通用加油监视系统试验平台设计及试验内容

肖 珺

（海军装备部，陕西 西安 710089）

引言

空中加油机主要执行对作战飞机进行空中加油任务，以增加作战飞机的航程和续航时间，能够大大增强航空兵的远程作战、快速反应和持续作战能力。随着空中加油技术的迅速发展，空中加油机在现代战争中已凸显出巨大作用，并已成为影响现代战争取得胜利的重要技术手段之一。

空中加油机航空电子系统围绕实现飞机加油功能，一般通过加装加油监视系统，实现空中加油全过程的空域监视。不同型号论证时，因其飞机大小、加油监视系统安装位置、目标受油机种等诸多不同，加油监视系统的功能需求和性能指标存在一定的差异。这就需要设计人员在方案设计时，充分结合平台特性进行考虑，而由于型号研制初期，很难掌握真实空中环境下，加/受油机相对的位置变化情况，对加油监视系统提出的功能要求、性能指标往往存在很大的误差，导致最终呈现给飞行员的监视视频差强人意。这就使得针对空中加油机加油监视系统的设计往往需要充分的仿真验证和地面、空中试验。

1 概述

空中加油机加油监视系统半物理试验是通过采用真实的硬件系统，外接视景仿真系统，利用空中动态加油全过程的模拟，验证加油机任务管理系统的功能、性能指标及内外交联接口的正确性。要求最大限度的模拟真实的空中加油过程，给出加油全过程中设计的加油监视系统功能、性能指标摸底，用于为各型加油机加油监视系统设计提供一种试验验证环境和相关试验内容。

2 试验背景及意义

空中加油是一个复杂的过程[1]，一般包括五个阶段：会合阶段、编队阶段、对接阶段、加油阶段和退出阶段。

（1）会合阶段：指受油机从自身方位飞到指定加油区域，与加油机进行会合的阶段。

（2）编队阶段：指受油机在到达指定区域并与加油机会合后，在加油机后方并与其保持一定距离进行编队飞行的阶段。

（3）对接阶段：指受油机逐渐接近加油机，并完成加油设备对接的阶段。

（4）加油阶段：指加油设备相连后，受油机和加油机保持相对飞行，完成输油的阶段。

（5）退出阶段：指输油完成后，受油机与加油机缓慢分开的阶段。

在整个空中加油过程中，加油员既要保证在不同阶段均能保证受油机/受油机编队在视野范围之内，实时监控其动态；又会根据阶段的不同，对加油监视系统的功能、显示及操作提出不同的需求。这就要求在加油监视系统设计时，必须既考虑系统各项功能性能指标能否满足使用需求，又要考虑空中加油全过程系统应能完整、合理的为飞行员提供所需的所有信息。

传统地面试验的方法，在空中加油监视系统设计及验证时存在很大的弊端，毕竟空中加油是一个在三维空间内动态变化的过程，在地面很难复现；而单纯的仿真验证，由于模型、软件运行环境等存在无法修正的偏差，也不能完全替代地面试验。

因此，本文提出了一套通用加油监视系统试验平台的设计方法和相关试验内容，能够有效结合地面试验与仿真验证两种方式，扬长避短，提高试验效率和准确度。

3 试验平台搭建

试验平台由摄像机组件、显示控制单元、视景仿真系统及试验电缆组成，其中：

（1）摄像机组件由可见光摄像机组、红外摄像机组和可调节底座组成，主要用于验证可见光/红外摄像机组件能否提供所需的左/右区域及后向全景的高清视频，并在监控区域内始终可以监控到受油机/受油机编队，且其性能指标能够在不同距离分别满足目标探测的三个等级（发现、识别和辨认）。

（2）显示控制组件由机上真实显示设备和显控管理处理机组成，主要用于为加油监视系统提供显示窗口和视频信息的综合处理，并验证设计的加油监视视频显示风格、画面切换的操作逻辑以及多路高清视频融合拼接的显示效果是否能够满足使用要求。

（3）视景仿真系统由1 台配备视景仿真软件的工作站和1 台配备动态环境仿真软件的视景服务器组成，主要用于为加油监视系统提供飞行加受油场景模拟、多视角机载视觉视景输出等，并可以根据摄像机组件的设计指标更改软件配置参数，据此用于模拟动态空中环境下的摄像机组件，并提供加油全过程的动态仿真。

（4）1 套用于设备互联互通的试验电缆。

系统交联关系见图1。

这套加油监视功能半物理试验系统采用了视景仿真组件与摄像机组件并行接入的方式，一方面既充分发挥了视景仿真系统的软件优势，为试验提供了动态、逼真、参数可配置的虚拟环境，弥补了传统纯物理环境下地面试验的局限性，同时也因为接入真实的物理系统而减少了单纯仿真带来的误差；另一方面采用底座可调节摄像机组件，配合光学靶标，实时验证视景仿真设置的参数在纯物理环境下的真实情况，同时对摄像机组件的性能指标进行摸底，将仿真与验证充分结合，有效缩短试验周期，提高试验结果的可靠性。

4 试验系统功能

搭建的试验系统为满足某型加油机加油监视系统的试验需求，具备以下功能：

4.1 摄像机组件具备以下功能/性能

（1）提供后向全景可见光/红外全景视频和左/右侧可见光/红外区域视频。

（2）能够在试验环境下对摄像机的安装角度进行灵活调整。

（3）摄像机各项性能指标与装机目标值相同。

4.2 显示控制组件具备以下功能

（1）具备对摄像机组件输出的视频信号进行综合处理，输出图形、图像信息。

（2）具备对视景仿真系统输出的模拟空中加油全过程视频信号进行综合处理，输出图形、图像信息。

（3）具备全景视频、区域视频综合显示功能。

（4）采用装机目标相同的显示器，以便验证显示效果和操作逻辑。

4.3 视景仿真系统具备以下功能

（1）提供基于飞行仿真数据驱动视景软件，支持飞行仿真场景和典型加油任务仿真，满足飞机迫近加受油过程的场景要求和起飞编队加受油的任务要求。

（2）提供高性能仿真计算机，用于视景计算和仿真模型计算。

图1 空中加油机加油监视半物理试验系统

（3）提供多种飞机模型，加油机模型可由用户自行编辑，受油机以国内主战战斗机种为主，满足加受油典型事件功能。

（4）提供多路角度可调的视景图像输出。

（5）支持可见光/红外仿真图像生成。

5 试验方法及内容

空中加油机加油监视系统半物理试验分为两种方法：一是通过采用真实的硬件系统，搭建加油监视系统试验环境，采用标准光学靶标验证系统功能、性能相关指标；另一方面采用视景仿真系统接入实验环境，采用软件仿真的形式模拟出加油全过程的受油机目标特征及位置变化，对系统进行摸底验证，确保系统能够满足后续型号的使用需求。

5.1 试验方法

方法一：采用视景仿真系统，按照选用的摄像机组的性能指标和安装位置进行配置，用视景仿真系统按照典型加油任务剖面对加油全过程进行动态模拟，实时输出各通道图像，通过光纤接口接入显控管理处理机，由显控管理处理机进行视频融合拼接并送显示器进行显示。

方法二：选取符合相关标准要求的光学靶标（包括可见光和红外两种），按照典型的受油机尺寸，进行理论计算，得出等效距离关系，再分别选择与1.85km、500m、100m、20m 等效的位置布置光学靶标，由摄像机组分别对靶标进行拍摄，输出图像的接入显控管理处理机，由显控管理处理机进行视频融合拼接并送显示器进行显示。

方法一主要是利用视景仿真系统提供软件模拟的空中加油过程，确认摄像机安装角度、视场范围等关键参数的设计是否合理，能否满足使用需求；也能够对显控管理处理机的视频融合拼接算法、视场畸变等问题进行摸底；与此同时，还能对显示窗口的设计进行验证，确保设计的8 窗口显示能够符合人机功效设计。

方法二主要用于对选用的摄像机性能指标进行摸底，对选用的摄像机进行摸底，确认其是否能够在加油过程中的关键距离上发现、识别目标。

5.2 试验内容

5.2.1 验证交联接口

（1）验证摄像机组件与显控管理处理机的视频通信及数据通信。

（2）验证显控管理处理机与多功能显示器的视频通信及数据通信。

5.2.2 验证加油监视显示功能

（1）验证摄像机组件是否能够提供后向全景视频和左/右侧向区域视频，并确保受油机在不同距离特征清晰可辨。

（2）验证显控管理处理机的视频处理，输出图形/图像信息，全景视频、区域视频综合显示功能，并验证显示器显示布局及操作逻辑的设计。

5.2.3 系统性能摸底

（1）结合视景仿真系统，摸底整个加油过程受油机/受油机编队是否始终能够在加油员的视野范围内，整个过程的飞行员显示控制逻辑合理高效。

（2）对方案设计中要求的后向视场、左/右侧向视场进行摸底验证，验证该指标是否满足加油全过程的视频监视需求。

（3）利用光学靶标，分别对摄像机组件在不同距离发现、识别目标的能力进行摸底。

（4）对加油监视视频从采集、处理到显示整个流程的传输延时进行摸底。

（5）对显控管理处理机在视频融合时带来的视场畸变情况进行摸底。

（6）对显示器显示方式和操作逻辑进行摸底。

6 结束语

加油监视系统是现代空中加油机必备的系统之一，能够为飞行员在整个空中加油过程中解决驾驶舱视场封闭带来的周围空域信息的缺失。但由于系统的设计阶段很难获得较为真实的、动态的空中加油环境，导致系统设计时不能完全分析整个受油机与加油机相对运动过程，这就会带来一定的设计风险。

本文研究了一种空中加油机加油监视半物理试验系统和试验方法，引入视景仿真系统，采用两套试验方式分别解决动态环境和光学传感器性能摸底两方面的问题，为后续的加油监视系统在设计阶段的验证试验提供了可借鉴的经验。