試驗(yàn)結(jié)果。如何檢驗(yàn)仿真試驗(yàn)結(jié)果的有效性或仿真系統(tǒng)的逼真度,是武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)中必須解決的重要課題。仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)，即仿真試驗(yàn)結(jié)果的有效性（或逼真度）檢驗(yàn)，主要途徑是運(yùn)用統(tǒng)計檢測方法，比較相同條件下仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)和外場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行精度檢驗(yàn)。以檢驗(yàn)武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)外場試驗(yàn)結(jié)果是否匹配。[5]

3）有效試驗(yàn)航次與作廢航次的綜合應(yīng)用。

武器裝備外場動態(tài)精度試驗(yàn)具有試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長、試驗(yàn)航次數(shù)少的特點(diǎn)，試驗(yàn)成功和失敗的可能性都有，即有的試驗(yàn)航次有效、有的試驗(yàn)航次由于各種因由可能就是作廢航次。比如某次某型武器系統(tǒng)試驗(yàn)，有的試驗(yàn)航次針對整個系統(tǒng)的動態(tài)精度試驗(yàn)而言是無效的，但對于所屬單機(jī)的其他性能試驗(yàn)而言可能是有效或部分航路段有效。這就要結(jié)合仿真試驗(yàn)和外場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析處理，全面評定試驗(yàn)航次的有效與否。[4]

4）動態(tài)精度飛行試驗(yàn)預(yù)估與試驗(yàn)結(jié)果分析技術(shù)。

動態(tài)精度飛行試驗(yàn)前的仿真試驗(yàn)和動態(tài)精度飛行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析兩者有機(jī)結(jié)合，有效地支持外場真實(shí)目標(biāo)試驗(yàn)，充分挖掘、利用各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，支持實(shí)現(xiàn)射擊精度仿真試驗(yàn)和減少外場試驗(yàn)航次數(shù)。其基本方法是建立正確的射擊精度仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以及仿真彈道方程，積累出反映被試系統(tǒng)典型特征的彈丸測偏精度和脫靶量等關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)。[7]

5）復(fù)現(xiàn)外場動態(tài)精度試驗(yàn)的仿真試驗(yàn)技術(shù)。

以外場真飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，疊加背景噪聲和雷達(dá)噪聲，重新注入仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，以這種復(fù)現(xiàn)外場試驗(yàn)的仿真方法實(shí)時驅(qū)動武器系統(tǒng)，完成被試系統(tǒng)的“仿真復(fù)現(xiàn)外場試驗(yàn)過程”，配合被試系統(tǒng)故障搜尋和系統(tǒng)分析工作。

2.2.3 仿真試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)設(shè)計

仿真試驗(yàn)系統(tǒng)建立一個仿真支撐環(huán)境，可以完成對整個武器系統(tǒng)不同階段不同內(nèi)容的工作提供輔助支持，并為試驗(yàn)現(xiàn)場考核提供輔助決策功能。這種支持軟件系統(tǒng)包括主管理系統(tǒng)，引導(dǎo)和控制不同的功能模塊；功能軟件包括仿真支撐軟件、仿真試驗(yàn)管理軟件和系統(tǒng)測試軟件等。武器系統(tǒng)設(shè)備組成多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不同型號武器裝備涉及空/海/岸等多個立體作戰(zhàn)區(qū)域，目標(biāo)環(huán)境特性和作戰(zhàn)自然條件復(fù)雜多變，全面考核的試驗(yàn)工作量大。故仿真試驗(yàn)設(shè)計是一體化研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，主要包括考核項(xiàng)目設(shè)計、仿真試驗(yàn)航路設(shè)計、仿真試驗(yàn)程序設(shè)計、仿真模型驗(yàn)證和仿真試驗(yàn)結(jié)果信息處理技術(shù)等。[7]

2.2.4 建立試驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫技術(shù)

建立試驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫是一體化研究的重要組成部分。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將一體化的所有信息資源，包括半實(shí)物仿真試驗(yàn)、外場真飛試驗(yàn)和其他試驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)作為一個整體劃一的資源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理共享，完成數(shù)據(jù)信息一體化。這樣一個試驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為“基礎(chǔ)層”、“支撐層”、“數(shù)據(jù)層”和“應(yīng)用層”4個層次?；A(chǔ)層構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；支撐層支持仿真研究和各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析工作；數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理；應(yīng)用層借助圖形可視化工具等實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析與應(yīng)用。

2.2.5 仿真試驗(yàn)與外場動態(tài)精度試驗(yàn)綜合評定技術(shù)

動態(tài)精度仿真試驗(yàn)和射擊精度仿真試驗(yàn)的結(jié)果為減少外場試驗(yàn)航次數(shù)、小子樣鑒定方法提供充分的驗(yàn)前信息，是武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能評定的重要依據(jù)。仿真試驗(yàn)與外場試驗(yàn)相結(jié)合的小子樣鑒定方法以動態(tài)精度仿真和射擊精度仿真提供的驗(yàn)前信息為重要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對武器系統(tǒng)綜合鑒定方法的應(yīng)用。主要包括：Bayes 統(tǒng)計推斷方法、小子樣統(tǒng)計推斷的驗(yàn)前信息應(yīng)用和動態(tài)精度試驗(yàn)設(shè)計等。[8]

3 結(jié)束語

海軍武器裝備仿真、試驗(yàn)與鑒定的一體化研究，融合了計算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)仿真等多學(xué)科的最新科學(xué)技術(shù)成果和方法，能根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)實(shí)際需求，進(jìn)行系統(tǒng)研制、設(shè)計定型、改進(jìn)設(shè)計、軍事訓(xùn)練和作戰(zhàn)性能評估等，適應(yīng)武器對抗日益增長的需求和現(xiàn)代高科技的發(fā)展。一體化研究涉及多學(xué)科、多部門、多信息來源，仿真系統(tǒng)仿真模型的建立與校驗(yàn)、閉環(huán)系統(tǒng)的辨識、仿真模型的確認(rèn)、仿真系統(tǒng)的設(shè)計、仿真環(huán)境的逼真度、仿真試驗(yàn)的一致性檢驗(yàn)、仿真與外場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)融合、小子樣鑒定定型試驗(yàn)方法等許多關(guān)鍵技術(shù)都需攻關(guān)和解決。這些課題的深入研究和完成對解決仿真、試驗(yàn)與鑒定一體化研究起到重要作用；一體化研究也是靶場轉(zhuǎn)型過程試驗(yàn)理論發(fā)展的一個趨勢，必將對海軍武器裝備的發(fā)展、對靶場試驗(yàn)鑒定水平的提高起進(jìn)一步推動作用。

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