一套反無人機(jī)系統(tǒng)能否有效運(yùn)行取決于探測(cè)、信息處理、數(shù)據(jù)傳輸和裝備執(zhí)行等環(huán)節(jié)能否連續(xù)協(xié)同。以采用攔截?zé)o人機(jī)實(shí)施處置的任務(wù)鏈為例來襲無人機(jī)進(jìn)入防區(qū)后雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并形成航跡目標(biāo)信息和處置指令經(jīng)信息處理與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)送達(dá)攔截?zé)o人機(jī)。攔截?zé)o人機(jī)依據(jù)目標(biāo)航跡完成中段抵近并根據(jù)末段感知結(jié)果持續(xù)修正航跡最終實(shí)施攔截。攔截失敗在任務(wù)鏈末端顯現(xiàn)最早的偏離卻可能發(fā)生在同一任務(wù)鏈的上游環(huán)節(jié)。當(dāng)最終攔截結(jié)果未達(dá)預(yù)期首先要找到任務(wù)鏈中最早出現(xiàn)偏離的環(huán)節(jié)。只有完整保留各環(huán)節(jié)的輸入、狀態(tài)和輸出并能在相同條件下回放、重建和復(fù)測(cè)才能還原外場(chǎng)異常的發(fā)生過程將其轉(zhuǎn)化為可定位、可復(fù)現(xiàn)、可驗(yàn)證的研發(fā)問題。這正是反無人機(jī)研發(fā)應(yīng)把高頻試錯(cuò)留在內(nèi)場(chǎng)的原因。PART.01為什么高頻試錯(cuò)要回到內(nèi)場(chǎng)一套反無人機(jī)系統(tǒng)通常需要把雷達(dá)、光電和頻譜偵測(cè)設(shè)備與信息處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、控制接口及攔截裝備連接成完整任務(wù)鏈。各分系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行正常并不意味著整條任務(wù)鏈能夠穩(wěn)定工作。協(xié)議字段含義不一致、目標(biāo)編號(hào)在不同系統(tǒng)間無法一致映射、時(shí)間戳未對(duì)齊、指令與狀態(tài)反饋不同步等跨系統(tǒng)接口問題在分系統(tǒng)獨(dú)立測(cè)試中往往難以暴露卻會(huì)在任務(wù)鏈聯(lián)動(dòng)時(shí)逐步放大。外場(chǎng)試驗(yàn)仍不可替代。參試設(shè)備能否協(xié)同運(yùn)行算法、軟件、參數(shù)配置、接口關(guān)系和部署方式是否合理需要在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。傳感器噪聲、無線鏈路波動(dòng)、氣象環(huán)境、裝備誤差和現(xiàn)場(chǎng)組織條件對(duì)系統(tǒng)的影響也需要通過外場(chǎng)試驗(yàn)檢驗(yàn)。但外場(chǎng)條件難以完全復(fù)現(xiàn)單次試驗(yàn)覆蓋的場(chǎng)景也有限。多套系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)外場(chǎng)最直觀暴露的往往是最終任務(wù)結(jié)果異常而最早發(fā)生偏離的環(huán)節(jié)仍難以立即判斷。內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證與外場(chǎng)試驗(yàn)的分工由此明確。在內(nèi)場(chǎng)可以在模型、數(shù)據(jù)和接口條件均可控的環(huán)境中反復(fù)注入擾動(dòng)使調(diào)整后的算法、軟件和參數(shù)配置能夠在相同場(chǎng)景與評(píng)價(jià)基線下重新運(yùn)行在外場(chǎng)則檢驗(yàn)參試設(shè)備協(xié)同運(yùn)行的效果與環(huán)境適應(yīng)性并識(shí)別模型與現(xiàn)實(shí)之間的差異。內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證重點(diǎn)完成算法和軟件排錯(cuò)、接口聯(lián)調(diào)、異常復(fù)現(xiàn)、修改驗(yàn)證及批量試驗(yàn)外場(chǎng)試驗(yàn)重點(diǎn)確認(rèn)參試設(shè)備協(xié)同運(yùn)行、環(huán)境適應(yīng)性和最終處置效果。圖1 內(nèi)場(chǎng)高頻驗(yàn)證與外場(chǎng)關(guān)鍵確認(rèn)的分工及異常記錄回流PART.02天樞Studio如何組織三層驗(yàn)證要讓內(nèi)場(chǎng)真正承擔(dān)這些高頻驗(yàn)證工作需要把全數(shù)字仿真、虛實(shí)結(jié)合和多工況試驗(yàn)組織成連續(xù)的研發(fā)驗(yàn)證過程并根據(jù)項(xiàng)目條件組合使用不同驗(yàn)證方式。作為無人系統(tǒng)自主能力開發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)天樞Studio將分布在反無人機(jī)任務(wù)鏈各環(huán)節(jié)的算法、軟件、參數(shù)配置和接口組織到統(tǒng)一環(huán)境中聯(lián)合運(yùn)行可按需接入真實(shí)硬件和外部系統(tǒng)提高試驗(yàn)真實(shí)度也可圍繞不同工況和候選策略開展批量驗(yàn)證。三層驗(yàn)證由基礎(chǔ)到深入項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)已有條件和當(dāng)前問題組合推進(jìn)分別回答三個(gè)問題整條任務(wù)鏈能否聯(lián)合運(yùn)行并形成邏輯閉環(huán)接入真實(shí)要素后能否縮小仿真到現(xiàn)實(shí)的差距不同工況下哪種策略更優(yōu)、適用邊界在哪里。在三層驗(yàn)證過程中平臺(tái)以統(tǒng)一的場(chǎng)景設(shè)置和評(píng)價(jià)基線組織試驗(yàn)完整記錄算法、軟件、參數(shù)配置、接口狀態(tài)、運(yùn)行過程和評(píng)價(jià)結(jié)果。由此軟件聯(lián)合運(yùn)行、真實(shí)硬件接入和多策略比較都具備可追溯、可比較的試驗(yàn)依據(jù)。研發(fā)人員可以沿運(yùn)行時(shí)間線定位問題也可以在相同場(chǎng)景和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下比較軟件修改前后的運(yùn)行結(jié)果及不同策略的實(shí)際效果。圖2 天樞Studio無人系統(tǒng)自主能力開發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)產(chǎn)品能力總覽01軟件聯(lián)合驗(yàn)證貫通任務(wù)鏈反無人機(jī)任務(wù)鏈包含目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、信息處理、任務(wù)決策、中段制導(dǎo)、末段識(shí)別、飛行控制等多類算法和軟件。單個(gè)算法或軟件分別通過測(cè)試并不代表整條任務(wù)鏈能夠有效運(yùn)行。研發(fā)人員通過天樞Studio SDK將相關(guān)程序接入平臺(tái)由平臺(tái)統(tǒng)一組織被測(cè)程序、運(yùn)行依賴和參數(shù)配置使分布在不同環(huán)節(jié)的軟件在同一場(chǎng)景中聯(lián)合運(yùn)行。試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)平臺(tái)記錄各環(huán)節(jié)的輸入與輸出、關(guān)鍵狀態(tài)、指令交互、異常處理分支和結(jié)果反饋。研發(fā)人員可以據(jù)此檢查任務(wù)輸入、信息處理、策略決策、控制執(zhí)行和狀態(tài)反饋能否連續(xù)貫通驗(yàn)證各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)關(guān)系、調(diào)用順序與狀態(tài)轉(zhuǎn)換是否正確以及整個(gè)任務(wù)鏈?zhǔn)欠裥纬蛇壿嬮]環(huán)。發(fā)生異常后研發(fā)人員可以沿運(yùn)行時(shí)間線定位最早出現(xiàn)偏離的環(huán)節(jié)完成軟件修改后再使用相同場(chǎng)景、配置和評(píng)價(jià)基線復(fù)測(cè)。例如中制導(dǎo)向末制導(dǎo)交班過早可能導(dǎo)致末制導(dǎo)無法穩(wěn)定捕獲目標(biāo)交班過晚則會(huì)壓縮末制導(dǎo)修正時(shí)間。研發(fā)人員需要通過仿真確定合適的交班點(diǎn)和觸發(fā)條件。02虛實(shí)結(jié)合驗(yàn)證提升系統(tǒng)真實(shí)度當(dāng)全數(shù)字仿真中的任務(wù)鏈穩(wěn)定運(yùn)行后可以逐步將部分仿真環(huán)節(jié)替換為飛控、機(jī)載計(jì)算平臺(tái)和通信節(jié)點(diǎn)等真實(shí)硬件或者讓真實(shí)硬件與虛擬目標(biāo)、虛擬環(huán)境共同運(yùn)行。第三方設(shè)備和外部系統(tǒng)完成協(xié)議、數(shù)據(jù)語(yǔ)義與時(shí)間基準(zhǔn)適配后也可接入同一驗(yàn)證過程。隨著真實(shí)要素不斷加入試驗(yàn)系統(tǒng)將更加接近反無人機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。天樞Studio按約定接口與已接入的真實(shí)硬件和外部系統(tǒng)交換虛擬目標(biāo)、環(huán)境狀態(tài)、運(yùn)行指令和狀態(tài)反饋便于在同一試驗(yàn)中靈活調(diào)整虛擬環(huán)節(jié)與真實(shí)環(huán)節(jié)的組合。驗(yàn)證過程重點(diǎn)檢查協(xié)議映射、目標(biāo)編號(hào)映射、時(shí)間同步、資源占用、指令與反饋時(shí)延、設(shè)備上下線時(shí)的狀態(tài)變化以及跨系統(tǒng)狀態(tài)切換。通過逐步提高試驗(yàn)真實(shí)度這一驗(yàn)證過程能夠提前暴露純數(shù)字仿真難以發(fā)現(xiàn)的接口、時(shí)序和運(yùn)行約束問題縮小仿真與外場(chǎng)運(yùn)行之間的差距Sim2Real Gap。例如將真實(shí)機(jī)載計(jì)算平臺(tái)、飛控和通信節(jié)點(diǎn)接入虛擬目標(biāo)與環(huán)境可直接檢驗(yàn)處理時(shí)延、鏈路抖動(dòng)和接口頻率差異對(duì)任務(wù)鏈的影響。03多工況策略驗(yàn)證加快策略尋優(yōu)反無人機(jī)系統(tǒng)需要面對(duì)不同目標(biāo)特征、來襲方向、環(huán)境條件、設(shè)備狀態(tài)和鏈路條件同一任務(wù)也可能存在多種探測(cè)、跟蹤、調(diào)度和處置策略。依靠少量人工試驗(yàn)很難充分比較不同策略的效果。天樞Studio將目標(biāo)類型、數(shù)量、速度、航跡、環(huán)境條件、鏈路狀態(tài)、設(shè)備可用性和候選策略組織成試驗(yàn)矩陣支持批量并行運(yùn)行并通過統(tǒng)一評(píng)價(jià)腳本比較不同策略的任務(wù)成功率、響應(yīng)時(shí)間、資源消耗、任務(wù)鏈運(yùn)行穩(wěn)定性和最終處置效果。例如在多目標(biāo)來襲且攔截資源有限時(shí)可批量比較不同目標(biāo)處置與資源分配策略確定更優(yōu)策略及其適用邊界。對(duì)于低概率、高風(fēng)險(xiǎn)、高成本或難以在外場(chǎng)穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)的異常工況平臺(tái)可在內(nèi)場(chǎng)按照預(yù)設(shè)時(shí)刻和演化過程進(jìn)行可控注入。研發(fā)人員由此能夠在統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下比較候選策略分析不同策略的適用條件、性能差異和失效邊界篩選出綜合表現(xiàn)更優(yōu)的策略并持續(xù)調(diào)整參數(shù)和執(zhí)行規(guī)則。每次評(píng)價(jià)結(jié)果均與具體工況、被測(cè)算法、軟件、參數(shù)配置和候選策略關(guān)聯(lián)最終輸出場(chǎng)景矩陣、策略對(duì)比結(jié)果、適用邊界說明和回歸判定結(jié)論。圖3 天樞Studio軟件聯(lián)合、虛實(shí)結(jié)合與多工況策略三層驗(yàn)證上述三層驗(yàn)證圍繞同一條任務(wù)鏈由基礎(chǔ)到深入并可按項(xiàng)目條件組合開展軟件聯(lián)合驗(yàn)證用于貫通任務(wù)鏈虛實(shí)結(jié)合驗(yàn)證用于提高試驗(yàn)真實(shí)度多工況策略驗(yàn)證用于比較效果并加快尋優(yōu)。三層驗(yàn)證遵循相同的試驗(yàn)流程從場(chǎng)景與配置準(zhǔn)備開始經(jīng)過試驗(yàn)啟動(dòng)和運(yùn)行監(jiān)視最后進(jìn)入結(jié)果回看與回歸判定。對(duì)項(xiàng)目而言這套驗(yàn)證方式可以將大量重復(fù)聯(lián)調(diào)和問題排查轉(zhuǎn)移到條件可控的內(nèi)場(chǎng)環(huán)境減少無效外場(chǎng)輪次縮短異常定位過程并為判斷調(diào)整后的算法、軟件和參數(shù)配置能否進(jìn)入下一輪外場(chǎng)試驗(yàn)提供依據(jù)。完成內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證后將通過驗(yàn)證的算法、軟件、參數(shù)配置和接口配置用于外場(chǎng)試驗(yàn)外場(chǎng)產(chǎn)生的配置記錄、異常過程和執(zhí)行結(jié)果也需要帶回研發(fā)驗(yàn)證環(huán)境。天樞Studio將這些外場(chǎng)記錄與對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景、被測(cè)算法、軟件、參數(shù)配置及評(píng)價(jià)基線重新關(guān)聯(lián)和對(duì)齊使外場(chǎng)問題能夠在下一輪內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證中復(fù)現(xiàn)并對(duì)修改結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。由此形成“內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證—外場(chǎng)試驗(yàn)—數(shù)據(jù)回流—回歸驗(yàn)證”鏈路。PART.03外場(chǎng)問題如何轉(zhuǎn)化為固定回歸用例內(nèi)場(chǎng)復(fù)現(xiàn)用于定位和解決當(dāng)次問題固定回歸用例則將這次問題轉(zhuǎn)化為后續(xù)每次算法、軟件或參數(shù)配置調(diào)整后都要重復(fù)執(zhí)行的檢查。外場(chǎng)試驗(yàn)仍可能暴露內(nèi)場(chǎng)尚未覆蓋的問題。要把一次外場(chǎng)異常轉(zhuǎn)化為可重復(fù)運(yùn)行、結(jié)果可判定的回歸用例需要保證被測(cè)算法、軟件、參數(shù)配置和接口配置可追溯接口數(shù)據(jù)可解析各系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)可對(duì)齊。同時(shí)還要完整記錄關(guān)鍵狀態(tài)和操作過程并準(zhǔn)備好重建場(chǎng)景所需的模型與數(shù)據(jù)。條件具備后項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將本次試驗(yàn)使用的算法、軟件、參數(shù)配置和接口配置與目標(biāo)和環(huán)境條件、設(shè)備與鏈路狀態(tài)、操作過程、關(guān)鍵日志及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一并整理為問題復(fù)現(xiàn)用例再在內(nèi)場(chǎng)逐步逼近異常觸發(fā)條件。問題定位應(yīng)沿任務(wù)鏈追溯到最早出現(xiàn)偏離的環(huán)節(jié)。研發(fā)人員結(jié)合該環(huán)節(jié)上下游的狀態(tài)、日志和接口數(shù)據(jù)分析問題根因。完成軟件修改后再按照同一場(chǎng)景、配置和評(píng)價(jià)基線復(fù)測(cè)檢驗(yàn)根因判斷是否成立并確認(rèn)軟件修改是否有效。圖4 外場(chǎng)異?；氐絻?nèi)場(chǎng)復(fù)現(xiàn)、修改與同基線復(fù)測(cè)并形成固定回歸用例完成內(nèi)場(chǎng)復(fù)測(cè)后驗(yàn)證范圍再?gòu)漠惓Ｓ|發(fā)工況擴(kuò)展至相關(guān)正常工況和邊界工況。經(jīng)內(nèi)場(chǎng)驗(yàn)證的算法、軟件和參數(shù)配置再用于外場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)其在現(xiàn)場(chǎng)配置和真實(shí)環(huán)境中的運(yùn)行表現(xiàn)及最終處置效果。當(dāng)場(chǎng)景能夠重復(fù)運(yùn)行、修改前后的差異能夠在同一基線下比較、問題修復(fù)能夠得到明確判定時(shí)即可形成固定的回歸驗(yàn)證基線?；€應(yīng)包括被測(cè)算法、軟件、參數(shù)配置和接口配置以及場(chǎng)景、輸入數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和判定規(guī)則。此后每次算法、軟件或參數(shù)配置調(diào)整都需要通過同一組回歸檢查。PART.04哪些項(xiàng)目適合先做小范圍驗(yàn)證跨系統(tǒng)聯(lián)調(diào)頻繁、外場(chǎng)異常難以復(fù)現(xiàn)或者算法、軟件和參數(shù)配置持續(xù)調(diào)整卻缺少穩(wěn)定回歸基線的項(xiàng)目可以從問題最明確、數(shù)據(jù)最完整的一條任務(wù)鏈開始首輪驗(yàn)證。首輪驗(yàn)證可以圍繞一條任務(wù)鏈和一個(gè)已經(jīng)發(fā)生的外場(chǎng)問題展開。根據(jù)問題特點(diǎn)可接入一套關(guān)鍵真實(shí)硬件或外部系統(tǒng)也可使用一組可復(fù)用的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)問題。首輪驗(yàn)證重點(diǎn)回答三個(gè)問題一是問題能否在內(nèi)場(chǎng)穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)二是能否定位任務(wù)鏈中最早出現(xiàn)偏離的環(huán)節(jié)并確認(rèn)修改是否有效三是驗(yàn)證結(jié)果能否支撐調(diào)整后的算法、軟件和參數(shù)配置進(jìn)入下一輪外場(chǎng)試驗(yàn)。圍繞這條任務(wù)鏈天樞Studio重點(diǎn)提供場(chǎng)景與試驗(yàn)組織、運(yùn)行記錄及回放評(píng)價(jià)能力。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)準(zhǔn)備被測(cè)算法、軟件和參數(shù)配置以及復(fù)現(xiàn)問題所需的接口資料、運(yùn)行數(shù)據(jù)或關(guān)鍵硬件其余接入和適配工作可根據(jù)已有接口與數(shù)據(jù)條件逐項(xiàng)完成。完成首輪驗(yàn)證后項(xiàng)目將形成可運(yùn)行的試驗(yàn)場(chǎng)景和用例、可追溯的運(yùn)行與評(píng)價(jià)記錄以及可重復(fù)執(zhí)行的回歸基線。首輪驗(yàn)證開始前項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)圍繞上述三個(gè)問題根據(jù)數(shù)據(jù)完整性、問題復(fù)現(xiàn)條件和評(píng)價(jià)基線約定通過條件調(diào)整后的算法、軟件和參數(shù)配置進(jìn)入下一輪外場(chǎng)試驗(yàn)前再逐項(xiàng)確認(rèn)條件是否滿足。PART.05把外場(chǎng)留給關(guān)鍵確認(rèn)首輪驗(yàn)證先建立一條可重復(fù)執(zhí)行、可比較修改結(jié)果并能支撐外場(chǎng)決策的驗(yàn)證鏈路。在此基礎(chǔ)上項(xiàng)目可逐步納入更多算法、軟件、參數(shù)組合、場(chǎng)景和硬件條件。天樞Studio通過統(tǒng)一組織場(chǎng)景、運(yùn)行記錄和評(píng)價(jià)結(jié)果使問題能夠復(fù)現(xiàn)、修改能夠復(fù)測(cè)、結(jié)果能夠比較并為下一輪外場(chǎng)試驗(yàn)提供依據(jù)。把高頻試錯(cuò)留在內(nèi)場(chǎng)把現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表現(xiàn)和最終處置效果留給外場(chǎng)確認(rèn)。