地面试验评估是提高地面试验效能的有效手段，但国内尚未在电传飞控系统地面试验中应用。通过研究基于试验内容、试验方法、试验流程、试验数据处理等维度的电传飞控系统地面试验评估指标体系如图所示 水平地面上，建立地面试验知识模型库，开展紧密值评价法、相关矩阵法、专家评分法在电传飞控系统地面试验评估中的应用技术研究。给出了各方法的计算公式和应用实例，总结了3种方法在实际应用中的选择原则。通过电传飞控系统地面试验评估技术的应用，可以提前发现试验方案的不足，尽早开展优化工作，降低试验风险，提高试验效能。
随着飞机飞行控制系统技术的发展，电传飞控系统已成为现代新研制飞机的标准配置。电传飞控系统地面试验验证也是飞机研制过程中必须完成的一项任务。飞控系统地面试验方案论证涉及10个要素，铁鸟试验内容多、种类多、周期长。在方案论证过程中，需要对方案中影响大、用户和上级特别关注的重要技术问题进行研究评估，分析各种备选方案的利弊，选取最合理的方案。科学合理的试验规划对提高试验质量、节约试验成本、缩短研制周期有着十分重要的作用。深入的需求分析不够、顶层设计不充分，往往导致后续大量返工，浪费资源和时间。完成完全符合试验安全性高、试验质量高、试验成本低、试验周期短要求的飞控系统地面试验方案设计是一项难度大、高度复杂的任务。
国外作战飞机地面试验和建模仿真试验在整个飞机研制过程中的比重越来越大，而整机的飞行试验次数却在减少。美国空军工程发展中心提出了一种综合测试与评估（IT&E）方法来解决作战飞机试验过程中飞行试验、地面试验和建模仿真试验之间的计划、管理和协调问题，其作用是实现试验信息的综合利用，加速武器装备研制周期，降低研制风险和成本，提高装备试验效率和效益。文献[6]介绍了试验评估技术在美军武器装备中的重要作用。文献[7]介绍了综合测试评估方法在美国飞机试验评估中的应用，有效地达到了提高试验效率、缩短试验周期、降低试验成本和风险的有益效果。
我国在地面综合试验评估研究起步较晚。文献[8]介绍了飞机地面试验评估方法，研究中采用了蜘蛛网评价法、灰色关联评价法和基准评价法，并应用于飞机地面点火试验方案评估。文献[9]介绍了“蛛网图”法、灰色关联分析法和基准评价法在飞机总体设计评估中的应用。文献[10]介绍了多目标决策法、“蛛网图”法和综合评价法在作战飞机总体设计中的应用。文献[11]介绍了关联矩阵评价法在火控计算机试验台设计中的应用。在电传飞控系统地面试验评估技术研究方面，我国尚属空白。
本文重点研究了紧密值评价法、相关矩阵法和专家评分法在电传飞控系统地面试验评估中的具体应用，从试验内容、试验方法、试验流程、试验数据处理等方面，开发了试验知识库模型，建立了地面试验评估指标体系，开发了地面试验测试及综合验证平台。运用3种评估方法对某型飞机电传飞控系统地面试验计划进行了评估，并根据评估结果对试验计划进行优化，解决了长期存在的电传飞控系统地面试验计划设计缺乏有效的规范约束和评估指导，试验资源与试验需求不匹配等问题。
电传飞行控制系统地面试验知识库建模
电传飞控系统地面试验知识库模型是评估工作的基础，知识库模型的准确性、模型样本的丰富性将直接影响评估结果的客观性和有效性。
通过飞控系统地面测试的描述过程，将用户需求和测试目标转化为对各类测试资源的需求，并提出明确的测试资源约束和要求，包括时间约束、信息要求、人员要求等。测试过程描述可以采用统一建模语言（UML）表示的类图作为顶层测试过程描述来完成。对测试资源的具体需求，需要对顶层测试过程描述进行进一步分解，并按照测试资源分类原则生成相应的子测试任务描述。
UML可以支持系统静态建模和系统动态建模两种建模机制。在地面测试对象模型中，使用实例图、类图和对象图来定义地面测试对象及其静态关系；使用组件图和配置图来反映地面测试的体系结构和通信机制；使用序列图、协作图、状态图和活动图来描述地面测试对象的状态及其交互关系。
图1是一个用户的用例，从用户的角度描述了系统架构的基本外部行为特征。
图1 用户用例图
地面试验UML关系模型分析采用关系数据库作为底层数据支撑，对地面试验信息进行建模和管理，通过可视化的软件界面管理用户信息、飞机模型文件、飞机功能信息、飞机故障模式信息、试验设备及地面试验数据等地面试验信息，支持地面试验数据的关键字查询，支持试验总时长、试验成本、试验类型占比、试验重要性占比、试验设备等信息的统计分析，为地面试验的验证与评估提供基础数据支撑。
用户信息管理：用于验证用户的合法身份；
飞机模型文件管理：主要管理飞机模型及飞控系统架构，包括飞机编号、飞机名称、飞机类型、飞控系统架构等属性信息；
飞机功能信息管理：主要管理被测试的飞机系统的功能编号、功能名称、功能描述等属性；
飞机故障模式信息管理：主要管理被测试的飞机系统的故障模式名称、故障模式描述、故障模式级别等属性；
测试设备管理：主要管理测试相关设备的型号、类型、厂商、成本等属性；
地面试验数据管理：按照地面试验要素分解层次，建立各试验要素逻辑关系谱，利用可视化展示界面建立地面试验模型。在进行某项关键指标的地面试验验证时，由于需要考虑的因素较多，需要对地面试验在空间和时间上逐级分解，划分为次级和亚次级目标，完成地面试验分层建模如图所示 水平地面上，使地面试验模型更加清晰、准确。按照多层次抽象模型理论，对地面试验要素进行逐级分解，试验模型分层分解图如图2所示。
图2 地面试验模型层次分解图
电传飞行控制系统地面试验评估指标体系的实现
电传飞控系统地面试验评估指标体系是否合理、完备直接影响最终评估结果的准确性。评估指标体系应以飞控系统地面试验评估需求为驱动，不仅能反映飞控系统地面试验的功能需求，还能体现适用性评估指标与优化性指标之间复杂的耦合关系。
按照地面试验评估指标体系的层次结构和制定原则，评估指标体系包括三个层次：第一层次为地面试验总体评估指标；第二层次包括总体指标、试验内容、试验方法、试验流程、试验数据处理和试验设备等；第三层次包括构成各二级指标的子指标。如图3所示，地面试验指标分为评估指标和优化指标两类。
图3 地面试验评估指标体系系统图
①评价指标：测试内容的重要性、测量范围和精度等；测试方法的匹配程度、成本等；测试流程步骤的合理性、测试复杂度等；测试数据处理的数据个数、算法匹配度等。
②优化指标：测试方法的固定响应时间和成本、测试过程的测试时间、测试数据的处理时间等。
为方便计算，对指标采用一致的处理方法，将“极大”指标、“极小”指标、“中等”指标、“区间”指标四类不同类型的指标转化为同一类型的指标。
地面试验评估指标均有其自身的量纲和量级，为了消除各类指标量纲不同对最终评估结果的影响，对评估指标进行了无量纲化。
飞行控制系统地面试验评估方法是评价试验内容、试验流程、试验方法、试验数据处理等的适用性的方法。采用紧密值评价法、相关矩阵分析法、专家评分法等对地面试验的适用性进行评估。
1. 接近价值评估法
接近值评估法能充分考虑地面试验指标类型及指标类型总体分布情况，得到更为准确的决策结果。接近值模型将多因素待评估指标按不同单元进行归一化，计算出其最优点与最差点，以二者作为参考点，再计算各组待评估指标与参考点的距离，以距离大小衡量评估结果。
参考文献[13]给出了接近值法的具体步骤及公式，主要处理步骤为：①确定决策评价矩阵；②对指标进行归一化；③将评价指标归一化后，确定最佳、最差决策方案；④计算待评价指标与最佳、最差决策方案的距离；⑤计算接近值；⑥决策评价排序。
电传飞控系统地面试验指标类型如表1所示，分为基于成本的指标和基于效益的指标。
表1 地面试验评价指标类型
设有m个决策评价样本，每个样本有n个评价指标，则决策评价矩阵为：
考虑到实际情况，电传飞行控制系统地面试验一般采用3种评定方案，即m=3，评定样本按照表1中的二级指标计算，即n=20。
效益指标与成本指标统一采用公式（2）、成本指标统一采用公式（3）。
其中：a为评价指标归一化值；x为评价指标；i=(1,2,…,m)；j=(1,2,…,n)。
假设：
根据公式（4）确定最优决策解：
根据公式（5）确定最坏决策方案：
根据公式（6）确定待评价指标与最优决策解样本的距离：
根据公式（7）确定待评价指标与最优决策解样本的距离：
挑选：
此时密切值计算公式为：
接近值Ci越大，评价结果越差；Ci越小，评价结果越好。根据接近值评价方法，开发了相应的计算软件，实现了评价方法的自动化。接近值评价算法的软件运行结果如图4所示。
图4 接近值评估算法软件运行结果
2. 相关矩阵评估方法
通过建立测试项目与相关项目（功能项目、性能项目、故障模式项目、环境项目、测试设备项目）之间的关联矩阵模型，对整个地面测试的覆盖率进行评估和分析。若测试完成，则对应矩阵表中的1，若测试未完成，则对应矩阵表中的0。以测试项目与功能项目的关联为例，建立测试项目与功能之间的关联矩阵模型，如表2所示。
表2 检验及函数相关矩阵
相关矩阵的分析算法如下：
功能检测率=1-全零的行数/总行数=1-1/6=5/6=83.3%。
表2中全零的行表示此功能项未测试过，若此功能项为重要项，则认为测试计划有遗漏，需重新考虑增加测试内容，完成此功能项的测试。
如果表2某些列的数值完全相同，那么说明这些列对应的测试项是重复的，比如测试项2和测试项6，需要考虑是否可以将测试合并，以减少重复测试，节省测试时间。
如果表2中的某一列涵盖了较多的功能项，那么在测试序列规划中应该优先考虑该测试，比如测试项3。
关联矩阵评估法建立测试项目与功能、性能、故障模式、测试设备及环境条件之间的关联模型，分析功能/性能/故障模式的覆盖率、未覆盖的功能/性能/故障模式、相同功能/性能/故障模式等测试项目，并根据分析结论指导地面试验计划完成补充、合并等优化设计。
在实际应用中，相关矩阵评估法是通过软件实现的。图5是相关矩阵评估算法的软件运行结果图。它是相关矩阵法在某飞控系统地面测试计划评估中的应用示例。评估发现功能覆盖率为20.8%，还有不少功能没有覆盖到，所以要重新制定测试计划。根据评估结果对测试计划进行了优化，最终满足了测试要求。
图5 相关矩阵评估算法软件运行结果
3. 专家评分方法
专家评分法是通过咨询地面试验相关专家的意见，对专家意见进行统计、处理、分析、总结，客观地综合专家经验与主观判断，对试验过程的完备性、试验方法的合理性、试验手段的先进性和数据处理的有效性进行评价，综合评估地面试验的适用性。具体步骤如下：
①确定权重系数。根据各指标对地面试验的相对重要性，分别确定权重，权重之和为1；
②分类。将每项指标分为多个等级，每个等级赋予一个量化值，对应一个分值，以此确定地面试验计划中各项目的级别；
③计算地面试验方案总分。将各指标权重乘以对应的等级分，计算出各指标得分，各指标得分之和即为地面试验方案总分；
④决策。选取得分最高的试验方案作为最优地面试验方案；
在电传飞控系统地面试验评估过程中，评估内容分为6个部分，每部分的权重为：飞控系统地面试验内容权重0.2、飞控系统地面试验方法权重0.2、飞控系统地面试验过程权重0.2、飞控系统地面试验测试设备权重0.1、飞控系统试验数据处理方法权重0.2、飞控系统地面试验时间与成本权重0.1。每一步分为3个等级，每等级的评分为：良好（90~100分）、一般（75~90分）、较差（40~75分）。将权重与分数相加即可得出总分，总分最高的即为最优解。
地面试验评估技术应用分析
电传飞控系统地面试验评估技术可用于指导和评判新型电传飞控系统综合试验规划和试验环境建设，对试验计划的完整性和有效性提供评价建议。试验评估所采用的三种方法在实际应用中可以结合使用，也可以单独使用，每种方法都有各自的特点。
接近值评估法是一种定量评估方法，在使用过程中需要技术人员具有丰富的经验。决策评估矩阵R中的各个参数在评估开始前需要赋值，赋值的合理性直接影响评估结果。本项目在研究之初，首先建立了电传飞控系统地面试验知识库，并在知识库中存储了多套电传飞控系统试验计划。因此，在使用接近值评估法时，可以根据知识库中存储的数据对决策评估矩阵R的变量进行赋值。
关联矩阵评估法侧重于评估试验计划的完整性和试验计划的有效性。该方法可以发现试验计划中遗漏的试验项，也可以在试验实施过程中辅助确定可以组合的试验项，从而缩短试验周期贝语网校，提高效率。但对于采用新技术的电传飞控系统地面试验项的评估会存在一定的不准确性。
专家评分是一种定性评估方法，依靠专家的水平以及统计学方法的应用，能够客观、定性地评价测试计划的质量，但该方法对专家的依赖性较强。
三种方法的结合在电传飞控系统地面试验评估中可以取得最佳效果，并可根据新的试验方案不断完善电传飞控系统地面试验知识库中的样本，样本越多，评估的准确率越高。经过多个模型迭代后，随着样本数量的增加，可以逐步取消专家打分评估法，仅采用接近值评估法和相关矩阵评估法完成评估工作。
结论
对电传飞控系统地面试验评估技术进行研究，基于已有模型数据，建立了电传飞控系统地面试验知识库模型，创建了地面试验评估指标体系，综合应用3种评估方法开展试验方案评估，开发了飞控系统地面试验综合验证评估平台，实现了人机交互友好的自动化评估。
笔记：
[6] 张宝珍. 综合试验评估策略及其在美军武器装备研制中的应用[J]. 测控技术, 2007, 26(3): 8-10.
[7] 何磊, 张天骄, 钱伟奇, 等. 综合试验评估在美军飞机研制中的应用[J]. 空气动力学学报, 2020, 38(3): 461-469.
[9] 解建熙, 宋碧峰, 刘东霞. 飞机总体设计评估准则与评估方法研究[J]. 机械科学与技术, 2003, 22(增2): 16-19.
[10] 黄俊, 吴哲, 孙会忠, 等. 作战飞机总体设计评估标准与评估方法研究[J]. 航空学报, 2000, 21(1): 70-73.
[11]陈俊伟,常天清,马殿哲.基于关联矩阵的火控计算机测试平台设计[J].计算机测量与控制,2011,19(12):2902-2904.
（以上文章来自《测控技术》，作者：任保平、张燕、范丽华、张毅、李伟，作者单位：航空工业第一飞机设计研究院；航空工业北京长城航空测控技术研究所）
