自动判读方法在制导弹药测试中的应用

陈二雷，胡 车，杨 毅，张 言，母勇民

(西安现代控制技术研究所，西安 710065)

0 引言

随着制导弹药的复杂程度以及自动化程度的不断提高，对综合测试技术也提出了更高的要求。制导弹药测试贯穿了从科研生产到装备部队使用的全生命周期，合理的测试方案设计可提高检测结果的置信度，同时减少检测时间。测试数据的分析判读是综合测试的重要一环，其判读结果是评估弹药是否正常的依据，有助于故障定位和问题排查。目前数据判读主要依靠人工来完成，数据量大、数据种类多样、判读方法多变，对分析人员专业素质要求高，判读结果具有较大的主观因素。为提高测试效率和判读的准确性，文中对自动判读方法进行了研究，以某弹药为研究对象，提出了测试数据的解析、判读以及管理方法，从横向和纵向两方面建立了产品数据包，从而便于产品测试数据的健康管理。

目前在国内自动判读技术主要应用于卫星以及载人航天器的控制系统中[1-3]，该技术不但减轻了测试人员的负担，同时提高了故障检测能力。在制导弹药的测试中应用相对较少[4]，与卫星及载人航天应用相比，制导弹药测试自动判读对实时性要求不高，可在试验结束后对测试数据进行离线处理分析。一般弹药单次测试需要判读参数多达上百个，在全覆盖判读的情况下，人工判读容易漏判、误判，因此，需要一种自动判读方法协助完成数据分析，下面对该方法的组成、原理以及应用进行详细介绍。

1 系统方案设计

在制导弹药测试中采用自动判读方法属于专家系统的一种应用，是人工智能从理论走向实际应用的案例[5]。如图 1所示，是自动判读方法的系统方案设计示意图，使用测试局域网实现内部数据互联，主要由数据库、数据获取部分以及多个判读终端组成。其中数据库用来存储原始数据、判读规则和推理逻辑，判读终端可实现对判读规则和推理逻辑的下载更新管理，数据获取部分完成对原始数字量和模拟量的采集及存储，采集过程中会在原始数据中注入精度为1 ms的时间信息，以便于后期数据分析。

2 主要功能模块

2.1 数据管理模块

为规范数据管理，在数据采集之前，首先要对试验阶段、试验目的、测试设备、试验环境、试验地点、试验时间、被测品编号等参数进行配置，在数据采集与保存时作为数据的属性与测试数据绑定，这样测试数据才具有可追溯性与可比性。测试数据管理模块主要完成对数据的保存以及检索。

常见的试验属性配置如下：

1)试验阶段：原理样机阶段(默认)、工程样机阶段、设计定型阶段、部队使用阶段；

2)试验目的：综合测试(默认)、分系统测试、专项测试；

3)测试设备：综合测试设备(默认)、检测维修车、导弹检测仪；

4)试验环境：常温(默认)、高温、低温、振动、冲击、电磁兼容、可靠性增长等；

5)试验地点：设计单位(默认)、生产单位、弹药库房、靶场等。

2.2 数据预处理模块

自动判读规则只对有意义的物理量有效，因此每次试验结束后，首先需要对采集到的数据进行解析预处理，解析过程主要是使用数据组成协议将原始的二进制数据转换为具有实际物理含义的十进制文本文件，同时对数据当中的野值进行剔除[6]，并将解析后的数据按照标准的格式保存，便于自动判读模块的读取与识别。

2.3 判读规则模块

在设计判读规则之前，首先要根据测试数据的特点对其进行分类，然后针对不同种类的数据设计对应的判读规则，无论采集到的原始数据是数字量还是模拟量，都会被转换为一个个有意义的物理量，根据各物理量的特点，可对制导弹药测试数据进行如下分类：

1)0d01(恒定数值类)

恒定数值类数据一般是从数字量解析而来，从头至尾为恒定数值，如某电子部件的工作状态、开关状态。该类数值需要计算整个过程中的最大值和最小值，并且最大值和最小值均和给定固定值相等。

2)0d02(点火类数据)

点火类数据是直接作为电压(模拟点火具负载)模拟量来采集，该类信号普遍存在于制导弹药当中，如发动机点火、热电池点火、引信解保点火等，需要计算的参数为点火脉冲的时序、幅值以及脉宽，所有参数的测试值均需要在合格判据范围之内。

3)0d03(电压类数据)

电压类数据既可作为模拟量直接采集，也可从数字量解析而来，是评估制导弹药电气性能的重要参数，如弹上各部件工作所需要的模拟供电信号，需要计算的参数为转电之后电压的最大值、最小值、纹波峰峰值的绝对值等，所有参数测试值均在合格判据范围当中则判断合格。

4)0d04(变化趋势类数据)

变化趋势类数据是指具有特定的变化趋势，如锯齿波、方波、正弦波等，或可对变化趋势进行理论计算，常见物理量有舵机指令、舵机反馈和舵机指令反算等，该类数据首先需要与给定波形做差，然后计算差值的最大值与最小值，判断系统相应延迟，实测数值均在判据范围则为合格。

5)0d05(区间类数据)

区间类数据是指该物理量在整个测试过程中在一定区间范围内浮动变化，如弹体X，Y，Z三个方向的加速度及角速度信息，弹体不同位置的温度信息，制导弹药的经度、纬度、大地高度定位信息等，该类数据需要计算的参数为最大值与最小值，实际测试值均在给定区间内则判断合格。

2.4 判读推理流程模块

判读推理流程模块是整个自动判读系统的核心，其推理算法及逻辑直接影响到判读结果的有效性及可信度。制导弹药自动判读推理流程示意图如图2所示。在开始数据采集之前，需要加载数据格式以及判读规则文件，判读规则文件主要对数据组成进行定义说明，并对所有物理量对应参数的合格区间进行配置，然后等待数据采集，对于接收到的数据首先进行预处理，预处理之后的物理量需要进行数据类型判断，不同类型的数据需要计算的参数不同，若为电压类数据和变化趋势类数据，还需要进一步处理之后再进行参数计算，最后将计算出的参数值与判读规则配置文件中的合格区间进行比对，并做出合格或不合格结果判读。目前的判读模块部分是基于模块化设计，以便于数据类型增加之后对判读推理流程模块进行功能扩展。

图2 判读推理工作流程示意图

3 判读系统的应用

3.1 测试零点识别

测试零点是时间基准，采集数据注入的时标信息需要使用测试零点进行校准。对于制导弹药工作流程来说，一般选择炮口分离或电压转换时刻作为零点，具有阶跃信号特征，可采用阈值进行识别，当连续10个采样点大于设定阈值时，则以第一个大于阈值的采样点时刻作为测试零点，所有采集数据的时标减去该测试零点作为其真实时标，正值表明为飞行时刻，负值表明为飞行前准备时刻，所有点火信号的时序参数也是相对测试零点进行计算。

3.2 单次测试数据分析

单次测试是指执行一次综合测试任务。依据该自动判读方法，将测试数据计算生成测试报表，作为制导弹药技术状态确认的依据。如表1所示，为测试报表模板，主要由各个物理量参数的理论范围、实测值以及判读结果构成，部分参数需要结合人工判读来生成最终结果。

表1 单次测试自动判读生成报表

3.3 横向测试分析

横向测试分析是指对不同编号的产品在同一测试科目的数据进行比对分析，大多数参数会根据产品个体差异性符合一定的正态分布N(μ，σ2)。表2是某弹药不同编号产品在出厂测试时电源1测试数据，对应图3是其波形图，由图可以看出：将该物理量数值划分为包络区间、系统指标区间和其他区间，若测试结果落入包络区间则为合格，落入包络区间外系统指标区间内则为超差，落入其他区间则为不合格。

表2 电源1数据横向测试分析(出厂测试)

图3 电源1横向测试数据分析图

3.4 纵向测试分析

纵向测试分析是指对同一套产品在生命周期内不同阶段的测试数据进行分析对比[7]，采用成功的飞行数据包络分析方法，将以往的产品测试结果及系统要求指标与本次试验指标进行比对[8]。表3是电源1产品编号001参数的纵向测试数据结果列表。

表3 电源1数据纵向测试数据(001#产品)

4 结束语

对制导弹药测试数据自动判读方法进行了研究。设计了测试数据管理系统，根据数据特点对测试物理量进行了分类处理，并设计了判读推理流程模块。在实际应用上，从横向测试分析和纵向测试分析方面进行了研究，结果表明，该自动判读系统可提高测试数据的判读效率。未来随着应用范围的扩大，其判读规则将得到不断的优化改进，判读结果的准确性与覆盖率也会得到不断完善，将会提高制导弹药在研制、生产以及使用阶段的测试效率。