反坦克导弹软件系统指标体系研究

赵曙光 孙娟芬 杜佳原 刘凤琪

摘 要：反坦克导弹武器是传统的制导弹药， 具有精度高、 毁伤效能好、 使用灵活的特点。 而传统的反坦克导弹经过现代化的升级改造， 配备相应的软件系统， 更加适应当前信息化作战需求。 本文首先分析反坦克导弹系统的软件组成， 从反坦克导弹应用场景需求出发， 通过研究导弹软件系统的指标体系， 提出指标体系的质量符合性、 规范性、 科学性等设计原则， 总结出反坦克导弹软件系统的功能、 性能、 安全性、 保密性、 可靠性、 易用性、 可移植性、 软件工程等通用指标， 在应用场景需求维度上具有重要意义。

关键词：     反坦克导弹; 弹载软件; 系统组成; 指标体系; 标准

中图分类号：     TJ415.+2;TJ761  文献标识码：    A 文章编号：     1673-5048（2021）06-0104-07

0 引  言

反坦克导弹武器是陆军、 海军陆战分队和空降分队的重要装备， 具有打击精度高、 破坏效能好、 作战时能灵活使用等特点。 传统的反坦克炮弹经过制导化、 智能化、 多平台发射的升级改造后更加适应当前信息化作战需求。 尤其在复杂的山地、 丘陵攻防， 城市巷戰和海岛抢滩中实现精确的、 大威力的毁伤， 能极大程度地摧毁敌方的战斗力和人员作战意志[1-4]。

反坦克导弹属于软件密集型装备， 装备软件作用突出， 并且其软件种类较为多样。 反坦克导弹软件是一种嵌入式软件， 是反坦克导弹的更底层技术产品， 具有实时性、 分布性、 嵌入性、 高安全性、 高可靠性的特点。 反坦克导弹软件分布于反坦克导弹的各个部件中， 如为增加其制导精度而使用的数字制导控制系统， 具有全天候、 全方位的攻击性能并且能有效地提高导弹系统的抗干扰能力[5-8]， 与相应的硬件结合构成反坦克装备的各项功能。 不同的反坦克导弹软件系统控制下的导弹技术指标具有很大差异。

对于反坦克导弹软件系统来说， 由于其主要应用场合位于战场， 因此恶劣环境导致的软件故障逐渐成为武器系统失效的主要原因。 软件控制系统的研制质量已逐渐成为影响反坦克导弹武器系统效能发挥的关键性因素[9-10]。 因此， 从应用场景需求维度对反坦克导弹软件进行系统指标研究具有重要意义。

1 反坦克导弹系统软件

1.1 反坦克导弹系统组成

如图1所示， 反坦克导弹系统主要分为两大部分： 战斗系统与配套设备。 战斗系统定义为武器系统以及与

作战相关的部分装备， 包括地面制导设备、 制导弹药、 运载设备和发射设备[11]。 配套设备定义为与检测维修、 模拟训练、 运输装填工作相关的装备， 主要用于作战过程中的后勤保障工作。 一般包括检测维修设备、 模拟训练器和运输装填设备[12]。

1.2 反坦克导弹系统中的软件

由于微控制器技术的发展， 反坦克导弹开展了计算机技术在导弹方面的应用， 现在计算机技术已嵌入到反坦克导弹的方方面面[13]。

如图2所示， 反坦克导弹武器系统软件包括制导系统软件、 毁伤控制软件、 发射系统软件、 操控软件等。 主要的软件配置项包括导引头软件、 陀螺/惯性测量软件、 舵机软件等。

（1） 导引头软件

其主要功能是： 搜索目标， 发现目标后， 控制稳定平台对目标实施跟踪， 执行目标偏差运算， 输出目标偏差值[14]。 该软件主要完成图像处理、 位置计算、 伺服控制等功能， 对硬件平台的运算能力、 接口能力、  存储能力要求较高， 其硬件环境大多选用ARM微处理器、 DSP数字处理器或DSP+FPGA的复合处理器[15]。

（2） 陀螺 /惯性测量软件

其主要功能是： 周期性采集传感器输出， 按规定时间间隔解算导弹导航信息， 并将导航信息发送给弹载软件。

该软件的主要作用是数据采集以及导航信息解算， 因此其对运算以及存储空间的要求较高， 硬件环境主要选用DSP数字处理器， 使用专用算法库。 对于体积要求严格的导弹， 也可采用ARM微处理器。

（3） 舵机软件

其主要功能是： 接收弹载计算机制导指令， 周期性采集传感器信息， 综合解算舵机控制指令， 控制舵偏角。

该软件以通讯、 采集和控制为主， 对运算要求相对较低， 早期的舵机软件硬件环境以8/16位单片机为主， 近年来开始采用ARM微处理器。

（4） 弹载计算机软件

弹载计算机软件主要功能是： 综合形成导弹自检结果， 从导引头得到相应数据， 并由此计算出正确的导引信息; 经由惯性测量装置计算得到导弹惯性导航信息; 依据当前的导弹状态信息、 目标信息、 发射诸元信息等， 按照数学模型计算制导指令; 根据标准中的工作时序要求进行导弹时序方面的控制; 处理飞行异常状态等。

为了成功完成控制任务以及适应发展需要， 对弹载计算机的特点提出以下几个要求：

对环境变化响应敏感： 即将能反映环境变化的动态数据进行实时采集， 并且及时对相应数据进行分析和处理， 然后依据处理好的数据对环境状态加以控制。

可靠性： 对于运行时间较短的环境， 一般从硬件方面加以考虑。 但对于运行时间较长的环境， 仅考虑硬件是不足以保证的， 还需对相应软件进行设计， 使得当硬件出现突发状况产生故障时， 也能做出降级处理。

开发时间： 程序要完成控制系统中对制导系统、 姿态控制系统、 程序指令进行控制， 其开发时间与导弹开发进程密切相关。

存储容量： 由于弹载计算机为嵌入式产品， 工作环境为仪器舱内， 空间较为狭窄。 因此其体积、 质量和功耗受到严格限制， 对程序大小要求很高[16-17]。

综上可见， 弹载计算机软件集采集、 控制、 计算于一身， 其中以采集、 控制为主， 计算为辅， 所以大量采用ARM微处理器。 当对运算要求较高且体积有余量时， 也可采用DSP器件配合外围扩展接口电路完成设计。

（5） 指挥设备软件

其主要功能是： 实现发射控制的人机交互; 根据控制设备的自检状况， 对设备故障类型进行判断并进行相应处理; 根据战场实时情况判断导弹发射时机; 对击发按键进行控制， 执行发射流程， 最终完成导弹发射。

指挥设备是导弹系统人机交互的主要设备， 同时承担导弹击发这一关键任务。 为提高软件系统稳定性、 缩短开发周期， 通常会选用嵌入式操作系统作为软件平台。 从几种操作系统性能对比上来说， 一般会选用VxWorks或Linux。

2 反坦克导弹指标体系

2.1 反坦克导弹系统指标组成

反坦克导弹系统诸项战术技术指标和使用要求组成了一个完整的、 系统的、 相互密切关联的有机体系， 在层次上， 分为系统指标、 分系统指标和主要部件与设备指标三个层次。

2.2 系统指标

反坦克导弹系统指标可分为可靠性与维修性、 突防能力、 目标识别能力、 火力杀伤能力、 生存能力和环境适应性六大类[11]。

（1） 可靠性与维修性

反坦克导弹武器系统中的可靠性是测量装备性能的重要指标。 可靠性是指在规定的时间内和条件下， 完成规定功能的能力， 可靠性主要取决于设计水平。

（2） 突防能力

主要包括运载方式、 载体性能、 重量指标、 反应时间、 飞行速度、 射程、 抗干扰能力等。

（3） 目标识别能力

主要包括探测距离、 识别距离、 夜间发现能力、 不良气候发现能力等。

（4） 火力杀伤能力

主要包括目标容量、 有效射程、 射界范围、 攻击方式、 命中概率、 战斗部威力等。

（5） 生存能力

主要包括防原子、 防化学和防生物战能力， 装甲防护， 发射安全区， 车体倾斜发射能力， 发动机不熄火发射能力， 软发射能力等。

（6） 环境适应性

主要包括电磁环境、 温度、 湿度、 海拔高度、 抗风能力、 振动环境等。

2.3 分系统主要指标

反坦克导弹的分系统主要包括（筒、 箱装）导弹、 发射制导装置、 检测维修设备、 模拟训练器[11]。

（1） （筒、 箱装）导弹

其主要指标包括导弹的长度、 直径、 重量、 运输条件， 对发射适应性、 可检测性、 可维修性， 发射与飞行可靠度、 无损落高、 安全落高等。

（2） 发射制导装置

其主要指标包括自检时间、 故障检测率、 虚警率、 连续工作时间、 平均故障间隔时间或平均故障间隔次数、 平均或最大维修时间、 安全禁射要求、 目标跟踪及操作方式、 弹药的装填方式、 装填时间、 弹轴与光学轴线精度及校准方式等。

（3） 检测维修设备

其主要指标包括检测时间、 展开时间、 撤收时间、 自检能力、 检测精度、 平均故障间隔时间、 连续工作时间、 电磁兼容性要求、 贮存期限与条件、 故障保险与隔离能力、 自动保护措施、 安裝方式和抗震性能、 维修性、 使用方便性、 检测自动化与智能化能力、 环境适应性等。

（4） 模拟训练器

其主要指标包括主要功能、 展开与撤收时间、 自检能力、 平均故障间隔时间MTBF、 连续工作时间、 电磁兼容性要求、 贮存期限与条件、 维修性、 环境适应性、 电源适应性、 连续工作时间、 操作准备时间、 操作环境、 操作程序、 操作动作、 人员感受的仿真性、 目标模拟方式、 运动方式、 速度距离范围; 地形、 地物、 地貌等背景模拟方式， 远景和近景设置， 目标运动中的遮蔽和规模模拟、 背景数量; 发射程序、 发射音响、 弹丸掉地显示及音响、 跟踪过程瞄准偏差显示、 命中与脱靶偏差显示等[11]。

3 反坦克导弹软件系统指标体系设计原则

反坦克导弹软件系统指标体系设计原则有质量符合性原则、 规范性原则、 科学过程原则。

3.1 质量符合性原则

反坦克导弹软件系统指标应具有全面性、 系统性、 可测试性、 可持续发展性和补充性。

全面性指反坦克导弹软件系统指标要覆盖全部技术指标。

系统性指反坦克导弹软件系统指标应属于反坦克导弹层级指标， 而不是单个软件配置项的技术指标。

可测试性指反坦克导弹软件系统指标应可被测试， 不应是原则性的要求。

可持续发展性是指反坦克导弹软件系统指标要适应反坦克导弹应用、 技术和软件发展前景， 可被继承和复用。

补充性指反坦克导弹软件系统指标是反坦克导弹指标的一部分， 属于新增或细化， 不应与已有指标重叠、 矛盾。

3.2 规范性原则

规范性指反坦克导弹软件系统指标符合软件工程相关标准、 规定的要求。

（1） 统一编码标准

反坦克导弹系统中， 对于方位、 距离等参数已有统一的编码要求。 然而， 对于数据传输的格式以及内容亦应有统一的编码标准， 以免形成多个数据发送和接收程序的并存、 重复的局面。

（2） 文件名称的规范选用

软件开发初期对文件名称以及表达式规定统一的格式， 有利于软件的推广和维护， 对文件进行拷贝、 列目录， 删除以及数据的再处理带来很大的方便。 文件名的规范选用会给软件开发人员和用户均带来便利。

（3） 文档资料的编写

文档资料必须是软件产品的一部分， 没有文档资料几乎无法保证软件产品满足规定的要求， 其他人也没有维护该软件的可能。 因此， 在提交软件的同时， 应同时提交以下两种文件： 软件设计说明和软件使用说明。 软件设计说明的编写内容应包括总体设计、 接口设计（用户接口、 外部接口、 内部接口）、 系统数据结构设计、 系统出错处理设计、 程序系统的结构等， 使用说明的编写内容应包括： 背景及说明、 用途（功能、 性能）、 运行环境（硬设备、 支持软件）、  使用过程（安装及初始化、 输入要求、 格式、 输出、 出错处理和恢复、 终端操作）， 应该将文档资料编写的好坏作为衡量评价一个软件产品质量的标准之一。

3.3 科学过程原则

反坦克导弹软件系统指标研究随着技术发展， 是一个反复迭代、 持续改进的循环。 每个循环过程应是科学的。

知识工程的研究使人工智能领域的研究完成了由理论到应用的转变， 其模型建立的基础也由推理转向知识， 包括了整个知识信息处理的研究， 知识工程已成为一门新兴的边缘学科。 其内容包括： 知识获取、 知识验证、 知识表示、 推论、 解释和理由5个部分。

反坦克导弹系统软件指标研究是一个典型的知识工程， 其具体过程如图3所示。 反坦克导弹软件系统指标研究的过程是一次知识获取、 分析、 联系、 推理、 规范、 验证循环， 包含了知识工程的5个基本活动。 实践中， 应首先分析反坦克导弹的软件组成， 分析各典型软件配置项功能、 性能指标， 形成反坦克导弹软件集的技术指标全集， 然后根据反坦克导弹指标架构， 建立反坦克导弹软件与指标的联系图。 其次开展反坦克导弹软件系统指标推理， 获得反坦克导弹软件系统指标初选集; 进行反坦克导弹软件系统验证， 剔除非系统级的能力指标， 合并冗余， 获得反坦克导弹软件系统指标精简集， 然后按照软件工程对软件规格表述的要求进行反坦克导弹软件系统表述获得规范集。 最后开展专家验证和修正， 获得反坦克导弹软件系统指标典型集。

4 反坦克导弹软件系统指标体系

反坦克导弹武器是软件密集型装备， 软件作用突出、 软件种类丰富， 已形成反坦克导弹软件系统。 反坦克导弹软件系统指标体系主要包括： 功能、 性能、 安全性、 保密性、 可靠性、 易用性、 可移植性、 软件工程。

4.1 功能

反坦克导弹软件系统功能主要有： 弹药飞行控制、 作战流程（操作）控制、 目标识别与跟踪控制、 指挥通讯控制、 设备状态管理、 作战系统健康管理、 检测维修管理、 模拟训练管理。

（1） 弹药飞行控制

弹药飞行控制分为制导控制与毁伤控制两部分。 其中制导控制包括飞行控制、 指令制导、 驾束制导、 导引制导、 数据链通讯控制、 弹道规划解算; 毁伤控制包括触发引信目标识别、 近炸引信目标识别、 炸点控制。

（2） 作战流程（操作）控制

流程控制分为作战样式管理、 行军战斗状态转换操作流程管理、 行军任务管理、 弹药装填管理。

其中作战样式管理包括单车自主作战操作管理、 单车编队作战操作管理、 多车编队作战操作管理; 行军战斗状态转换操作流程管理包括战斗、 撤收; 行军任务管理包括携弹行军流程控制、 无弹行军流程控制、 底盘车驾驶操作控制、 行军路线规划; 弹药装填管理包括弹药装填操作流程控制、 弹药数据管理。

（3） 目标识別与跟踪控制

包括目标识别与跟踪控制侦察、 观瞄设备的目标识别与跟踪能力。 后者又包括电视观瞄、 红外观瞄、 毫米波识别、 多模观瞄等目标识别与目标跟踪等。

（4） 指挥通讯控制

包括指挥信息、 车间通讯、 车内通讯、 与上级通讯、 与友军通讯。

（5） 设备状态管理

设备状态管理分为作战系统状态管理与部件状态管理两部分。

其中作战系统状态管理包括武器站配置识别、 环境条件识别、 系统状态管理、 弹药在位识别、 弹药类型识别、 故障弹识别、 弹位标识统计; 部件状态管理包括发射装置设备管理、 瞄准设备管理、 指挥通讯设备管理、 运载车设备管理、 导弹设备管理、 检测设备管理、 模拟训练器设备管理、 装填设备管理、 系统降级使用控制。

（6） 作战系统健康管理

包括自检、 工作状态监控（测）、 电源管理、 健康数据统计、 健康状态分析。

（7） 检测维修管理

分系统/部件检测控制包括检测设备自检流程控制、 检测流程控制、 故障隔离管理、 检测数据管理。

具有良好的维修检测性， 对经常保持武器装备处于良好状态， 至关重要。

（8） 模拟训练管理

包括教练员管理、 训练员管理、 环境模拟、 目标模拟、 导弹系统模拟、 训练流程控制。

4.2 性能

反坦克导弹软件系统性能主要有： 作战方式、 自检范围与自检时间、 监测范围与故障处理方式、 检测范围。

（1） 作战方式

武器系统作战方式主要有： 单车定点作战、 单车短停作战、 单车行进间作战， 单车编组直瞄攻击作战、 单车编组间瞄攻击作战， 多车编组齐射攻击作战、 多车编组连续攻击作战。

（2） 自检范围与自检时间

专指车长或射手的自检命令对应的自检覆盖自检范围和自检命令完成用时。

（3） 监测范围与故障处理方式

专指武器站在执行作战时对武器站、 导弹状态监测范围， 发现故障的类型及故障处理方法。

一般故障处理方法包括故障报告、 设备能力降级使用、 设备关闭、 系统能力降级、 系统关闭。

（4） 检测范围

检测指使用专门的检测设备对武器站、 武器站内设备、 导弹实施的检查和测试。

检测范围指发现被检测对象的故障位置。

4.3 安全性

在制定导弹系统的安全性标准之前， 应首先考虑系统所要求的安全目标以及安全服务， 然后形成一个保证以上服务的安全机制。 在此基础上， 再对软件系统进行安全评测的对象、 安全等级的划分以及所采取的方法进行确定。

导弹软件系统安全性应达到的目标是： 保证传递信息的完整性， 即信息不能受到外界的非法入侵及更改， 这是保证信息传递过程中的准确性及可靠性的基本要求; 保证传递信息的易用性， 即在任意时刻、 任意位置， 信息均为可用; 保证信息的可靠性， 即对信息的来源进行检查， 确定其始终可信任。 安全性的指标包括对人员、 任务、 设备的安全性指标和软件配置项分级原则。

4.4 保密性

导弹信息系统模型的构成通常分为发出者和收信者两部分， 但在现代战争中， 该模型中可能会出现敌对的第三方。 因此， 在该模型中， 还应研究系统保密性的标准， 使敌对方不能对重要信息进行窃取， 或者窃取后也不能破译出相应含义[18]。

保密性指标分为保密范围和保密措施。 保密范围可分为核心保密信息数据和普通保密信息数据。 核心保密信息数据一般包括关键设备参数、 关键通讯信息、 关键设备状态数据等。

常用的保密措施包括：

（1） 信息加密

信息加密使用各种加密算法将明文数据进行加密， 以防数据的泄露， 使得任何未得到许可的人员不能理解来自发信者的信息内容。

（2） 保密口令

此方法可以保证软件运行过程中， 传递的信息不会受到非法的修改。 通过对应的算法可以检查软件是否被外部设备篡改数据， 并且能识别出篡改后的数据。

4.5 可靠性

软件可靠性是软件产品在指定的条件下和指定的时间内实现指定功能的能力。 指定的条件是指软件运行过程中该软件所搭载的系统硬件状态以及相应的输入。 指定的时间是指软件运行所需要的实际时间。 指定的功能是指软件所需要达到的要求， 设计之初所定的目标。 软件可靠性与多方面因素密切相关： 软件设计时所存在的不足; 不同外部环境下系统的输入; 系统的使用方法等。 软件可靠性的概率度量称软件可靠度， 包括： 软件系统涉及的环境适应性、 系统匹配适应性、 配置变更时的软件适应性、 故障条件下的降级使用、 抗干扰能力、 软件自愈能力。

4.6 易用性

根据实际作战的要求， 导弹软件系统须具有良好的易用性。 易用性是适应性、 功能性以及有效性三者的有机结合以及具体体现。

（1） 易理解性

指软件使用户能轻易理解软件所应用的任务以及特定使用环境的能力。 因此要求系统中的各项名称简单易懂， 用词精准， 同时与其他功能易于区分。 理想的情况是用户不用查阅帮助文档， 即可理解该软件的各项功能以及进行相应的操作并保证正确性， 从而得到所要求的结果。

（2） 易学习性

指用户学习软件的成本。 在系统设计过程中， 应尽量减少模棱两可的说法， 同时使各种功能可视化， 强化操作逻辑， 避免层层嵌套， 导致学习成本的增加。

（3） 易操作性

指软件能被用户所控制的难易程度。 因此在软件产品设计过程中应考虑人的普遍操作习惯， 减少出现反直觉的操作方式。 同时应对操作流程进行必要的简化， 避免冗余操作， 使操作过程更加直观明了。

4.7 可移植性

在实际作战中， 导弹软件系统需具有良好的可移植性。 软件可移植性指软件在不同环境下转移的难易程度。 可移植性通过以下特性来衡量：

（1） 适应性

适应性是指软件在不同环境中可以自行适应而不用进行额外操作的能力， 这可以很大程度上增加软件的可操作性。

（2） 可安装性

可安装性是指软件在指定环境下被安装的成本。 该特性可反映出软件是否能轻易得到使用。

（3） 共存性

软件系统是由各种执行不同功能的软件所构成的一个整体。 该特性反映出在这个整体中各种软件是否能很好地独立共存， 不相互影响。

可移植性是构成软件质量的重要一项， 较高的可移植性可以使得反坦克导弹软件系统的生命周期得到一定的提升。 为使软件系统获得较高的可移植性， 在设计过程中所选择的程序设计语言及运行支撑环境应该是较为通用的类型， 同时尽量避免使用与系统底层相关性较强的语言。

4.8 軟件工程化

软件工程化是指广泛借鉴工程管理的理论和实践经验， 结合反坦克导弹软件产品的特殊性， 对软件开发的全过程进行定义、 规范、 管理和控制， 使开发项目中的每一环节、 每项活动都以一种有序的、 系统的方式在受控状态下进行， 从而保证软件开发的进度和质量， 增强软件的可维护性， 降低开发成本， 提高软件开发的成功率和生产效率[19-20]。

其具体过程为， 用软件工程的原则和方法进行系统化、 规范化、 数量化的软件开发、 运行和维护的过程， 包括工程化管理、 研制过程、 软件文档、 安全性分析、 质量因素、 包装、 培训。

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Research on Software System Technical

Index of the Anti-Tank Guided Missile

Zhao Shuguang 1*， Sun Juanfen1， Du Jiayuan1， Liu Fengqi2

（1. Beijing Special Mechatronics Research Institute， Beijing 100012， China;

2. College of Mechanical and Electrical Engineering， Harbin Engineering University， Harbin 150001， China）

Abstract： The anti-tank guided missile weapon is a traditional guided munition. It has the characteristics of high accuracy， good damage efficiency， and flexible use in combat. The traditional anti-tank guided missiles have been modernized and upgraded， equipped with corresponding software system， making it more suitable for the current information warfare needs. This paper firstly analyzes the software composition of the anti-tank guided missile system， and starting from the application requirements of anti-tank guided missile， by studying the tactical index system of the missile software system， it proposes design principles of the quality conformity， standardization and scientific process of the tactical index system， and summarizes some general indexes of the missile software system，  such as function， performance， security， confidentiality， reliability， ease of use， portability and software engineering. It is of great significance in the dimension of application scenarios.

Key words： anti-tank guided missile; missile-borne software; system composition; index system; standard