某型戰車訓練復現與評估系統設計

謝奇峰

(空軍空降兵學院，廣西 桂林　541003)

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某型戰車訓練復現與評估系統設計

謝奇峰

(空軍空降兵學院，廣西 桂林541003)

針對某型戰車訓練中無法復現訓練過程、難以評估參訓人員戰技水平的問題，設計了一種戰車訓練復現與評估系統。該系統利用記錄裝置記錄戰車訓練過程中的指揮信息、戰車行駛參數、發射時機和諸元等音、視頻數據信息；根據采集的數據，復現車長終端/車外畫面、電臺通話、車況/導航/瞄準等訓練信息，預測火炮彈著點并評估命中效果；根據指揮信息和作戰態勢，評估戰術隊形、站位等戰術動作執行情況。試驗結果表明：系統能記錄和評估戰車訓練過程，對于提高戰車指揮員和操作員的指揮協同、火力控制、操作駕駛等戰技水平具有重要作用。

戰車；訓練評估；訓練復現

戰車是進攻戰斗中實施火力突擊、殺傷敵有生力量、摧毀敵集團目標，確保戰斗勝利的主要裝備。某型戰車實裝訓練中，存在著無法復現訓練過程、難以評估參訓人員戰技水平等問題，導致訓練效果大打折扣。針對該問題，筆者設計了一種戰車訓練復現與評估系統，通過記錄訓練過程中戰車上的視頻、音頻和數字量等信息，訓練后利用評估軟件復現車長終端/車外畫面、電臺通話、車況/導航/瞄準等數據，并評估指揮員和操作手的戰技水平。

1　系統功能與結構

1.1系統功能

戰車訓練復現與評估系統用來復現戰車訓練過程，評估參訓人員戰技水平，可服務于參訓者和機關作訓部門。系統具備以下基本功能：

1)記錄并能復現與戰車訓練評估相關的信息，如指揮信息、戰車行駛參數、發射時機和諸元。

2)根據戰車行駛參數和射擊諸元，能預測彈著點并評估命中效果。

3)根據指揮信息和作戰態勢，評估戰術隊形、站位等戰術動作執行情況。根據車載工作環境和產品性能要求，訓練復現與評估系統需要滿足高可靠性、抗干擾、可升級等幾個指標[1-2]。

1.2系統組成

戰車訓練復現與評估系統由車載信息記錄系統和訓練評估系統組成。車載信息記錄系統由錄像組件、視頻壓縮卡、作戰數據采集部分、系統控制單元、存儲單元和控制面板等組成。訓練評估系統由下載接口、評估軟件和計算機等組成。戰車訓練復現與評估系統的總體架構如圖1所示。

1.2.1車載信息記錄系統

1)視頻壓縮卡負責對音、視頻信號進行壓縮。音、視頻信號包括車長終端攝像視頻、外景視頻和車長通話音頻。由于音、視頻信號的數據量較大，故采用視頻壓縮卡對其壓縮后再保存在存儲單元中。視頻壓縮卡共完成2路視頻信號和1路音頻信號的壓縮任務。

2)作戰數據采集部分采集與作戰相關的數字信號。采集部分接收綜合顯示裝置傳來的車況、位置信息和炮塔采集單元送來的炮塔方位、射角信息，并對采集到的信息壓縮打包，送到存儲單元進行存儲。

3)系統控制單元負責協調整個系統工作?？刂茊卧邮湛刂泼姘宓目刂浦噶睿刂埔曨l采集卡、作戰數據采集部分、存儲單元等外圍部件，并完成音、視頻數據和作戰數據的存儲。由于戰車上振動大、溫度高，故選用抗振能力強、功耗小的PCI/104結構作為系統控制單元。

4)存儲單元負責保存、音視頻數據和作戰數據。Flash存儲器具有體積小、抗振動和抗沖擊能力強等優點，系統采用Flash盤存儲采集到的數據。

5)控制面板是系統與用戶之間的接口?？刂泼姘逵糜诳刂朴涗浽O備的工作狀態，將控制信號傳遞給系統控制單元，并以指示燈的形式顯示設備當前的工作狀態。面板上主要有電源開關、工作模式檔位、設備工作狀態控制開關等用戶控制機構。

1.2.2訓練評估系統

下載接口用于連接車載信息記錄系統中的存儲單元和評估計算機，將數據下載到評估計算機中。計算機中的評估軟件利用視頻解碼器完成2路視頻和1路音頻的同步播放；利用射擊諸元計算軟件預測炮彈彈著點，根據落點誤差評估炮長的射擊動作；利用數字地圖復現訓練時的作戰態勢，根據戰斗隊形、敵我位置關系、戰術協同動作等評估車長指揮動作。

2　車載信息記錄系統設計

2.1系統控制單元

由于地形起伏和射擊的影響，戰車上振動強度大，對車上部件的抗振動要求較高，考慮到PCI/104具有體積小、功耗低、抗振性能好、兼容性好等特點，選用PCI/104結構作為系統控制單元。系統控制單元組成如圖2所示。

2.2視頻壓縮卡

系統需要采集2路視頻信號和1路音頻信號，音、視頻信息流的數據量較大，需要對信號進行壓縮處理?？紤]到MPEG-4編碼技術良好的壓縮性能和技術的成熟性，將其用于音、視頻采集壓縮單元中，可實現對2路視頻和1路音頻圖像數據的壓縮。系統選用WISGO7007視頻編碼芯片來完成數據壓縮。WISGO7007芯片內部的壓縮處理采用流水線結構，開機后只需初始化即可開始工作，并自動輸出壓縮好的數據[3]。

2.3作戰數據采集部分

車長終端通過顯控通信電纜與綜合顯控裝置進行通信，進行車內信息交換，接收從綜合顯控裝置傳來的車況信息、導航信息。因此，車況信息和導航信息(位置信息)可以直接從戰車的綜合顯控裝置獲取。戰車上的炮塔可在全方位、大高低角范圍內活動，其上的炮瞄鏡可完成測距、測角速度和解算彈道，瞄準時不需要炮長裝定表尺和方位。因此，需要設計一個炮塔狀態感知單元，以測量炮長的瞄準操作。炮管角度測量原理如圖3所示。作戰數據采集部分還需要將采集到的數據信號進行打包，并添加時間標記。

2.4存儲單元

閃存盤屬于半導體存儲器件，近來在多個領域得到了應用，具有抗振性能強、安全可靠性高、壽命長、體積小、質量輕、價格低廉等諸多優點[4-5]。綜合考慮可靠性、體積、質量、成本等因素，系統采用閃存盤作為數據存儲單元。一個16 G的閃存盤，可以記錄長達25 h左右的2路視頻。閃存盤采用循環存儲方式，當閃存盤容量裝滿時，從頭開始存放數據，之前的數據被覆蓋。

3　訓練評估系統設計

訓練評估系統的重點是評估軟件。根據戰車訓練評估需求，評估軟件主要實現視頻與數據回放、戰術協同評估、射擊效果評估等功能。評估軟件在Visual Studio 2008環境下采用應用程序框架開發，其主界面如圖4所示。

3.1視頻與數據回放模塊

視頻與數據回放模塊對記錄的視頻和車況等信息進行處理和顯示，由2個回放區域、1個表格區和1個控制臺組成。回放區的左上區域顯示車長終端攝像視頻畫面。右上區域顯示外景視頻和車長通話音頻畫面。左下區域以時間表格形式顯示的車況參數，對超過臨界值的數據以紅色字體進行警告。右下區域的控制臺用于控制視頻回放，具有文件加載、播放、快進、暫停、拖動等控制鍵，在視頻進度條上會顯示重要事件標定，用戶利用標定信息，可以快速回放標定段視頻。

3.2戰術協同評估模塊

戰術協同評估模塊利用電子地圖技術，復現訓練中的戰場態勢和戰車運行情況，并對訓練中的戰術協同情況進行評估。該模塊需要解決2個問題：電子地圖的實現和戰術協同的評估。

MapXtreme開發組件具有功能強大、編碼簡單、拓展方便、開發快速等特點，是一個優秀的地圖應用程序開發平臺。先利用MapInfo Professional軟件，將原有的地圖數據轉換為Tab表格式，并定制符號、顯示樣式，生成*.mws工作空間數據。在C#環境下，利用MapInfo公司的MapXtreme組件開發電子地圖。

(1)

式中：R為地球半徑；(φd,λd)為待評估戰車的地理坐標；(φz, λz)為指揮車的地理坐標；(φ0,λ0)為預定站位點的坐標。

(2)

式中：i為隊形標志(i=1為一字隊形，依此類推)；j為戰車在編隊中的編號；d為要求的戰車間距單元。

3.3射擊效果評估模塊

射擊效果評估的基礎是彈道解算。筆者根據射表制作了脫殼穿甲彈以高低角為自變量的命中點表格。簡單起見，海拔只選取0、500、1 000 m這3個檔次，氣溫、風等因素只考慮標準條件，如表1所示。

表1　穿甲彈命中點表

命中所需要的高低角α和方位角β如式(3)所示：

(3)

式中:D為實際炮目距離;g0為D0(α)的逆函數;(φm, λm)為目標的地理坐標;γ為中間值。

(4)

式中:α′表示實際的高低角;β′表示實際的方位角;D0(α)表示海平面高度下α高低角對應的命中距離，利用相鄰兩點的數值，采用線性擬合的方式確定D0(α)的值。

根據射擊誤差e的大小，將射擊效果分為好(e≤5 m)、中(5 m10 m)3個等級。

4　結束語

筆者研究了戰車訓練復現與評估系統的總體方案；實現了訓練有關的視頻信號和數據信號的采集，對離車訓練評估系統進行了量化設計；設計的車載信息記錄系統可以采集2路視頻、1路音頻、車況、訓練場態勢、戰車位置、射擊諸元等信息；離車訓練評估系統能完成戰車訓練數據的回放與處理。試驗結果表明，該系統可以完成戰車訓練過程的復現和評估，對于改進和提高戰車指揮員的指揮協同，操作員的火力控制、操作駕駛等戰技水平具有重要的作用。

References)

[1] HAYNES R，CARRILLO D. Novel use of on-board data recorder system on existing weapon systems[C]∥28th Aerodynamic Measurement Technology, Ground Testing, and Flight Testing Conference. New Orleans, Louisiana: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012: 25-28.

[2]ZHANG S C. System of ship course data real time recorder based on USB HOST[J]. Digital Technology and Application, 2012(2):62-63.

[3]徐建軍, 畢篤彥.一種嵌入式視頻記錄系統的設計與實現[J]. 微計算機信息,2008,24(20):21-22.

XU Jianjun, BI Duyan. The design and implementation of an embedded video recording system[J]. Microcomputer Information, 2008,24(20):21-22. (in Chinese)

[4]劉泰, 許哲雄. 機車運行數據記錄系統的開發[J]. 機車電傳動, 2008(5):64-66.

LIU Tai, XU Zhexiong. Development of recorder system for locomotive running parameters[J]. Electric Drive for Locomotives, 2008(5):64-66. (in Chinese)

[5]劉鑫，李成貴，孟召宗. 飛行參數實時采集系統的設計與實現[J]. 電光與控制, 2010,12(4):53-55.

LIU Xin, LI Chenggui, MENG Zhaozong. Design and implementation of a real-time flight parameter acquisition system[J]. Electronics Optics & Control, 2010,12(4):53- 55.(in Chinese)

Design of a Chariot Training Recording & Estimate System

XIE Qifeng

(Air Force Airborne Academy, Guilin541003, Guangxi, China)

In response to the difficulty in recording the training process and to estimate the trainer’s tactics & skill level, a chariot training recording & estimate system was designed. The system can record the command information, driving parameter, firing time and firing data by using the recording device. It can repeat training information, such as chariot conductor terminal’s picture, station’s call, chariot’s condition, navigation, aiming, forecast the point of impact and estimate the hit effect through recorded video. It can estimate the level of tactical action execution, such as vehicle formation, vehicle position, in accordance with command information and fight posture. The test results indicate that the system can record and estimate the training process and is significant for raising the trainer’s tactics & skill level in command coordination, fire control, and operation.

chariot; training estimate; training recording

10.19323/j.issn.1673-6524.2016.02.015

2014-12-16

謝奇峰(1978—)，男，講師，博士，主要從事武器系統的控制、仿真技術研究。E-mail：x.q.f@163.com

V271.4

A

1673-6524(2016)02-0073-04