李 鵬

（92941部隊(duì) 葫蘆島 125001）

1 引言

在導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)中，如果導(dǎo)彈飛行異常，直接威脅到航區(qū)周圍重要設(shè)施和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。導(dǎo)彈飛行結(jié)束后，為了盡快決策后續(xù)任務(wù)是否順利進(jìn)行，指控中心需要快速計(jì)算脫靶量、遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)異常判決［1］、導(dǎo)彈落點(diǎn)等快速判決結(jié)果，為試驗(yàn)指揮人員和總體技術(shù)人員作出指揮決策提供技術(shù)支持。隨著新武器裝備試驗(yàn)向大射程、大空域、高速度等方向發(fā)展，快速判決已經(jīng)成為越來越重要的數(shù)值依據(jù)。因此對(duì)導(dǎo)彈快速判決的系統(tǒng)建設(shè)提出了迫切的要求［2］。

2 系統(tǒng)功能

1）通過實(shí)時(shí)處理得到的導(dǎo)彈航跡和落點(diǎn)、高度速度曲線、遙測(cè)實(shí)時(shí)挑點(diǎn)參數(shù)以及飛行實(shí)況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行是否正常。

2）對(duì)遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)、導(dǎo)彈外彈道實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，提前對(duì)導(dǎo)彈航跡將要超出航跡邊界和遙測(cè)參數(shù)超出閾值進(jìn)行預(yù)警。

3）通過圖像未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈命中靶船，或者實(shí)時(shí)落點(diǎn)距靶位點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，用事后數(shù)據(jù)重新計(jì)算落點(diǎn)數(shù)據(jù)確認(rèn)導(dǎo)彈落點(diǎn)。

4）利用實(shí)時(shí)的導(dǎo)彈GPS、雷達(dá)定位結(jié)果和實(shí)時(shí)靶船定位數(shù)據(jù)快速計(jì)算導(dǎo)彈脫靶量，分析導(dǎo)彈命中情況。

5）通過實(shí)時(shí)處理得到的導(dǎo)彈航跡和落點(diǎn)、遙測(cè)實(shí)時(shí)挑點(diǎn)參數(shù)以及飛行實(shí)況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行異常，出現(xiàn)提前落水或明顯偏離航向的情況時(shí)，用事后數(shù)據(jù)計(jì)算落點(diǎn)。

6）通過遙測(cè)實(shí)時(shí)挑點(diǎn)參數(shù)以及飛行實(shí)況圖像等信息判斷導(dǎo)彈飛行異常，出現(xiàn)提前落水或明顯偏離航向的情況時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式，對(duì)導(dǎo)彈故障診斷，查找故障原因。

7）利用實(shí)時(shí)處理結(jié)果對(duì)試驗(yàn)過程復(fù)演。

3 系統(tǒng)組成

3.1 硬件配置

1）數(shù)據(jù)處理結(jié)果匯集服務(wù)器

2）遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)判決服務(wù)器

3）脫靶量、落點(diǎn)計(jì)算服務(wù)器

4）顯示復(fù)演服務(wù)器

5）打印機(jī)

3.2 軟件配置

1）Unix操作系統(tǒng)

2）Windows xp操作系統(tǒng)

3）QT++編程語(yǔ)言

3.3 軟件系統(tǒng)組成

1）實(shí)時(shí)判決預(yù)處理

（1）判決信息匯集

將實(shí)時(shí)解算的遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)以及導(dǎo)彈GPS數(shù)據(jù)、靶船定位數(shù)據(jù)按固定時(shí)鐘周期匯集分發(fā)給遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)判決服務(wù)器、脫靶量及落點(diǎn)計(jì)算服務(wù)器。

（2）對(duì)參加判決的數(shù)據(jù)信息幀按接口規(guī)范進(jìn)行解析并合理性檢驗(yàn)特征值提取。

2）中靶情況分析子系統(tǒng)

利用實(shí)時(shí)的導(dǎo)彈GPS、雷達(dá)定位結(jié)果和實(shí)時(shí)靶船定位數(shù)據(jù)快速計(jì)算導(dǎo)彈脫靶量［3］，分析導(dǎo)彈命中情況。

3）遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)異常分析子系統(tǒng)分析遙測(cè)參數(shù)是否異常、遙測(cè)指令。

4）計(jì)算導(dǎo)彈落點(diǎn)子系統(tǒng)

5）數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)

管理存儲(chǔ)型號(hào)導(dǎo)彈的異常判決知識(shí)準(zhǔn)則、遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)特征信息、預(yù)測(cè)算法、以及遙外彈道數(shù)據(jù)處理結(jié)果、理論值等信息。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 飛行試驗(yàn)快速判決系統(tǒng)組成

4 系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 實(shí)時(shí)判決預(yù)處理

研究牛頓插值算法，該方法將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)逼近，形成遙測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的近似表達(dá)式，簡(jiǎn)單易行且精度高。有中心插值法、前推插值法和后推插值法等幾種方法［4］。用中心插值法和后推插值法來判斷某點(diǎn)是否是野值點(diǎn)時(shí)，需要用到該點(diǎn)后面的數(shù)據(jù)，容易引起野值逆?zhèn)鞑⑶倚枰e累當(dāng)前時(shí)刻之后的數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)影響到算法的效率和實(shí)時(shí)性。因此用前推插值方法。

4.2 遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)異常判決的方法

4.2.1 基于規(guī)則的知識(shí)庫(kù)及求解策略

將導(dǎo)彈內(nèi)彈道典型故障的判決知識(shí)獲取為產(chǎn)生式規(guī)則［5］，以IF P THEN Q基本形式表示。知識(shí)表示采用基于規(guī)則的思想，規(guī)則的結(jié)論可以增加事實(shí)也可以執(zhí)行某些操作；每個(gè)被判決的參數(shù)，都擁有屬于自己的規(guī)則，判決時(shí)僅搜索其對(duì)應(yīng)的規(guī)則；規(guī)則之間相互獨(dú)立，利用規(guī)則的優(yōu)先級(jí)或者被調(diào)用次數(shù)來控制規(guī)則的執(zhí)行順序；每條規(guī)則都有可信度以及被調(diào)用的次數(shù)統(tǒng)計(jì)，從而形成了優(yōu)先級(jí)；或者優(yōu)先級(jí)的高低由一個(gè)整數(shù)代替，其數(shù)值由用戶錄入時(shí)指定；同一優(yōu)先級(jí)的規(guī)則最多只能執(zhí)行一條，因此，對(duì)于同一個(gè)被判參數(shù)的所有規(guī)則來說，優(yōu)先級(jí)相同的規(guī)則的前提必須互斥。

4.2.2 知識(shí)庫(kù)表的設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)了以下主要數(shù)據(jù)表構(gòu)成知識(shí)庫(kù)［6～7］：事實(shí)表、結(jié)論規(guī)則表、函數(shù)表和元數(shù)據(jù)表。事實(shí)規(guī)則表用來存儲(chǔ)事實(shí)。結(jié)論規(guī)則表存儲(chǔ)中間規(guī)則和結(jié)論規(guī)則，函數(shù)表存儲(chǔ)規(guī)則前提中的函數(shù)表達(dá)式。

1）屬性集用于存放知識(shí)對(duì)象的屬性。專家經(jīng)驗(yàn)由故障現(xiàn)象、故障原因兩部分組成。這兩部分都作為知識(shí)對(duì)象的屬性。

2）規(guī)則集用來存放領(lǐng)域知識(shí)轉(zhuǎn)換成的產(chǎn)生式規(guī)則。在本系統(tǒng)中，規(guī)則集存儲(chǔ)三種類型的知識(shí)規(guī)則：事實(shí)規(guī)則、中間規(guī)則和結(jié)論規(guī)則。在系統(tǒng)中，規(guī)則集和屬性集是由自定義結(jié)構(gòu)類型的動(dòng)態(tài)數(shù)組構(gòu)成。

3）方法集用來存放操作知識(shí)對(duì)象的方法。它包括三個(gè)部分：轉(zhuǎn)換操作集是把屬性集轉(zhuǎn)換成規(guī)則集的方法，其主要功能是建立由知識(shí)對(duì)象到產(chǎn)生式規(guī)則之間的映射關(guān)系；知識(shí)校驗(yàn)集是各種校驗(yàn)知識(shí)規(guī)則的方法集合，主要包括語(yǔ)法檢查和不一致性校驗(yàn)（冗余性校驗(yàn)、矛盾性校驗(yàn)和循環(huán)校驗(yàn)）；一般方法集包含了對(duì)知識(shí)對(duì)象的基本操作，如對(duì)象的生成、刪除、消息處理等。關(guān)于知識(shí)表示的對(duì)象思路設(shè)計(jì)如下：

class Knowledge//知識(shí)表示的類設(shè)計(jì)

｛

屬性成員：

int KnowObject_ID；//知識(shí)對(duì)象標(biāo)識(shí)

PreCensequece*FaultPhenomena；//故障現(xiàn)象集

PreCensequece*FaultCause；//故障原因集

Ruletype*Ruleset；//規(guī)則集

方法成員：

void KnowledgeTransforming（）；//建立領(lǐng)域知識(shí)到知識(shí)規(guī)則之間的映射

void knowledgeverificating（）；//知識(shí)校驗(yàn)

｝

Struct PreCensequece//故障現(xiàn)象集結(jié)構(gòu)

｛

String precondition；//前提

String Censequece；//結(jié)論

｝

Struct RuleType//規(guī)則集結(jié)構(gòu)

｛

PreCensequece *FaultRule；//事實(shí)規(guī)則集

PreCensequece *MidEndRule；//結(jié)論規(guī)則集

PreCensequece *Next；//下一條規(guī)則指針

｝

4.3 脫靶量計(jì)算的方法

計(jì)算脫靶量，先利用最后獲得的導(dǎo)彈GNSS實(shí)測(cè)彈道的位置和速度數(shù)據(jù)，通過外推估算導(dǎo)彈中靶（過靶船高度平面）時(shí)刻的位置；然后通過估算的導(dǎo)彈中靶時(shí)刻位置和實(shí)測(cè)的靶船中心點(diǎn)位置和航向，求解導(dǎo)彈在靶船測(cè)量坐標(biāo)系下的相對(duì)位置偏差——即實(shí)時(shí)脫靶量數(shù)據(jù)［8～9］。在實(shí)時(shí)落點(diǎn)預(yù)報(bào)中［10～11］，將導(dǎo)彈被動(dòng)段的運(yùn)動(dòng)視為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)段軌跡方程的初值條件取導(dǎo)彈瞬時(shí)點(diǎn)在發(fā)射坐標(biāo)系下的速度與位置，作為關(guān)機(jī)點(diǎn)或頭體分離點(diǎn)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。利用測(cè)試獲得的導(dǎo)彈質(zhì)量變化與空氣阻力參數(shù)，算出某一時(shí)段內(nèi)的彈道狀態(tài)。落點(diǎn)計(jì)算采用四階“龍格-庫(kù)塔”法［12］，以數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)頻率為步長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)值積分計(jì)算，主要考慮了地球引力、哥氏力、牽引力影響。落點(diǎn)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)計(jì)算公式如下：

其中：

哥氏加速度：

其中：

牽連加速度：

其中：

地球自轉(zhuǎn)角速度：

其中：

引力加速度：

5 快速判決系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及技術(shù)指標(biāo)

5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

快速判決系統(tǒng)用QT編程實(shí)現(xiàn)，以某幾個(gè)典型型號(hào)任務(wù)為例，用歷史任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)演，輸入快速判決系統(tǒng)，得到相應(yīng)的判決結(jié)果。判決主界面如圖2所示。

圖2 飛行試驗(yàn)快速判決系統(tǒng)主界面

5.2 技術(shù)指標(biāo)

1）實(shí)時(shí)性指標(biāo)：關(guān)鍵參數(shù)判決和預(yù)測(cè)處理時(shí)延小于1s；

2）脫靶量計(jì)算指標(biāo)：實(shí)時(shí)計(jì)算脫靶量誤差小于5m；

3）異常判決功能指標(biāo)：提前2～3個(gè)實(shí)時(shí)處理周期對(duì)參數(shù)異常告警。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)快速判決系統(tǒng)，在多型號(hào)導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)任務(wù)得到了應(yīng)用，判決系統(tǒng)對(duì)遙測(cè)關(guān)鍵參數(shù)判決結(jié)果正確，起到了故障預(yù)警和安控判決輔助決策的作用。確保了試驗(yàn)任務(wù)的順利完成。落點(diǎn)計(jì)算和脫靶量計(jì)算準(zhǔn)確，快速分析導(dǎo)彈命中情況。試驗(yàn)應(yīng)用證明：該文設(shè)計(jì)的快速判決系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理，模型正確。提高了導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)判決效率，滿足靶場(chǎng)試驗(yàn)任務(wù)中導(dǎo)彈內(nèi)彈道的安控?cái)?shù)判工作要求，在技術(shù)上和應(yīng)用上是切合實(shí)際、合理可行的。

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