艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)軟件實戰(zhàn)化測試設(shè)計

趙正海 張 峰

（91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

裝備試驗面向?qū)崙?zhàn)化的需求愈發(fā)強烈，裝備軟件測試也同樣具有面向?qū)崙?zhàn)的需求。艦載指控系統(tǒng)作為艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心，是各類情報信息的收集、傳輸、處理自動化，實時、有效地進(jìn)行作戰(zhàn)指揮，對武器裝備進(jìn)行控制的指揮自動化系統(tǒng)。艦載指控是以軟件為核心的裝備，體系結(jié)構(gòu)、信息關(guān)系復(fù)雜，一般意義上的軟件測試側(cè)重于驗證軟件基本功能和接口，不能充分驗證裝備軟件使命任務(wù)完成能力的深層需求；要在試驗或演習(xí)中驗證體系作戰(zhàn)能力，代價巨大且樣本量較少，設(shè)置符合實戰(zhàn)要求的場景，以仿真手段驅(qū)動艦載指控系統(tǒng)進(jìn)行驗證測試是效費比較高的方式。緊貼實戰(zhàn)化考核需求應(yīng)將被測裝備軟件納入相關(guān)裝備體系，基于實戰(zhàn)背景構(gòu)建試驗想定，在體系對抗中檢驗艦載指控的作戰(zhàn)效能；艦載指控的實戰(zhàn)需求與艦艇平臺緊密相連，以驅(qū)逐艦為例，使命任務(wù)主要分為防空反導(dǎo)、水面攻擊和反潛，通過設(shè)置符合艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)使命任務(wù)的戰(zhàn)場態(tài)勢，檢驗指控系統(tǒng)主要指標(biāo)及使命任務(wù)完成情況（信息處理容量、信息處理準(zhǔn)確性、信息處理精度、指揮控制能力、目標(biāo)指示能力）［1～2］。

2 實戰(zhàn)化測試實現(xiàn)方法

裝備軟件的測評普遍要求在實裝、實際環(huán)境中進(jìn)行，實裝指軟件運行環(huán)境，在實際裝備中運行被測軟件就能夠解決；“實際環(huán)境”指裝備軟件的數(shù)據(jù)環(huán)境，不僅指模擬各傳感器發(fā)送符合通信協(xié)議和信息流程的數(shù)據(jù)，驅(qū)動指控軟件運行就能達(dá)到目的；指控處理的數(shù)據(jù)是各傳感器在戰(zhàn)場上采集的具有戰(zhàn)術(shù)意義的空海目標(biāo)形成的航跡數(shù)據(jù)，在設(shè)備、平臺、體系中考察軟件的能力。

水面艦艇作戰(zhàn)指揮綜合試驗系統(tǒng)能夠提供目標(biāo)、電磁環(huán)境、水文氣象等模擬信息以及編隊、預(yù)警機(jī)等協(xié)調(diào)兵力的模擬，實現(xiàn)水面艦艇作戰(zhàn)環(huán)境的體系仿真［3］。艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)軟件測試框圖如圖1所示。

圖1 艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)軟件測試框圖

水面艦艇作戰(zhàn)指揮綜合試驗系統(tǒng)主要功能如下。

2.1 劇情編輯

設(shè)計試驗測試的戰(zhàn)場劇情，設(shè)置各類空中、水面、水下目標(biāo)，設(shè)計航路及運動參數(shù)，設(shè)置試驗區(qū)域內(nèi)水文氣象電磁環(huán)境信息。

2.2 雷達(dá)模擬

根據(jù)被測艦載指控軟件配置相應(yīng)的雷達(dá)模擬軟件，各雷達(dá)模擬軟件接收到劇情信息后，根據(jù)威力、電磁環(huán)境、探測概率等參數(shù)生成目標(biāo)探測信息發(fā)送至指控系統(tǒng)［4］。實戰(zhàn)中受復(fù)雜電磁環(huán)境影響后的信息源表現(xiàn)為探測器的探測距離和空間范圍被壓制，有效探測時間降低，定位精度降低，受欺騙式干擾影響，產(chǎn)生假目標(biāo)。

復(fù)雜電磁環(huán)境下，雷達(dá)的直接表現(xiàn)為信噪比下降，對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率Pd為

其中：Pd為發(fā)現(xiàn)概率；RSNR為單個脈沖的信噪比；n為脈沖個數(shù)，且n=θ/ω·fr；θ為雷達(dá)波束寬度；ω為天線掃描速度；fr為脈沖重復(fù)頻率。計算出Pd后，隨機(jī)產(chǎn)生一個服從［0，1］均勻分布的隨機(jī)數(shù)P0，若P0＞Pd則表示發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，反之，沒有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)［5］。

雷達(dá)干擾的壓制系數(shù)計算公式如下：

其中，pj為干擾機(jī)的功率；pt為雷達(dá)功率；gj為干擾機(jī)增益；gt為雷達(dá)增益；r為本艦和目標(biāo)距離；s為目標(biāo)雷達(dá)反射面積；fj為干擾機(jī)帶寬；fr為雷達(dá)帶寬；rj為雷達(dá)極化。用查表法讀取相應(yīng)參數(shù)，實時計算壓制系數(shù)、虛情率、漏情率，計算距離、方位坐標(biāo)的誤差量，控制目標(biāo)航跡的輸出。

2.3 協(xié)同平臺

模擬編隊協(xié)同艦、預(yù)警機(jī)、岸基指揮中心與被測指控系統(tǒng)軟件情報信息及指揮控制命令收發(fā)；能夠模擬參試平臺向編隊指揮系統(tǒng)發(fā)送的各類信息（組網(wǎng)建鏈狀態(tài)信息、平臺信息、武器裝備狀態(tài)信息、情報信息、作戰(zhàn)計劃信息、指揮文電與回執(zhí)信息等）。

2.4 武器模擬

模擬被測艦艇平臺武器系統(tǒng)，接收指控系統(tǒng)目標(biāo)指示，模擬武器打擊目標(biāo)。能夠?qū)ε炤d電子對抗與水聲對抗系統(tǒng)模擬器的工作方式、工作狀態(tài)等進(jìn)行操作；能夠模擬導(dǎo)彈、艦炮、反潛武器系統(tǒng)的工作方式、工作狀態(tài)、作戰(zhàn)干預(yù)響應(yīng)等進(jìn)行操作；能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)模擬器進(jìn)行建網(wǎng)管理和工作方式操控。

2.5 評估

擬定測試點，錄取指控輸入輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行功能、接口、性能測試，根據(jù)評估模型進(jìn)行評估。主要性能指標(biāo)包括融合精度、反應(yīng)時間、虛情率、漏情率等。

3 防空反導(dǎo)態(tài)勢下指控軟件測試

艦載作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成艦載探測設(shè)備的組織和指揮；實時收集視頻、圖像和數(shù)據(jù)等信息；實時進(jìn)行目標(biāo)信息融合、目標(biāo)綜合識別以及環(huán)境等信息的綜合處理，實時接收編隊指揮節(jié)點下發(fā)的編隊統(tǒng)一態(tài)勢；動態(tài)組織武器通道，人工/自動作出目標(biāo)指示等作戰(zhàn)指揮命令；具體戰(zhàn)技指標(biāo)為信息處理容量、信息處理準(zhǔn)確性、信息處理精度、指揮控制能力、目標(biāo)指示能力，要在實戰(zhàn)背景下驗證艦載指控的功能性能，必須提供符合實戰(zhàn)意義的信息輸入，綜合考慮戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境、復(fù)雜地理環(huán)境、復(fù)雜氣象環(huán)境，對抗的目標(biāo)及協(xié)同目標(biāo)符合戰(zhàn)術(shù)原則［6］。

一般意義上的軟件測試驗證軟件功能、性能等與軟件需求的符合程度；實戰(zhàn)化測試：根據(jù)裝備使命任務(wù)，驗證在整個裝備體系中，在符合實戰(zhàn)的態(tài)勢下，完成使命任務(wù)的能力。使命任務(wù)與軟件需求沒有明確的映射關(guān)系，更多的是以隱含需求的方式存在，實際操作中需對使命任務(wù)進(jìn)行挖掘分解，將隱含需求明確映射至特定場景，設(shè)置環(huán)境與數(shù)據(jù)對隱含需求抽樣測試。下面以水面艦艇防空反導(dǎo)為例，進(jìn)行指控軟件需求的映射關(guān)系挖掘；防空反導(dǎo)任務(wù)中艦載指控組織全艦探測器進(jìn)行信息收集，接收指揮所或友鄰艦艇下發(fā)的情報信息，組織本艦武器系統(tǒng)多層次、多批次防空反導(dǎo)。檢驗指控系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)使用合理性、信息流程正確性、指揮關(guān)系協(xié)調(diào)性［7］。從測試角度驗證，落實到可操作層面，需對應(yīng)的測試項和測試用例支撐。

電磁環(huán)境設(shè)置：環(huán)境信號密度、威脅目標(biāo)信號樣式類型，威脅雷達(dá)包括敵方的各種警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)和導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)。

水文氣象信息設(shè)置：風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度等參數(shù)。探測器模擬軟件模型中設(shè)置了環(huán)境影響因子，電磁和水文氣象參數(shù)影響探測器的發(fā)現(xiàn)距離、發(fā)現(xiàn)概率、探測誤差、航跡穩(wěn)定性等結(jié)果，從而影響指控輸出的航跡數(shù)據(jù)。

目標(biāo)數(shù)量設(shè)置：考慮目標(biāo)容量測試性能指標(biāo)，根據(jù)設(shè)置的目標(biāo)態(tài)勢，各探測器軟件形成的原始航跡數(shù)量應(yīng)不小于指控軟件目標(biāo)容量指標(biāo)。

目標(biāo)態(tài)勢設(shè)置：雙機(jī)編隊對本艦進(jìn)行導(dǎo)彈攻擊，飛機(jī)航路符合對海導(dǎo)攻的戰(zhàn)術(shù)原則，導(dǎo)彈航路以典型對海導(dǎo)彈為原型設(shè)置（掠海飛行、蛇形機(jī)動、末端躍升），并進(jìn)行簡單航路規(guī)劃；目標(biāo)距離覆蓋遠(yuǎn)中近，組織本艦進(jìn)行多層次多批次的防空反導(dǎo)；設(shè)置目標(biāo)不同威脅等級，考察指控進(jìn)行目標(biāo)威脅判斷與排序、攔截可行性判斷。

協(xié)同平臺設(shè)置：預(yù)警機(jī)、編隊、岸基指揮所發(fā)送目標(biāo)情報信息，指揮控制命令。

防空效果評估：防空效果主要表征為防空行動中艦艇未損傷的數(shù)學(xué)期望值，即受攻擊后艦艇戰(zhàn)斗力的保存概率。

式中：Pb為單枚普通導(dǎo)彈命中艦艇概率；Ph為特殊導(dǎo)彈在艦艇殺傷半徑范圍內(nèi)引爆概率；W為摧毀一艘艦艇所需導(dǎo)彈平均命中數(shù)；N為艦艇數(shù)量；Q()

n為n個來襲目標(biāo)中未被艦艇防空兵力摧毀的數(shù)學(xué)期望值；np為敵普通導(dǎo)彈總數(shù)；nh為敵特殊導(dǎo)彈總數(shù)［8］。

4 數(shù)據(jù)錄取與評估

單艦指控在防空反導(dǎo)的實戰(zhàn)態(tài)勢下，進(jìn)行指控軟件主要指標(biāo)的評估，評估結(jié)果更具備實戰(zhàn)參考價值。劇情網(wǎng)與裝備網(wǎng)相互獨立，同時錄取劇情目標(biāo)信息（作為真值）和裝備網(wǎng)內(nèi)探測器航跡數(shù)據(jù)及指控輸出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行下列指標(biāo)分析和評估［9～10］。

信息處理能力：驗證指控系統(tǒng)軟件處理航跡容量和精度是否滿足指標(biāo)要求。融合精度一般指控融合后的數(shù)據(jù)與目標(biāo)真值之間的均方根差，編隊或指控中心一般以經(jīng)緯度作為衡量指標(biāo)，單艦指控以距離和方位的均方根差作為衡量指標(biāo)更具備實際意義。

融合精度計算公式：

s為目標(biāo)方位或距離誤差均方根，xi為某次融合的一次差，xˉ為一次差均值。

圖2 融合精度數(shù)據(jù)示意圖

虛情率和漏情率：根據(jù)指標(biāo)及置信度要求，計算得到數(shù)據(jù)量要求，設(shè)置目標(biāo)數(shù)量，控制用例執(zhí)行時間，錄取劇情和指控軟件輸出航跡信息，驗證虛情率和漏情率是否滿足要求。

指揮控制能力：根據(jù)劇情態(tài)勢，控制兵力類型、目指批數(shù)，驗證指控軟件的指揮控制能力。

輔助決策能力：劇情目標(biāo)真值數(shù)據(jù)與指控軟件輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行時間、位置、批號等進(jìn)行匹配；根據(jù)劇情態(tài)勢真值，驗證指控軟件的威脅判斷、排序、攔截可行性判斷功能正確性。

系統(tǒng)反應(yīng)時間：人工目標(biāo)指示反應(yīng)時間與態(tài)勢復(fù)雜性、操作人員操作水平密切相關(guān)，要使該指標(biāo)的測試結(jié)果具備實戰(zhàn)參考價值，必須要在實戰(zhàn)態(tài)勢下由經(jīng)過合格培訓(xùn)的操作人員完成；態(tài)勢應(yīng)覆蓋反導(dǎo)、對海攻擊、反潛等典型態(tài)勢；經(jīng)多次測試、取最大時間作為測試結(jié)果。自動目指的反映時間可用在程序內(nèi)插樁的方式獲取接收到航跡的時間和發(fā)出目指的時間，人工目指時間可用秒表多次人工測量獲得［11］。

信息處理實時性：目標(biāo)出現(xiàn)在全艦探測范圍到指控系統(tǒng)形成有效航跡的處理時間，是具備實戰(zhàn)意義的指標(biāo)。該指標(biāo)測試結(jié)果與電磁環(huán)境復(fù)雜性緊密相關(guān)，測試中設(shè)置不同脈沖密度的電磁環(huán)境，該指標(biāo)測試結(jié)果一般不作為是否合格的依據(jù)，只作為裝備軟件使用參考。

5 結(jié)語

裝備軟件應(yīng)用場景是戰(zhàn)場環(huán)境，只有在符合戰(zhàn)場環(huán)境的態(tài)勢下測試，才能充分暴露軟件缺陷；而戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性決定了軟件測試的充分性是個難題，需要深入挖掘裝備的使命任務(wù)與軟件測試需求的映射關(guān)系［12］；軟件測試是一種抽樣，本文以防空反導(dǎo)為例論述了指控軟件的實戰(zhàn)化測試的思路，如何覆蓋水面艦艇的對海攻擊、反潛等核心使命任務(wù)，需要進(jìn)一步開展專題研究。