航天器項目試驗評估新方法*

吳金美,凌曉冬

(中國衛星海上測控部，江蘇江陰　214431)

航天器項目試驗評估新方法*

吳金美**,凌曉冬

(中國衛星海上測控部，江蘇江陰214431)

合理的評估方法是使得航天飛行器項目的試驗論證更具有科學性的有力手段。針對航天器項目試驗評估的過程復雜且內容目標不明確的現狀,歸納總結了對航天器項目試驗的關鍵技術的遴選和評估指標的確定方法,分析了航天器項目試驗數據的特性,選擇了差分檢測法進行異常值的剔除,基于經典數理統計理論進行兩類指標的估計,從而形成了完整的航天器項目試驗的評估方法構建,為航天器項目試驗的評估驗證提供了技術途徑。

航天器項目試驗;評估方法;關鍵技術;評估指標

引用格式:吳金美，凌曉冬.航天器項目試驗評估新方法[J].電訊技術，2016，56(3)：273-277.[WU Jinmei，LING Xiaodong.A new eva1uation method for sPacecraft Project test[J].Te1ecommunication Engineering，2016，56(3)：273-277.]

1　引 言

21世紀，太空已成為新的戰略制高點，世界各國紛紛加大對航天工業的投入。我國航天器的研制也進入了快速發展的軌道，急劇的任務增加和高密度發射，使得航天器的研制項目已經成為關注重點。對新型航天器項目的試驗和評估，可以早期發現和糾正存在的缺陷和問題，為改進航天器的性能，完善研制項目監控，保障用戶的最終使用提供至關重要的信息[1]。為了保證日益增長的航天器型號研制任務能夠順利進行試驗和評估，特別是進一步推動航天器項目評估理論創新，完善和規范其試驗與評估的內容及要求，有必要組織開展航天器研制項目的試驗評估方法的研究。

目前國內外針對項目的評估理論主要集中在項目的安全性評估、財務效益估算、風險評估等[2-3]，針對航天器研制的評估又大多是對航天器機構或者產品的可靠性評估[4-5]，對武器裝備的評估內容主要是武器的效能評估[1，6-7]或者評估系統設計[8-9]，所以目前針對航天器項目的試驗和評估方法還只在摸索階段。

事實上，科研項目論證重點在風險和效益，而在航天器項目的試驗評估階段，關注點是各個方面的精確度、安全性和可靠性等，亦即航天器的“效能”。難點就在于如何將這么多的用試驗數據無法直接運用的關注點轉化為可以用試驗數據能夠體現的評估指標，如何用試驗數據進行分析得到某一個指標上的具體得分，以及如何根據評估用的各種指標反過來決定試驗過程中需要獲得哪方面具體數據等。

航天器項目的試驗相關的理論包括了試驗的方法、標準的制定、組織領導、協調、策劃、實施等[1]，試驗的方法和管理不是本文的研究內容，本文的目的是解決航天器項目試驗后怎么進行評估，試驗過程獲得的數據如何處理等問題。

本文在深入分析和充分調研的基礎上，提出了針對航天器項目試驗的評估方法，形成了從評估指標的確定到試驗數據的預處理和評估計算的一整套評估流程，對進一步提高航天器項目試驗的評估水平具有參考價值。

2　關鍵技術的遴選和評估指標的確定

如何將用試驗數據無法直接看出來的評估目標轉化為可以用試驗數據能夠體現的評估指標是進行評估要解決的第一個問題，也是后續進行數據分析的基礎。

對一個航天器項目進行試驗和評估，首先要確定所需試驗評估的內容。航天器研制項目是一個復雜的系統工程，必然有著大量的技術點，因為試驗的成本和條件限制，不可能為每個相關技術進行一次單獨的試驗和評估，所以在試驗前就必須對試驗評估內容進行遴選。

另一方面，我們注意到，對每一個項目而言，是其成敗關鍵，體現了項目的各方面值得關注的地方，也就是前面所說的關注點。因此，對關鍵技術進行的試驗和評估是最能體現項目工程評估要求的，明確項目工程的關鍵技術才能有的放矢地對項目開展試驗和評估，所以對評估指標的確定其實就是選擇關鍵技術及其相關指標的一個過程。

不同的航天器項目的試驗中的關鍵技術都不相同，我們在實踐中對關鍵技術的遴選一般遵從應用性、創新性、復雜度這三個基本原則，具體操作時可以分3步。

第一步，根據該項目的核心和創新技術以及有應用前景的技術，搭建初步的航天器項目的關鍵技術的涵蓋范圍。

第二步，在文獻調研和專家咨詢的基礎上，進行遴選，依據應用性、創新性、復雜度原則，對范圍內的各關鍵技術進行比對分析，這一階段可借助專家的評價和打分進行排序，依次確定最終所要的關鍵技術清單，對于復雜的大型項目，可以分層次分階段定關鍵技術；對于相近或相關的關鍵技術，可以分組比較分析從而實現綜合優選排序。

例如，表1列出的就是針對高超聲速飛行器項目的飛行試驗提煉出的部分關鍵技術[10]。

表1　高超聲速飛行器飛行試驗關鍵技術Tab.1 Key techno1ogies of hyPersonic vehic1e in f1ight test

第三步，在充分調研基礎上，廣泛征詢專家意見，對每一項關鍵技術，提出其相應的評估指標，總體而言，不管是哪一項關鍵技術，其評估指標均包括能夠體現安全性和可靠性的參數標志和體現精確度的各種測值的精度指標，依此規律建立每項關鍵技術的相應評估后對評估指標的合理性方面進行論證，以完成整個關鍵技術及其指標體系的建立。

例如，對于表1中的導航與控制技術，其評估指標如表2所示。

表2　導航與控制技術的評估指標Tab.2 Navigation and contro1 index system

3　試驗數據的預處理

對航天器項目的飛行試驗或仿真試驗一般都會分不同類別多次進行，對某項關鍵技術而言，在不同試驗中可能多次涉及到，而且飛行試驗一般會持續一段時間，所以數據量是相當大的，但是在利用測量數據進行評估之前，必須排除某些突發因素導致的野值，比如沖擊、振動等干擾或者設備故障、讀數記錄的過程的明顯過錯導致的過失誤差，否則容易影響評估結果的正確性。

類似于表2中飛行器導航標志是否處于導航狀態、定位信息是否正常輸出這樣的測量值來說，其中的異常值可能是數據故障、讀數、記錄等原因造成的，甚至有的是操作失誤導致的錯誤數據，這樣的數據沒法進行數學處理，只能依靠人工進行分析和篩查，排除比較明顯的過失誤差，然后用數學剔除野值的方法對位置速度這一類的測量數據進行處理。

因為航天器的測量數據并非獨立等精度的靜態測量，所以在一般的測量數據中常用的三σ準則、格拉布斯準則、肖維勒準則、t檢驗法[11]均不適用，對飛行器測量數據處理時常用的差分檢測法[12]算法簡單而且對孤立型野值的剔除效果明顯，可以用于航天器項目的試驗的野值剔除。

但試驗數據常常包括自主機動過程的飛行數據，其位置和速度的測量數據往往不是平滑的曲線，會有很大幅度的跳躍，甚至是分段連續的，因此在采用差分檢測法時需要對連續檢出野值的情況進行處理。如果連續4點判斷為野值，則將這4點進行標記，并從這4點起重新進行積累和差分檢測，這樣就能避免在不連續的跳躍邊界點處起連續被檢測為野值。

4　基于經典統計理論的評估方法

航天器項目的評估過程中，大量的試驗數據完全可以滿足經典統計理論的樣本量。如表2中導航技術的指標中的導航標志是否處于導航狀態，定位信息是否正常輸出等，這類試驗評估主要以成敗結果來度量，即試驗的成功率，通常成敗型試驗對應概率統計中二項分布。

給定置信水平1-α、試驗結果n和F，可以計算得到結果，對于常用的參數范圍，GB4087.3-85《數據的統計處理和解釋二項分布單側置信下限》提供了數表，可直接查找結果。

在航天器項目關鍵技術的試驗中很大一部分性能指標都是有關精度的，比如檢驗各類偏差，包括角度偏差以及表2中的位置偏差、速度偏差等數值，因為測量的隨機誤差近似正態分布是精度分析中的常用分布，所以對于這類偏差類的性能指標通常先檢驗其是否服從正態分布，具體方法見文獻[1]，如果接受，則可用正態分布的點估計和區間估計。

計算正態分布的分布函數或者查正態分布表，可得到結果。

5　示 例

在某航天器項目的試驗和評估中，通過文獻調研和專家咨詢確定的關鍵技術中，包括該航天器的相對導航技術，分析該關鍵技術的主要評估項，論證結果分別為穩定跟蹤目標、實現相對導航、在兩種狀態下的適應性(在A狀態下的相對導航、在B狀態下的相對導航)、位置精度、速度精度。在對試驗數據采用差分檢測法剔除部分異常值后，按照評估的方法驗證該項關鍵技術，如表3所示。

根據表3的方法可得出具體的評估結果。在評估后，對數據的分析也是相當重要的，因為分析結果可以直接反饋到技術的改進或者試驗過程的修正，比如在精度評估時，結果表明沒有達到可接受范圍，分析試驗數據發現含有較明顯的系統誤差，應該進行進一步的研究，是否設備原因或者試驗過程中的因素導致試驗數據有系統誤差從而進行及時修正和完善，為盡早掌握該項關鍵技術做準備。

表3　某航天器的相對導航技術評估Tab.3 Eva1uation of re1ative navigation techno1ogy for a sPacecraft

6　結束語

由于航天器項目試驗的評估是一項復雜和龐大的前瞻性工作，本文提出的評估方法從總體上給出評估的方法和流程，搭建了評估框架，具體的評估實施過程中還會面對很多問題，需要進行深入研究。由于缺乏具體的試驗數據，并且對航天器評估所需的試驗數據進行仿真還需要相當的條件和時間，我們給出的示例展示了評估的方法和算法，目前無法提供具體評估結果。對于評估方法的效果，需要結合數據做進一步分析，這也是我們下一步的研究內容。

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吳金美(1983—)，女，江蘇揚州人，2008年于國防科技大學獲碩士學位，現為工程師，主要從事數據處理、計算機軟件及其應用方面的研究；

WU Jinmei was born in Yangzhou，Jiangsu Province，in 1983.She received the M.S.degree from Nationa1 University of Defense Techno1ogy in 2008. She is now an engineer.Her research concerns data Processing and the aPP1ication of comPuter software.

Emai1：wimˉ83@a1iyun.com

凌曉冬(1978—)，男，江蘇寶應人，2009年于國防科技大學獲博士學位，現為工程師，主要從事數據處理、資源調度、試驗評估等方面的研究。

LING Xiaodong was born in Baoying，Jiangsu Province，in 1978.He received the Ph.D.degree form Nationa1 University of Defense Techno1ogy in 2009.He is now an engineer.His research concerns data Processing resource schedu1ing，test eva1uation，etc.

A New Evaluation Method for Spacecraft Project Test

WU Jinmei，LING Xiaodong
(China Sate11ite Maritime Tracking and Contro1 DePartment，Jiangyin 214431，China)

To imProve the reasonab1eness in sPacecraft Project test and argumentation，an eva1uation method is brought forward.For so1ving Present Prob1ems that the test Process of eva1uation for sPacecraft Project is comP1ex and both target and content are uncertain，methods of choosing key techno1ogies and ascertaining eva1uation indexes are co11ected and c1assified.The characteristics of the test data are ana1yzed and a differentia1 detection scheme is chosen to reject out1iers.Based on c1assica1 statistics，eva1uation of two kinds of indexes is aPP1ied.Consequent1y，a who1e Process of quantificationa1 eva1uation is formed to suPPort the eva1uation test for sPacecraft Project.

sPacecraft Project test；eva1uation method；key techno1ogies；eva1uation indexes

V417

A

1001-893X(2016)03-0273-05

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.03.007

2015-07-23;

2015-11-18 Received date:2015-07-23;Revised date:2015-11-18

**通信作者:wimˉ83@a1iyun.com Corresponding author:wimˉ83@a1iyun.com