嵌入式訓練系統在教練機上的應用

邱繼業

（洪都航空工業集團,江西 南昌 330024）

0 引言

在群雄逐鹿的國際教練機市場，要想占領足夠多的市場份額，必須關注教練機生產和研制的新動向，及時改變和調整相應對策，以適應多變的市場需求。先進戰斗機的更新換代對飛行員的培養提出了挑戰，同樣也改變了軍用教練機的一些設計理念。新一代的高級教練機，除了要保持易于教學的優良操縱品質，還要不斷地融入一些新技術，如目前應用的嵌入式訓練系統。

嵌入式訓練系統大多采用與武器系統相同的硬件軟件技術，可在短期內實現相應軟件的更新換代，從而大大降低訓練系統的升級費用。在嵌入式訓練系統的開發過程中，有三種體系結構可以選擇。第一種選擇是獨立的嵌入式仿真系統，它是一個完全獨立的子系統，有自己的處理器、圖像生成設備以及軟件，它通過數據線、視頻線和電源線與武器裝備相連。第二種結構是集成式仿真系統，是集成式嵌入式使用武器裝備本身的設備，通過升級武器系統本身的設備與儀器完成嵌入式仿真的功能。第三種選擇是混合系統，即是前兩種體系結構的混和結構。

由于獨立嵌入式訓練系統結構研發難度小，與武器裝備的接口最少，并且在必要的時候可以卸載，所以，目前在研制現有武器裝備系統的嵌入式訓練系統時常采用獨立嵌入式訓練系統結構，后兩種系統可以用于未來的武器系統設計中。

1 嵌入式訓練系統的應用

美國是使用嵌入式訓練系統較早的國家。1987年美國陸軍就把嵌入式訓練確定為訓練設備策略的首選方法。到1995年6月，美國陸軍宣布把嵌入式訓練作為21世紀部隊的關鍵訓練計劃之一，任何新系統都必須具有嵌入式訓練系統。美軍認為，通過加裝嵌入式訓練系統即采用虛擬現實技術，可展現一個虛擬且十分逼真的三維世界，在視覺、聲覺、觸覺等人的全部感覺作用下，可猶如“身臨其境”般全身投入到“真實”訓練中。

后來，空軍也在教練機上采用嵌入式訓練系統，其目的是為了降低飛行訓練成本和提高飛行訓練效能。美國空軍將采用嵌入式訓練系統作為空軍飛行訓練轉型的一種方式，因為嵌入式訓練提供給飛行員的身體感知和情景意識與傳統地面模擬器有本質的不同。使用嵌入式訓練系統的飛機，訓練在空中真實地進行，飛行員通過實際的操作界面進行飛機操控，飛機反饋的是真實的氣動和機動特性，飛行員的身體感知和環境情景意識是真實的。而地面模擬器僅能提供為數不多、限制很大的動作響應。特別是在各種機動方面，嵌入式訓練提供的真實訓練環境及其動態響應是傳統地面上模擬器無法比擬的。

飛行訓練效能被看作是減少飛行學員在戰斗改裝部隊的飛行時間，在成本相對便宜的教練機上訓練的科目越多，則在后續昂貴前線飛機上訓練科目就會減少。飛行學員經高級訓練之后到部隊接受作戰應用訓練的費用約占整個飛行訓練總成本的一半以上，像中國空軍飛行學員使用殲7三代雙座型飛機進行作戰訓練的費用占到整個飛行訓練總成本的90%。近些年發展的嵌入式訓練系統技術，擴展了教練機的使用功能和訓練能力，使現代高級教練機能夠完成更多的作戰訓練任務，與新一代戰斗機特性更好地銜接起來。嵌入式訓練系統已展現了其良好的發展前景，目前已廣泛使用的教練機如意大利的MB339和M346、英國BAE系統公司的“鷹”、韓國T-50和俄羅斯的雅克130都配置了嵌入式訓練系統。使用這些教練機，飛行學員在飛行訓練中可模擬先進戰斗機的特性和作戰環境，諸如虛擬多功能雷達、電子戰、空空和空地武器的發射、紅外和光電傳感器、武器和任務管理系統等，減少在戰斗教練機上的訓練時間，提高訓練效能，這在地面模擬器上是無法做到的。

在意大利空軍MB-339C/D戰斗入門教練機上曾使用過的系統—嵌入式訓練模擬系統（ETS），后又在M-346教練機上得到應用。MB-339C/D上配備的MIL-1553B數據總線和一個內嵌全球定位系統的環行激光陀螺平臺，采用法國塞克斯坦公司基于單一中央任務計算機的新航空電子系統構架。飛行員可在座艙內利用電腦顯示模擬實際情景進行訓練，讓學員提前入門和熟知位置探測、飛行技能、戰術操作、傳感器操縱和武器部署等。ETS包括一個嵌入式虛擬航電卡，它是以色列BVR公司專門為教練機開發的一套嵌入式訓練計算機軟件。該航電卡通過在一個單板CPU上快速的插入，與任務計算機符號發生器結合在一起使用，可以增強訓練的真實感。該系統通過在多功能顯示器和平顯上顯示目標符號來提供一個真實的飛行模擬作戰場景，此系統可模擬多方式火控系統、干擾器、防御性輔助設備（如雷達告警、數據鏈信息）等進攻性傳感器以及多種空對空和空對地武器訓練。虛擬航電卡系統中關鍵的一部分是數據庫還能生成虛擬的空對地雷達或前視紅外傳感器，給飛行員提供空中防撞及近地警告的聲音告警這類安全特性，結束來自空中和地面的威脅。M-346教練機完整的訓練系統還包括地面教室訓練器、程序戰術練習器和所有的可相互聯接的以及可與飛機聯接的任務模擬器。

通過飛行訓練實踐證明，使用安裝了嵌入式訓練系統的M346教練機可以為“臺風”戰斗機的用戶節省一半的改裝飛行訓練時間。因此，使用M-346教練機作為訓練平臺培訓戰斗機飛行員的那些國家，可為每個飛行學員的培養節省約200萬英鎊 （250萬美元）。以前在“臺風”戰斗機的改裝訓練飛行需要100小時，每小時飛行訓練成本高達35000歐元。M-346和其他高級教練機一樣，也保留了改裝為戰斗機的余地。若有需要，阿萊尼亞—馬基公司可為飛機加裝多功能火控雷達、電子戰設備和LINK16戰術數據鏈等機載系統,從而將其改裝為戰斗/攻擊機。

英國BAE系統公司也為“鷹”教練機開發了嵌入式訓練系統。如新一代“鷹”128教練機現具有提供空對空和空對地作戰的目標、傳感器及武器系統的嵌入式訓練能力。其數據庫“動態模擬”的能力，使駕駛艙設備產生只有在真實、特定的戰斗機上才有的符號。在一個虛擬作戰環境下，一架“鷹”128教練機后座上的飛行員，可動態模擬一架米-29，與另一架動態模擬“臺風”的“鷹”128進行飛行對抗訓練。在模擬交戰中，“鷹”128教練機后座上的飛行員通過數據鏈連接和二架飛機與各自空空武器的數據庫生成的雷達圖像進行空戰演習，系統可以實時評估擊中對方和被對方擊中的結果，并在交戰后還能馬上復現空中作戰的場景，以便教官對學員的飛行技能進行講評。

韓國T-50和德國MAKO高級教練機也在飛機設計加入嵌入式訓練系統。T-50有包括用于嵌入式訓練的模擬系統，它具有在座艙顯示器上顯示模擬的空中和地面威脅的功能。

2 發展前景

嵌入式訓練系統的發展前景廣闊。今后將有更多的嵌入式訓練系統被用于新一代教練機上。嵌入式訓練通過技術處理擴展了教練機的功能，未來將成為軍用教練機的主要配置，是教練機標志性技術，有嵌入式訓練能力的教練機將有更強的競爭力。