雷達偵查干擾設備嵌入式模擬訓練系統設計與實現

隨著電子軟件系統的發展，模擬訓練器材在武器裝備中的應用越來越廣泛，通過在武器裝備中加裝模擬訓練模塊來實現系統回路的閉環，逐漸成為了模擬訓練器材的主流發展趨向。在本文中，筆者對雷達偵查干擾設備中嵌入模擬訓練模塊的實現機理進行了簡單地描述，并以此為基礎設計了一個系統架構，對模擬訓練模塊無縫嵌入技術、兵力實體特征與相互對抗行為智能建模等技術難點的實現途徑進行了分析與研究。

【關鍵詞】嵌入式 雷達偵查 干擾設備 模擬訓練系統

這幾年來，計算機技術的發展趨勢十分迅猛，尤其是在計算機處理能力以及模擬仿真技術上持續取得了重大的突破，有效實現了訓練費用以及訓練周期的節省，同時提升了訓練工作的質量，確保了訓練的有效性。這些優勢進一步穩固了嵌入式模擬訓練系統在我國軍事領域中的重要地位。此外，嵌入式模擬訓練系統在設計開發方面也取得了飛躍式地突破，因此在武器系統設計初期階段，嵌入式訓練系統就被作為了一種主流趨勢被廣泛應用。美國陸軍在一九八七年首次提出了嵌入式模擬訓練這一概念，嵌入式模擬訓練具體是指將訓練設備以嵌入的方式安裝到實際裝備中，為了使裝備能夠同時具備訓練與實戰兩種功能。開發是在實裝水面平臺嵌入式航行操縱訓練模擬系統的基礎上進行的，這樣可以有效增強訓練的高仿程度，為訓練者提供最接近實戰環境的模擬訓練系統。除此之外，嵌入式訓練系統能夠還可以實現與武器裝備的同步配置，利用戰爭未爆發時期或戰爭開展間隙為部隊提供持續的軍事訓練機會，全方位提升部隊的作戰能力以及對于緊急事件的應對能力。典型的嵌入式模擬訓練系統包括美國陸軍M2A2步戰車、MIA2SEP坦克嵌入式射擊訓練系統、空軍F-35戰斗機嵌入式空中戰斗訓練系統、海軍艦艇訓練吉利系統等。在上述嵌入式模擬訓練系統中，美國海軍艦艇訓練激勵系統具有最高的綜合性，能為訓練者提供最為真實、且綜合性強的模擬作戰環境，并生成所有在海區可能發生的復雜戰爭環境與條件，借助艦艇實裝設備將這些要素展現在作戰分隊面前，為他們提供真實度較高的海上航行作戰訓練。該嵌入式訓練模擬系統的誕生象征著水面平臺作戰系統和武器裝備嵌入式模擬訓練實現了較高的水平。

雷達偵查干擾設備是一種十分典型的信息化作戰裝備，若要基于實裝組織訓練來建立真實度較高且具備實戰戰術背景的電磁環境，具有較高的難度；若基于全設備模擬訓練系統來開展訓練，則無法確保訓練與戰爭的符合性。上述這些因素都嚴重阻礙了雷達偵查干擾設備訓練的正常開展。在雷達偵查干擾設備中以嵌入的方式導入虛擬兵力與戰爭條件模擬程序、訓練效果評價與監督程序、情報戰術模塊、人機交互模塊等，并將這一系列模塊串聯在一起形成回路狀態，能夠最大程度確保訓練與實戰的一致性。

1 雷達偵查干擾設備嵌入式模擬訓練系統的工作原理

雷達偵查干擾設備在一般情況下都是由綜合顯示控制分系統與偵察干擾分系統兩個部分構成，綜合顯示控制分系統的作用在于融合數據、查找輻射源、判斷威脅、計算戰術等人機交互功能的實現，偵察干擾分系統則是一種無人值守型設備。與全設備模擬訓練系統相比較，這種嵌入式模擬訓練軟件是通過在實裝系統中裝入多個仿真模塊，與綜合顯示控制分系統形成回路，從而實現一個模擬訓練系統，具體原理如圖1所示。

1.1 訓練態勢生產器

它可以虛擬生成一個擁有戰術背景的逼真水面平臺海上電磁環境，由藍方艦艇以及飛機等作戰工具組成，并具備通信、雷達裝載以及光電輻射源等功能。

1.2 作戰過程仿真器

它可以對雷達偵查干擾設備中各偵察干擾分系統的功能進行模擬，并模擬對虛擬電干擾環境的感知與檢測，基于上述模結果自動生成偵察數據報告以及干擾情況報告等，對綜合顯示控制分系統中的以下幾種模塊進行驅動：融合情報模塊、戰術運算模塊以及人機交互模塊。

1.3 訓練評價分析器

它可以對訓練參與人員通過人機交互模塊所發出的指令進行收集，并自動分析并判定這些指令中有關目標識別與干擾時機、干擾方式等信息的準確性。

嵌入式模擬訓練軟件是在雷達偵查干擾設備綜合顯示控制分系統中運行的。首先，它會設計好一套訓練方案，在計算機兵力設置技術的作用下生成擁有高度作戰背景的虛擬電磁環境以及具有人工職能狀態的敵我雙方作戰兵力；隨后，使用虛擬電子對抗分系統來感知虛擬電磁環境，在此基礎上生成訓練態勢；訓練人員在實裝平臺上開展實際訓練和操作，利用指令系統將訓練示意圖傳遞給虛擬電子對抗分系統以及虛擬的敵方兵力；模擬敵方兵力基于訓練示意圖做出電子對抗反應；全程記錄操作過程中的產生的記錄，最后傳遞至訓練分析評價模塊接收分析和評價，具體流程如圖2所示。

2 雷達偵查干擾設備嵌入式模擬訓練系統的基本架構

嵌入式模擬訓練軟件是由訓練數據管控模塊、訓練課程設計模塊、電磁態勢生成模塊、偵察干擾分系統功能模擬模塊、相關系統功能模擬模塊、訓練操作記錄與事后評價模塊、信息交互格式轉換模塊組成，這七種模塊之間的關系如圖3所示。

2.1 訓練數據管控模塊

該模塊主要負責對作戰平臺中的各類數據以及輻射源參數等一系列靜態數據進行管控。在模擬訓練過程中會產生大量靜態數據，必須通過數據庫的方式對這些靜態數據進行管理，它具有對象搜索、修改、增減、審核以及刪除等操作功能。

2.2 訓練課程設計模塊

該模塊主要用于設計敵方與我方的電磁環境及敵我平臺使用的戰術類型，主要包括作戰場地環境設置、雙方兵力分配設置、雙方兵力原始狀態設置、海面情況設置、雙方艦艇編隊設置、雙方作戰武器設置等。

2.3 電磁態勢生成模塊

該模塊可以對戰場電磁環境下生成的數據按照先后順序進行排序與計算，轉化成為擁有戰術背景的海戰電磁環境；在關機狀態下準確模擬各分系統功能，自動感知虛擬電磁環境；自動轉化為內部報表格式并傳遞至相關設備，同時支持人工操控輻射源以及輻射時機、人工設置各類參數、人工操控航行方向及速度。它的核心個功能如下：對設定兵力進行控制，并嚴格根據仿真設置實施模擬訓練；對艦艇、飛機等干擾物的時空活動屬性進行模擬；模擬敵方平臺在我方作戰系統基礎上展開的對抗行動；提供態勢監測控制以及人工干預操作界面。

2.4 偵察干擾分系統功能模擬模塊

該模塊可以對所有綜合顯示控制分系統以外的任何分系統功能進行模擬；對模擬雷達等干擾分系統在電磁環境中產生的影響進行模擬；對激光告警分系統在電磁環境中產生的影響進行模擬。

2.5 相關系統功能模擬模塊

該模塊可以對雷達偵查干擾設備的其它系統功能進行模擬，例如時間統計功能；對綜合導航系統的功能進行模擬；對水文氣象系統的功能進行模擬；對電磁兼容管控設備的功能進行模擬；對少量指控系統中的指令收發功能進行模擬。

2.6 信息交互格式轉換模塊

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

2.7 訓練操作記錄與事后分析評估模塊

該模塊用于對訓練過程中產生的操作指令進行記載、評價以及維護，并在此基礎上制定正確的干擾決策；除此之外還可以對干擾決策的實施有效性進行評價分析。

3 雷達偵查干擾設備嵌入式模擬訓練系統所采用的關鍵技術

3.1 嵌入式模塊與實裝系統模塊間的無縫耦合

嵌入式模擬訓練系統需要對雷達偵查干擾設備偵察干擾分系統、水文氣象偵察裝置、導航裝置以及時間統計裝置等中的各項通能進行模擬。除此之外，還要模擬自身系統與綜合顯示控制系統以及平臺指揮信息系統三者之間的信息傳達與共享。水面平臺指揮信息系統所采用的信息交互模式具有多樣化特征，主要還是由網絡通信以及串口通信等集中方式來實現信息交互的。一旦進入模擬訓練模式中，實裝系統與綜合顯示控制系統以及平臺指揮信息系統三者之間的通信會立刻進入中斷狀態，模擬訓練軟件會基于傳輸層以及應用層中預先簽署的協議，并運用實際鏈接建立、虛擬組網等一系列技術，將虛擬電磁環境、虛擬兵力設置模塊、虛擬偵察與干擾模塊以及訓練過程監督控制評價模塊等導入實裝系統當中，實現由各種模塊共同形成的閉合循環鏈接。與此同時，它還可以根據不同的艦型系統技術指標與不同的信息交互協議對系統進行個性化設置與調整，必要時構建新的嵌入式雷達偵查干擾設備模擬訓練系統，以此來實現更多的艦型適裝要求。

3.2 雷達偵查干擾設備相關兵力實體特征與相互對抗行為智能建模方法

在模擬訓練條件之下，雷達偵查干擾設備系統的一切活動都由訓練參與人員來進行操控。在虛擬訓練環境下的作戰平臺以及輻射源都是由計算機生成的虛擬兵力，并不具備操作席位，需要由系統自行運作，在此過程中，最關鍵的因素是敵方計算機虛擬兵力是否能夠使用精確并滿足戰術要求的對抗策略，在此基礎上與我方平臺電子對抗行動進行相互對抗，這是確保訓練過程真實度高的重要因素。首先應在信念-愿望-意圖模型的基礎上構建一個作戰試題對象——A-gent智能模型。把一切作戰過程中的實體元素進行抽象化處理，形成行為實體Agent，這些作戰實體元素會隨著功能模塊的不同而形成不同的功能。其次，在傳感執行解釋器模型的基礎上構建作戰實體Agent行為對抗模型。

3.3 雷達偵查干擾設備訓練復雜問題的評價方式

雷達偵查干擾設備作戰決策是由干擾目標定位、確定是否存在干擾模式、干擾實施時機與撤銷時機確認、艦艇規避航速航行等幾個方面構成。對抗結果是否能夠滿足預期效果，會受到下述多種因素的影響：水文氣象條件、我方艦艇機動與干擾能力、敵方干擾地域措施以及能力等。而在實際對抗過程中還可能會出現各種突發狀況，針對這些情況，有些是可以通過解析模型評估方式技能型解決的，例如對樣式的有效性進行干擾；而有些問題單純通過純解析模型進行評估具有較大的困難，可操作性較低，例如對時機的正確性進行干擾、對艦艇規避航行速度的感染以及對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條件，導致可信度較低，可靠性也同時降低。美國國防部高級研究計劃署在二零零七年首次提出仿真技術嵌入指揮控制系統這一概念，并開始著手對嵌入方式進行研究。除此之外，還研究了如何更好地使用仿真技術來支持軍事訓練以及軍事行動決策，這一技術在雷達偵查干擾設備訓練效果評價過程中得到了較好的應用。若通過對抗仿真結果的的評價與分析，使預期對抗效果得到了較好地滿足，則可以充分說明電子對抗決策的有效性以及對抗操作的有效性；相反，若通過對抗仿真結果的的評價與分析，無法滿足預期的對抗效果，則說明電子對抗決策與操作失效。

4 結束語

為了能夠進一步提升雷達偵查干擾設備日常訓練與實戰訓練的統一性，筆者對雷達偵查干擾設備實裝中嵌入模擬訓練功能的工作原理以及核心技術進行了闡述和分析，在此基礎上實現了模擬訓練模塊與實裝系統的完整耦合，為信息系統、實裝系統以及戰術決策模塊在回路模擬訓練環境中的實現創造了新的技術途徑。

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作者簡介

陳林（1985-），男，江蘇省揚州市人?，F供職于中國船舶重工集團公司第723研究所。

作者單位

中國船舶重工集團公司第723研究所 江蘇省揚州市 225001