0 引言
以往,航空电子系统试验鉴定侧重于对各系统技术指标达标度的考核,试验设计以单系统的功能或性能考核为主,缺乏对多系统的协同应用考虑;随着航空电子系统不断向综合化、模块化方向发展,各分系统交联关系越来越密切,航空电子系统已经成为一个不可分割的有机整体,验证如果不考虑战场的综合运用问题,获取的试验结果意义性不强,不能代表装备实战条件下的能力底数,航空电子系统飞行试验必须由单系统验证向综合运用条件下的系统综合验证转变。
基于此,文中提出一种基于试验状态点矩阵的航电系统综合试飞设计方法,利用试验状态点的技术和管理维度信息,实现多系统全任务全流程综合试验快速设计。1 试验状态点、试验点及动作点的定义
首先定义试验状态点:表征飞行试验验证过程中所需的载机、被试对象、配试资源、电磁/地理环境等多维属性,是系统验证过程中不可再分的最小试验技术单元,具有唯一性。
考虑飞行试验数据统计的要求,同一个试验状态点验证存在多样本需求,为了兼顾样本量,需定义试验点:为了满足置信度要求需要多次重复验证(样本量),状态点的1次验证则称为1个试验点。
动作点:描述一个试验动作的具体特征。试验状态点可能包含1个或多个动作点。比如,对于试验状态点“迎头态势下距离载机200 km目标机进行S机动”,所对应的“S机动”则为动作点。
根据定义,试验状态点能够表征验证的技术要求,主要体现了某验证任务的复杂度;试验点则可以表征项目的工作量;而动作点则表征了验证过程中对关键飞行动作的要求。试验点和试验状态点之间存在如下的数学关系:试验点数=∑试验状态点数×样本量。在不引入歧义的情况下,一般将试验状态点简称为试验点。
2 基于试验状态点矩阵的航电系统综合试飞设计2.1 综合试验设计基本思路
进行多试验状态点综合试飞,并不能简单的将多个试验状态点随意叠加。由于不同试验状态点代表不同的试验工况状态和资源需求,如果统筹不合理,可能导致各试验状态点互相冲突、干涉,甚至试验完全失败;或者试验状态点安排过多,导致试飞员负荷过高或留空时间不足。因此,综合试飞设计必须对飞行的时域、空域、资源域及任务逻辑域统筹设计。
为便于统筹,综合试验设计首先需要确定试验的主线任务,即飞行中起主导作用的、需要首要保障的任务,其余任务均为副线任务,试验中由主线任务牵引试验过程。主、副线任务应满足以下约束条件:
a)主线与副线任务之间无冲突或干扰;无交互效应或交互效应可互为验证条件。
b)主线与副线任务的综合逻辑符合实际作战运用工况。
c)主线任务环境(包括资源保障)可满足副线任务需求,或副线任务环境容易构建。
d)不因增加副线任务提高飞行试验的风险等级。
e)任务总耗时小于留空时间(不包括起、降时间)。
f)任务总负荷可接受。
为了计算任务总耗时,需引入“试验点耗时”定义:单个试验点执行所需的占空时间。
按照任务特点可将试验点分为3类:过程类、动作类和结合类。过程类试验点执行需要一个或多个完整的流程,耗时较长,例如,某弹道条件下的靶试;动作类试验点执行重点在于试飞员的具体飞行动作或操作,耗时一般为数分钟,例如45°坡8字盘旋;结合类试验点执行伴随主任务完成,不需占用额外时间,例如某弹道靶试条件下的平显字符显示正确性,实际所需耗时为0。
显然,通过合理设计,将各类试验点平均分布一个架次中,可以有效提高试验效率,获取更多的数据。综合试验设计过程可用图1进行说明:首先将飞行过程分解为地面准备、起飞、战术接敌、拦截作战、进场着陆等阶段,再将主、副任务线的试验点根据所属任务阶段属性平均分布在时间轴上。
2.2 基于试验状态点矩阵的航电系统综合试飞设计
尽管看起来综合试验的设计思路并不复杂,但飞行试验属于复杂系统工程,工程实施将会涉及数十个被试系统或设备、多类配试资源、各种复杂环境,试验中经常由于被试对象技术状态、配试资源到位状态、飞行包线限制等原因导致诸多试验点不具备验证条件;同时各试验点也存在已验证、待优化调整后再验证、待验证等表征计划执行情况的管理状态,因此,航电系统综合试验设计是一项非常复杂和困难的问题。为了解决上述问题,构建试验状态点的数学矩阵模型,通过动态管理试验点技术管理维度状态信息,实现飞行试验的综合设计。主要过程如下:
步骤1 定义试验状态点一维矩阵E=[e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9 e10 e11 e12]描述试验状态点的技术维度信息。其中:e1为试验状态点所依据验证条款;e2为载机飞行状态;e3为载机飞行动作;e4为载机系统工作状态;e5为目标机飞行状态; e6为目标机飞行动作;e7为目标机系统工作状态;e8为气象环境;e9为地理环境;e10为保障资源;e11为耗时;e12为飞行风险等级。
步骤2 定义验证状态一维矩阵M=[ m1 m2 m3 ],描述试验状态点的管理维度信息。其中:m1为某试验状态点计划验证次数;m2为某试验状态点剩余验证次数;m3为某试验状态点累积验证次数。
设某试验状态点矩阵E1,对应验证状态矩阵M1,则m1代表计划任务量, m2代表剩余任务量, m3代表实际执行的任务量。
步骤3 对于N个试验状态点,构成N×12阶矩阵F, N×3阶矩阵S。
$\begin{array}{l} \boldsymbol{F}=\left[\boldsymbol{E}_{1} \boldsymbol{E}_{2} \cdots \boldsymbol{E}_{N}\right]^{\mathrm{T}}= \\ {\left[\begin{array}{cccccccccccc} e_{11} & e_{12} & e_{13} & e_{14} & e_{15} & e_{16} & e_{17} & e_{18} & e_{19} & e_{110} & e_{111} & e_{112} \\ e_{21} & e_{22} & e_{23} & e_{24} & e_{25} & e_{26} & e_{27} & e_{28} & e_{29} & e_{210} & e_{211} & e_{212} \\ \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots & \vdots \\ e_{n 1} & e_{n 2} & e_{n 3} & e_{n 4} & e_{n 5} & e_{n 6} & e_{n 7} & e_{n 8} & e_{n 9} & e_{n 10} & e_{n 11} & e_{n 12} \end{array}\right]} \end{array}$
其中:ei1为第i个试验状态点的验证条款;ei2为第i个试验状态点所需载机飞行状态;ei3为第i个试验状态点所需载机飞行动作;ei4为第i个试验状态点所需载机系统工作状态;ei5为第i个试验状态点所需目标机飞行状态; ei6为第i个试验状态点所需目标机飞行动作;ei7为第i个试验状态点所需目标机系统工作状态;ei8为第i个试验状态点所需气象环境;ei9为第i个试验状态点所需地理环境;ei10为第i个试验状态点所需保障资源;ei11为第i个试验状态点所需耗时;ei12第i个试验状态点的飞行风险等级。
S=[M1 M2…MN]T =
其中:mi1为第m个试验状态点对应的计划试验点数;mi2为第m个试验状态点对应的剩余试验点数;mi3为第m个试验状态点对应的累计试验点数。
步骤4 进行综合试飞试验设计,假定某次飞行主任务的载机飞行状态为p;配试飞机飞行状态为q;气象环境为r;地理环境为x;保障资源为y;飞行时间为T,对矩阵F和S进行条件筛选,提取满足综合试验条件的所有试验状态点:
(ei2≤p)∩(ei5≤q)∩(ei8≤r)∩(ei9≤ x)∩(ei10≤y)∩(mi2≥1)
步骤5 进行耗时计算,针对筛选获取的试验状态点,计算所需总耗时,当总耗时大于T时,获取T时间内可执行的试验状态点,并按照2.1节中所述的综合试验基本原则,进行最后确认,完成最终试验设计。
3 试用情况
4 结论
文中提出一种基于试验状态点矩阵的航电系统综合试验设计方法,通过构建试验状态点的数学矩阵模型,利用信息化技术,实现了对试验状态点技术、管理等多维度信息的动态管理,通过信息检索实现多系统综合验证设计,有效提升验证质量,提高飞机留空时间利用率及试验任务执行效率。