舰炮武器系统在线监控技术研究

许向阳

XU Xiang-yang

(驻北京地区舰船设备军事代表室，北京 100176 )

0 引言

随着信息技术的迅猛发展，武器装备的信息化也得到了较大提高。这不仅促进了武器装备整体作战效能的提升，也为装备保障发展提供了新的机遇。随着舰炮武器系统全数字化的实现，为武器系统在线实时监控技术的研究与应用创造了条件。

1 武器系统维修保障现状分析

因为目前的在舰炮武器系统中在线实时监控技术应用较少，武器系统在维修与保障过程中存在着下述问题：

1）由于缺少系统级在线监控设备，武器系统在作战或训练过程中出现故障时无法在最短时间内进行故障排除。

2）由于无法实时记录出现故障时刻的信息，离开特定环境后故障难以复现，技术人员到现场后无记录信息，结果给故障的排除带来很大困难。

3）缺少形象化的系统工作流和信息流的表述手段，影响部队熟练掌握武器系统。

4）由于缺少对系统级关重件（如身管等）信息的采集，无法对系统随着使用时间的累积其作战效能衰减的程度进行预估。

5）缺少交互式故障隔离和故障处理案例提示的手段，使得部队使用人员对故障的定位不准确，有些可以自行解决的问题无法解决，影响了装备的使用。

上述问题除影响系统保障能力的提升外，也会影响武器装备的可用性和其战备完好性。

__基于信息的在线监控技术可以对系统运行态势进行实时监控，实时显示系统运行态势，为使用人员决策提供充分依据；当系统出现故障时可以通过人机交互方式对系统故障定位及隔离，提出解决故障的参考方案；对于部队无法在现场立即解决的故障，工业部门技术人员通过收集的发生故障时信息进行分析可以准确对故障定位并解决问题。

2 在线监控技术实现的技术方案

2.1 在线监控实现的主要功能

1）试验记录：实时记录系统试验过程中的原始报文，并解析原始报文，设备及关键件使用日志的记录，显示试验中关键数据；并基于系统实时录取的试验信息，画出系统一些相关信息的走势图，为试验分析提供依据。

2）系统运行监控：提供报文的录入、存储、显示的功能，同时根据报文进行初步的分析：根据对报文的分析显示系统信息流运行状况和系统工作流执行情况，根据报文内容或者报文的一些统计值进行故障警示，并进行故障分析诊断。可以进行故障交互式判定。

3）信息查询：主要提供两种方式的组合/模糊查询功能，一种是对历史记录的查询，另一种则是系统提供了一些典型的案例，可以进行学习性的查看。

4）数据导出：系统提供数据交换的接口，可以方便地将监控记录导入导出，用户信息采集：系统初始化设置的目的是让用户录入被测舰艇及被测系统的基本信息、关重件信息及使用时海情气象信息。

5）电子技术文档：提供系统学习资料/帮助文档和监控设备学习资料/设备帮助文档，可以方便地用于使用查询和学习，同时为用户提供了设备硬件信息、报文相关信息以及知识库的查阅功能。

6）系统效能预估：通过对系统关重件及可靠性信息的积累，以及对系统性能变化的预测，对系统的效能进行预估，为使用者决策提供参考，如果出现隐患提醒使用者采取措施，以免贻误战机。

7）射击数据综合：系统对被测系统在执行射击任务时的相关数据进行筛选，集中显示执行这一作战任务的关键数据，为评定射击任务完成情况、系统射击中发现问题等提供经验及数据资料。

2.2 在线监控与被测系统结构分析

在线监控与被测系统的结构可以采用两种方式如下：

1）在线监控与被测系统物理集成一体；

2）在线监控与被测系统分散布置，相对独立。

上述两种结构各有不同，如果采用基于元器件数据对系统相关信息进行记录，不进行在线实时监控，不需要建立数据仓库，需要的空间资源和时间资源有限，采用集成结构不会对被测系统的运行带来影响，从适装性考虑采用集成结构更为合理。如果基于信息对系统进行在线监控，其基础必须建立数据仓库，同时采用数据挖掘技术进行逻辑推理和判断，需要的空间资源和时间资源比较大，如上面功能所述，在线监控实时显示系统运行情况，因而结构采用在线监控与被测系统分散布置更为合理；在线监控部分只是接受网络报文，不向网络发任何报文，这样结构不会对被测系统运行带来任何影响。

利用了系统网络结构的可扩展性，将测试设备无缝接入系统之中，实现测试系统与被测试系统之间信息的单向联通。监控设备接入被测系统方式如图2所示。

图1 监控设备接入系统方式图

监控设备可能对系统性能产生的影响集中体现在交换机上，具体有以下三个方面：

1）交换机非镜像端口需要复制分发数据到镜像端口；

2）镜像数据产生使交换机上数据流量增大；

3）数据是否会超出镜像端口处理能力，进而影响交换机正常工作。

通过分析，现有某武器系统的极限并发数据量＜500字节/毫秒，系统所配备交换机的吞吐能力＞10000字节/毫秒。

针对可能产生的影响：镜像数据与原有数据的累计并发数据量＜1000字节/毫秒，远低于交换机的处理能力（ ＞10000字节/毫秒），因此监控设备不会对系统产生任何影响。

2.3 在线监控软件设计分析

监控设备应用软件运行在以操作系统为基础，底层驱动和支撑软件为支持的软件环境中，设备软件结构如图2所示。

图2 设备软件结构

操作系统选用windows系列操作系统；底层驱动包括显卡驱动、网卡驱动、串口驱动等各种驱动；支撑组件是指windows消息队列等各种商用成熟组件；应用软件是指有待开发的监控设备软件。设备软件模块划分如图3所示。

图3 设备软件模块划分

2.4 设备软件数据流程

监控设备的功能基于两部分数据：一是从被测系统中录取的报文数据，另一个是知识库数据。知识库数据包含了报文设置、工作流设置、故障类型资料、故障的诊断分析模型等部分的内容。监控设备对被测系统的工作状态认定以及对故障的分析诊断则完全基于被测系统的报文数据，报文数据是所有工作的起点、基础，而知识库则提供了判断的依据，软件数据流程如图4所示。

图4 软件数据流图

2.5 在线监控工作原理

设备工作以数据流程为先导，将数据按实时、回放、导入、导出和知识库学习等功能进行流程操作。

具体如图5所示。

图5 设备工作原理框图

3 结束语

在线实时监控技术在某型舰炮武器系统试验中已进行了试验验证与应用，试验证明采用该技术对于舰炮系统故障信息收集、故障原因分析与定位均有较大帮助。进一步加强在线实时监控技术的研究，并适时在舰炮武器系统中推广应用，将会有助于发挥武器系统的作战效能，为部队维修保障提供有效的技术手段。

[1] 张叔农,谢劲松,康锐.电子产品故障预测技术框架[J].测控技术,2007,26:12-16.