雷達(dá)偵查干擾設(shè)備嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著電子軟件系統(tǒng)的發(fā)展，模擬訓(xùn)練器材在武器裝備中的應(yīng)用越來越廣泛，通過在武器裝備中加裝模擬訓(xùn)練模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)回路的閉環(huán)，逐漸成為了模擬訓(xùn)練器材的主流發(fā)展趨向。在本文中，筆者對(duì)雷達(dá)偵查干擾設(shè)備中嵌入模擬訓(xùn)練模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)理進(jìn)行了簡單地描述，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)模擬訓(xùn)練模塊無縫嵌入技術(shù)、兵力實(shí)體特征與相互對(duì)抗行為智能建模等技術(shù)難點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行了分析與研究。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 雷達(dá)偵查 干擾設(shè)備 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

這幾年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)十分迅猛，尤其是在計(jì)算機(jī)處理能力以及模擬仿真技術(shù)上持續(xù)取得了重大的突破，有效實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練費(fèi)用以及訓(xùn)練周期的節(jié)省，同時(shí)提升了訓(xùn)練工作的質(zhì)量，確保了訓(xùn)練的有效性。這些優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步穩(wěn)固了嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)在我國軍事領(lǐng)域中的重要地位。此外，嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開發(fā)方面也取得了飛躍式地突破，因此在武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期階段，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)就被作為了一種主流趨勢(shì)被廣泛應(yīng)用。美國陸軍在一九八七年首次提出了嵌入式模擬訓(xùn)練這一概念，嵌入式模擬訓(xùn)練具體是指將訓(xùn)練設(shè)備以嵌入的方式安裝到實(shí)際裝備中，為了使裝備能夠同時(shí)具備訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)兩種功能。開發(fā)是在實(shí)裝水面平臺(tái)嵌入式航行操縱訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這樣可以有效增強(qiáng)訓(xùn)練的高仿程度，為訓(xùn)練者提供最接近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。除此之外，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)能夠還可以實(shí)現(xiàn)與武器裝備的同步配置，利用戰(zhàn)爭未爆發(fā)時(shí)期或戰(zhàn)爭開展間隙為部隊(duì)提供持續(xù)的軍事訓(xùn)練機(jī)會(huì)，全方位提升部隊(duì)的作戰(zhàn)能力以及對(duì)于緊急事件的應(yīng)對(duì)能力。典型的嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)包括美國陸軍M2A2步戰(zhàn)車、MIA2SEP坦克嵌入式射擊訓(xùn)練系統(tǒng)、空軍F-35戰(zhàn)斗機(jī)嵌入式空中戰(zhàn)斗訓(xùn)練系統(tǒng)、海軍艦艇訓(xùn)練吉利系統(tǒng)等。在上述嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，美國海軍艦艇訓(xùn)練激勵(lì)系統(tǒng)具有最高的綜合性，能為訓(xùn)練者提供最為真實(shí)、且綜合性強(qiáng)的模擬作戰(zhàn)環(huán)境，并生成所有在海區(qū)可能發(fā)生的復(fù)雜戰(zhàn)爭環(huán)境與條件，借助艦艇實(shí)裝設(shè)備將這些要素展現(xiàn)在作戰(zhàn)分隊(duì)面前，為他們提供真實(shí)度較高的海上航行作戰(zhàn)訓(xùn)練。該嵌入式訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的誕生象征著水面平臺(tái)作戰(zhàn)系統(tǒng)和武器裝備嵌入式模擬訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)了較高的水平。

雷達(dá)偵查干擾設(shè)備是一種十分典型的信息化作戰(zhàn)裝備，若要基于實(shí)裝組織訓(xùn)練來建立真實(shí)度較高且具備實(shí)戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)背景的電磁環(huán)境，具有較高的難度；若基于全設(shè)備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)來開展訓(xùn)練，則無法確保訓(xùn)練與戰(zhàn)爭的符合性。上述這些因素都嚴(yán)重阻礙了雷達(dá)偵查干擾設(shè)備訓(xùn)練的正常開展。在雷達(dá)偵查干擾設(shè)備中以嵌入的方式導(dǎo)入虛擬兵力與戰(zhàn)爭條件模擬程序、訓(xùn)練效果評(píng)價(jià)與監(jiān)督程序、情報(bào)戰(zhàn)術(shù)模塊、人機(jī)交互模塊等，并將這一系列模塊串聯(lián)在一起形成回路狀態(tài)，能夠最大程度確保訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)的一致性。

1 雷達(dá)偵查干擾設(shè)備嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的工作原理

雷達(dá)偵查干擾設(shè)備在一般情況下都是由綜合顯示控制分系統(tǒng)與偵察干擾分系統(tǒng)兩個(gè)部分構(gòu)成，綜合顯示控制分系統(tǒng)的作用在于融合數(shù)據(jù)、查找輻射源、判斷威脅、計(jì)算戰(zhàn)術(shù)等人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn)，偵察干擾分系統(tǒng)則是一種無人值守型設(shè)備。與全設(shè)備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)相比較，這種嵌入式模擬訓(xùn)練軟件是通過在實(shí)裝系統(tǒng)中裝入多個(gè)仿真模塊，與綜合顯示控制分系統(tǒng)形成回路，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，具體原理如圖1所示。

1.1 訓(xùn)練態(tài)勢(shì)生產(chǎn)器

它可以虛擬生成一個(gè)擁有戰(zhàn)術(shù)背景的逼真水面平臺(tái)海上電磁環(huán)境，由藍(lán)方艦艇以及飛機(jī)等作戰(zhàn)工具組成，并具備通信、雷達(dá)裝載以及光電輻射源等功能。

1.2 作戰(zhàn)過程仿真器

它可以對(duì)雷達(dá)偵查干擾設(shè)備中各偵察干擾分系統(tǒng)的功能進(jìn)行模擬，并模擬對(duì)虛擬電干擾環(huán)境的感知與檢測(cè)，基于上述模結(jié)果自動(dòng)生成偵察數(shù)據(jù)報(bào)告以及干擾情況報(bào)告等，對(duì)綜合顯示控制分系統(tǒng)中的以下幾種模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)：融合情報(bào)模塊、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)算模塊以及人機(jī)交互模塊。

1.3 訓(xùn)練評(píng)價(jià)分析器

它可以對(duì)訓(xùn)練參與人員通過人機(jī)交互模塊所發(fā)出的指令進(jìn)行收集，并自動(dòng)分析并判定這些指令中有關(guān)目標(biāo)識(shí)別與干擾時(shí)機(jī)、干擾方式等信息的準(zhǔn)確性。

嵌入式模擬訓(xùn)練軟件是在雷達(dá)偵查干擾設(shè)備綜合顯示控制分系統(tǒng)中運(yùn)行的。首先，它會(huì)設(shè)計(jì)好一套訓(xùn)練方案，在計(jì)算機(jī)兵力設(shè)置技術(shù)的作用下生成擁有高度作戰(zhàn)背景的虛擬電磁環(huán)境以及具有人工職能狀態(tài)的敵我雙方作戰(zhàn)兵力；隨后，使用虛擬電子對(duì)抗分系統(tǒng)來感知虛擬電磁環(huán)境，在此基礎(chǔ)上生成訓(xùn)練態(tài)勢(shì)；訓(xùn)練人員在實(shí)裝平臺(tái)上開展實(shí)際訓(xùn)練和操作，利用指令系統(tǒng)將訓(xùn)練示意圖傳遞給虛擬電子對(duì)抗分系統(tǒng)以及虛擬的敵方兵力；模擬敵方兵力基于訓(xùn)練示意圖做出電子對(duì)抗反應(yīng)；全程記錄操作過程中的產(chǎn)生的記錄，最后傳遞至訓(xùn)練分析評(píng)價(jià)模塊接收分析和評(píng)價(jià)，具體流程如圖2所示。

2 雷達(dá)偵查干擾設(shè)備嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的基本架構(gòu)

嵌入式模擬訓(xùn)練軟件是由訓(xùn)練數(shù)據(jù)管控模塊、訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)模塊、電磁態(tài)勢(shì)生成模塊、偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬模塊、相關(guān)系統(tǒng)功能模擬模塊、訓(xùn)練操作記錄與事后評(píng)價(jià)模塊、信息交互格式轉(zhuǎn)換模塊組成，這七種模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

2.1 訓(xùn)練數(shù)據(jù)管控模塊

該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)作戰(zhàn)平臺(tái)中的各類數(shù)據(jù)以及輻射源參數(shù)等一系列靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行管控。在模擬訓(xùn)練過程中會(huì)產(chǎn)生大量靜態(tài)數(shù)據(jù)，必須通過數(shù)據(jù)庫的方式對(duì)這些靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，它具有對(duì)象搜索、修改、增減、審核以及刪除等操作功能。

2.2 訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)模塊

該模塊主要用于設(shè)計(jì)敵方與我方的電磁環(huán)境及敵我平臺(tái)使用的戰(zhàn)術(shù)類型，主要包括作戰(zhàn)場(chǎng)地環(huán)境設(shè)置、雙方兵力分配設(shè)置、雙方兵力原始狀態(tài)設(shè)置、海面情況設(shè)置、雙方艦艇編隊(duì)設(shè)置、雙方作戰(zhàn)武器設(shè)置等。

2.3 電磁態(tài)勢(shì)生成模塊

該模塊可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下生成的數(shù)據(jù)按照先后順序進(jìn)行排序與計(jì)算，轉(zhuǎn)化成為擁有戰(zhàn)術(shù)背景的海戰(zhàn)電磁環(huán)境；在關(guān)機(jī)狀態(tài)下準(zhǔn)確模擬各分系統(tǒng)功能，自動(dòng)感知虛擬電磁環(huán)境；自動(dòng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部報(bào)表格式并傳遞至相關(guān)設(shè)備，同時(shí)支持人工操控輻射源以及輻射時(shí)機(jī)、人工設(shè)置各類參數(shù)、人工操控航行方向及速度。它的核心個(gè)功能如下：對(duì)設(shè)定兵力進(jìn)行控制，并嚴(yán)格根據(jù)仿真設(shè)置實(shí)施模擬訓(xùn)練；對(duì)艦艇、飛機(jī)等干擾物的時(shí)空活動(dòng)屬性進(jìn)行模擬；模擬敵方平臺(tái)在我方作戰(zhàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上展開的對(duì)抗行動(dòng)；提供態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)控制以及人工干預(yù)操作界面。

2.4 偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬模塊

該模塊可以對(duì)所有綜合顯示控制分系統(tǒng)以外的任何分系統(tǒng)功能進(jìn)行模擬；對(duì)模擬雷達(dá)等干擾分系統(tǒng)在電磁環(huán)境中產(chǎn)生的影響進(jìn)行模擬；對(duì)激光告警分系統(tǒng)在電磁環(huán)境中產(chǎn)生的影響進(jìn)行模擬。

2.5 相關(guān)系統(tǒng)功能模擬模塊

該模塊可以對(duì)雷達(dá)偵查干擾設(shè)備的其它系統(tǒng)功能進(jìn)行模擬，例如時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能；對(duì)綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的功能進(jìn)行模擬；對(duì)水文氣象系統(tǒng)的功能進(jìn)行模擬；對(duì)電磁兼容管控設(shè)備的功能進(jìn)行模擬；對(duì)少量指控系統(tǒng)中的指令收發(fā)功能進(jìn)行模擬。

2.6 信息交互格式轉(zhuǎn)換模塊

該模塊用于定義嵌入式模擬訓(xùn)練模塊與它之外的實(shí)裝模塊間的信息交互情況，其中包括對(duì)偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬模塊的出入信息進(jìn)行定義。

2.7 訓(xùn)練操作記錄與事后分析評(píng)估模塊

該模塊用于對(duì)訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的操作指令進(jìn)行記載、評(píng)價(jià)以及維護(hù)，并在此基礎(chǔ)上制定正確的干擾決策；除此之外還可以對(duì)干擾決策的實(shí)施有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

3 雷達(dá)偵查干擾設(shè)備嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 嵌入式模塊與實(shí)裝系統(tǒng)模塊間的無縫耦合

嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)需要對(duì)雷達(dá)偵查干擾設(shè)備偵察干擾分系統(tǒng)、水文氣象偵察裝置、導(dǎo)航裝置以及時(shí)間統(tǒng)計(jì)裝置等中的各項(xiàng)通能進(jìn)行模擬。除此之外，還要模擬自身系統(tǒng)與綜合顯示控制系統(tǒng)以及平臺(tái)指揮信息系統(tǒng)三者之間的信息傳達(dá)與共享。水面平臺(tái)指揮信息系統(tǒng)所采用的信息交互模式具有多樣化特征，主要還是由網(wǎng)絡(luò)通信以及串口通信等集中方式來實(shí)現(xiàn)信息交互的。一旦進(jìn)入模擬訓(xùn)練模式中，實(shí)裝系統(tǒng)與綜合顯示控制系統(tǒng)以及平臺(tái)指揮信息系統(tǒng)三者之間的通信會(huì)立刻進(jìn)入中斷狀態(tài)，模擬訓(xùn)練軟件會(huì)基于傳輸層以及應(yīng)用層中預(yù)先簽署的協(xié)議，并運(yùn)用實(shí)際鏈接建立、虛擬組網(wǎng)等一系列技術(shù)，將虛擬電磁環(huán)境、虛擬兵力設(shè)置模塊、虛擬偵察與干擾模塊以及訓(xùn)練過程監(jiān)督控制評(píng)價(jià)模塊等導(dǎo)入實(shí)裝系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)由各種模塊共同形成的閉合循環(huán)鏈接。與此同時(shí)，它還可以根據(jù)不同的艦型系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)與不同的信息交互協(xié)議對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置與調(diào)整，必要時(shí)構(gòu)建新的嵌入式雷達(dá)偵查干擾設(shè)備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)更多的艦型適裝要求。

3.2 雷達(dá)偵查干擾設(shè)備相關(guān)兵力實(shí)體特征與相互對(duì)抗行為智能建模方法

在模擬訓(xùn)練條件之下，雷達(dá)偵查干擾設(shè)備系統(tǒng)的一切活動(dòng)都由訓(xùn)練參與人員來進(jìn)行操控。在虛擬訓(xùn)練環(huán)境下的作戰(zhàn)平臺(tái)以及輻射源都是由計(jì)算機(jī)生成的虛擬兵力，并不具備操作席位，需要由系統(tǒng)自行運(yùn)作，在此過程中，最關(guān)鍵的因素是敵方計(jì)算機(jī)虛擬兵力是否能夠使用精確并滿足戰(zhàn)術(shù)要求的對(duì)抗策略，在此基礎(chǔ)上與我方平臺(tái)電子對(duì)抗行動(dòng)進(jìn)行相互對(duì)抗，這是確保訓(xùn)練過程真實(shí)度高的重要因素。首先應(yīng)在信念-愿望-意圖模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)作戰(zhàn)試題對(duì)象——A-gent智能模型。把一切作戰(zhàn)過程中的實(shí)體元素進(jìn)行抽象化處理，形成行為實(shí)體Agent，這些作戰(zhàn)實(shí)體元素會(huì)隨著功能模塊的不同而形成不同的功能。其次，在傳感執(zhí)行解釋器模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建作戰(zhàn)實(shí)體Agent行為對(duì)抗模型。

3.3 雷達(dá)偵查干擾設(shè)備訓(xùn)練復(fù)雜問題的評(píng)價(jià)方式

雷達(dá)偵查干擾設(shè)備作戰(zhàn)決策是由干擾目標(biāo)定位、確定是否存在干擾模式、干擾實(shí)施時(shí)機(jī)與撤銷時(shí)機(jī)確認(rèn)、艦艇規(guī)避航速航行等幾個(gè)方面構(gòu)成。對(duì)抗結(jié)果是否能夠滿足預(yù)期效果，會(huì)受到下述多種因素的影響：水文氣象條件、我方艦艇機(jī)動(dòng)與干擾能力、敵方干擾地域措施以及能力等。而在實(shí)際對(duì)抗過程中還可能會(huì)出現(xiàn)各種突發(fā)狀況，針對(duì)這些情況，有些是可以通過解析模型評(píng)估方式技能型解決的，例如對(duì)樣式的有效性進(jìn)行干擾；而有些問題單純通過純解析模型進(jìn)行評(píng)估具有較大的困難，可操作性較低，例如對(duì)時(shí)機(jī)的正確性進(jìn)行干擾、對(duì)艦艇規(guī)避航行速度的感染以及對(duì)航行方向正確性的干擾等，由于這些解析模型中含義大量的假設(shè)條件，導(dǎo)致可信度較低，可靠性也同時(shí)降低。美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署在二零零七年首次提出仿真技術(shù)嵌入指揮控制系統(tǒng)這一概念，并開始著手對(duì)嵌入方式進(jìn)行研究。除此之外，還研究了如何更好地使用仿真技術(shù)來支持軍事訓(xùn)練以及軍事行動(dòng)決策，這一技術(shù)在雷達(dá)偵查干擾設(shè)備訓(xùn)練效果評(píng)價(jià)過程中得到了較好的應(yīng)用。若通過對(duì)抗仿真結(jié)果的的評(píng)價(jià)與分析，使預(yù)期對(duì)抗效果得到了較好地滿足，則可以充分說明電子對(duì)抗決策的有效性以及對(duì)抗操作的有效性；相反，若通過對(duì)抗仿真結(jié)果的的評(píng)價(jià)與分析，無法滿足預(yù)期的對(duì)抗效果，則說明電子對(duì)抗決策與操作失效。

4 結(jié)束語

為了能夠進(jìn)一步提升雷達(dá)偵查干擾設(shè)備日常訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的統(tǒng)一性，筆者對(duì)雷達(dá)偵查干擾設(shè)備實(shí)裝中嵌入模擬訓(xùn)練功能的工作原理以及核心技術(shù)進(jìn)行了闡述和分析，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了模擬訓(xùn)練模塊與實(shí)裝系統(tǒng)的完整耦合，為信息系統(tǒng)、實(shí)裝系統(tǒng)以及戰(zhàn)術(shù)決策模塊在回路模擬訓(xùn)練環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了新的技術(shù)途徑。

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作者簡介

陳林（1985-），男，江蘇省揚(yáng)州市人。現(xiàn)供職于中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所。

作者單位

中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所 江蘇省揚(yáng)州市 225001