預警雷達作戰訓練系統態勢控制子系統設計

夏棟，高偉亮，王文博

（1.海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041；2.海軍參謀部電子局，北京100841）

預警雷達作戰訓練系統態勢控制子系統設計

夏棟1，高偉亮1，王文博2

（1.海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041；2.海軍參謀部電子局，北京100841）

態勢控制子系統是預警雷達作戰訓練系統的重要組成部分，在為訓練系統提供態勢數據的同時控制整個訓練過程的開展，并將整個訓練系統的實時狀態反饋給教練員。針對預警雷達作戰訓練系統的需要，對態勢控制子系統設計進行研究。應用實踐表明，設計方法完全滿足預警雷達作戰訓練的需要。

預警雷達；作戰訓練；系統仿真；態勢生成

0 引言

由于部隊訓練開展受到各種自然、人為、經濟、安全因素的制約，各種模擬訓練系統的替代訓練越來越受到重視[1]，預警雷達作戰訓練系統就是其中一項典型的應用[2]。預警雷達作戰訓練系統由態勢控制子系統和各個雷達模擬子系統組成，態勢控制子系統完成訓練科目的下達和態勢數據的分發以及對整個訓練過程的控制[3]，對整個系統的訓練效果起著至關重要的作用。態勢控制子系統是整個訓練模擬系統的發起者與掌控者，教員通過態勢控制子系統實現訓練與考核科目的設置，以及整個訓練過程的控制，同時態勢控制子系統還要向教員提供訓練過程中態勢與學員操作的實時顯示，訓練結束后態勢控制子系統要存儲當前操作學員的訓練或考核成績。態勢控制子系統的設計包括功能設計、組成模塊設計、界面設計和網絡通信設計。

1 態勢控制子系統組成模塊研究

態勢控制子系統需要完成訓練科目的設置與下達、訓練過程控制、訓練態勢顯示、學員操作情況顯示（便于教練掌握學員操作情況）等內容，具備以上功能的態勢控制子系統的組成模塊（圖1）。

圖1 態勢控制子系統組成

1.1 科目設置

科目設置主要對學員的訓練內容進行設置，包括分機故障設置、態勢設置和科目管理3個子模塊。

（1）雷達故障設置是為了訓練和考核地勤人員開機、雷達自檢、故障處理、天線校正等內容，具體內容包括：①雷達分機故障設置，包括信號處理子系統、接收子系統、TR組件、波控子系統、電源子系統、鏈路狀態、環控系統和TR溫度等。②TR組件工作特性設置，包括天線接收/發射下的幅度特性、相位特性的設置。雷達故障設置后會影響到雷達各器件的狀態，控制臺應適時將更改后的新狀態通過網絡發送到模擬臺，雷達故障狀態信息內容及格式見網絡通信設計部分。

（2）態勢設置是為了訓練和考核空勤人員目標起批、建區、抗干擾等操作而對雷達工作環境進行的設置，具體內容包括：①平臺航跡規劃[4]，主要完成飛機平臺執行任務的航線規劃，包括飛行路線、飛行速度、飛行高度等。平臺航跡規劃和目標航跡設置一般是在控制臺軟件畫面地面背景上完成設置，也可以通過經緯度數值設置，詳細設置方法見軟件設計對應部分。②氣象環境設置，主要完成飛機飛行過程中天氣的影響，主要包括云雨和海況的設置，云雨設置內容包括云雨中心經緯度、高度、面積等，海況設置包括海上風速、風向、海況級別，訓練過程中可動態改變氣象環境設置。③目標設置，完成訓練過程中所需目標屬性、類型、航跡等信息的設置[5]，設置方法與平臺航跡基本一致，訓練過程中可動態增加或改變目標航跡。④干擾源設置，完成訓練過程中多個干擾源的設置，內容包括干擾類型、干擾功率、干擾平臺綁定，干擾源開關機時刻可在訓練過程中實時控制，訓練過程中可以啟動或停止干擾源，也可動態增加或刪除干擾源。

（3）科目管理完成對設置科目的管理。為了減少科目設置的工作量，需通過文件或數據庫的方式將設置好的科目相關信息（包括雷達系統信息、氣象、目標、平臺航跡等所有相關信息）進行保存，系統可通過載入已有的科目文件完成科目的完整設置。

1.2 態勢顯示

態勢顯示完成訓練過程中環境、平臺、目標、干擾等信息的動態顯示，顯示內容包括背景地圖、平臺圖標、平臺航跡、目標圖標、目標航跡、干擾圖標、云雨圖標等，可通過命令顯示或隱藏平臺和目標的航跡。

1.3 操作實時顯示控制臺軟件界面中可實時顯示出學員當前的操作情況，便于教員掌握學員的操作情況。

1.4 訓練數據發送預警雷達作戰訓練系統能夠運行起來，需要態勢控制子系統將雷達狀態、平臺信息、目標信息等內容發送給模擬臺，模擬臺根據這些信息模擬出雷達天線接收到的真實回波并進行處理。控制臺發送給模擬臺的數據包括：①雷達系統信息，包括故障碼、TR組件特性數據等，這些信息影響了雷達的工作狀態，需要實時發送給控制臺。②訓練態勢數據，包括平臺位置、氣象數據、目標位置、干擾信息等，這些信息隨訓練過程實時變化，需要周期發送給模擬臺，發送周期≤1 s。

1.5 訓練過程控制

控制臺能夠實現對訓練過程進度的控制，控制內容包括訓練開始、結束、暫停、快進、回放等。

1.6 成績顯示

訓練過程中，模擬臺提供給控制臺學員成績和操作列表，控制臺對這些內容進行顯示，便于教員掌握學員的操作情況，操作列表中包括操作發生的時間、操作內容以及對操作的評價。

2 態勢控制子系統界面設計

態勢控制子系統軟件界面為窗口風格，界面組成元素包括標題欄、菜單欄、快捷工具欄、態勢顯示區、狀態信息欄、操作情況顯示區等內容（圖2）。其中標題欄與普通桌面程序標題基本一致，由程序圖標、程序名稱、系統最小化、最大化/還原、關閉等按鈕組成；操作情況顯示區顯示學員訓練操作情況，是一個單獨的子窗口，可通過菜單或快捷工具欄控制其顯示或隱藏。界面各組成部分實現功能如下所述：

2.1 菜單欄

菜單欄由各種不同類型的命令和操作菜單組成，實現對整個控制臺軟件的控制和操作。包括“系統控制”、“畫面顯示”、“故障操作”、“態勢設置”、“科目管理”、“成績管理”等菜單。“系統控制”菜單實現對整個訓練系統的管理和監控，包括“預警雷達管理”、“開始訓練”，“暫停訓練”，“過程快進”，“結束訓練”，“程序退出”等命令；“畫面顯示”菜單控制程序界面的顯示情況，包括“學員操作記錄”、“平臺航跡線”、“目標航跡線”、“干擾圖標”、“云雨圖標”、“地圖縮放”、“地圖漫游”、“地圖顯示控制”，“經緯網格線”等命令；“故障操作”菜單完成對雷達故障和天線TR組件性能的設置，包括“分機故障設置”和“TR組件設置”命令；“態勢設置”菜單完成訓練環境的設置，包括“平臺航跡規劃”、“氣候設置”、“目標設置”、“干擾源設置”等命令。“科目管理”菜單完成訓練科目的存儲、瀏覽、調用等功能，包括以“保存當前科目”，“載入科目”等命令；“成績管理”菜單，彈出“學員訓練考核成績”對話框，在彈出的對話框中可以瀏覽和編輯 記錄學員的成績和錯誤操作列表。

圖2 界面組成元素圖

2.2 快捷工具欄

快捷工具欄由一些常用的快捷命令按鈕組成，按鈕以圖標的形式顯示在快捷工作欄中。快捷工具欄命令按鈕包括科目設置類、過程控制類、畫面顯示類等按鈕。

2.3 態勢顯示區

態勢顯示區是整個程序界面的主體部分，對整個訓練過程中預警機平臺、目標的地理位置和運行軌跡以及自然環境和干擾情況進行顯示，便于教員對整個訓練過程進行掌握和控制。顯示內容包括地圖背景、預警機平臺圖標與航跡、目標圖標與航跡、干擾圖標、云雨圖標。

（1）地圖背景。地圖背景通過載入地圖文件生成，支持地圖漫游和縮放。地圖文件的選擇有2種，一是背景地圖通過地圖矢量文件生成，地圖矢量文件及開發方法有現成的代碼，開發工作量較小。二是地圖背景為衛星地圖方式，相對于矢量平面地圖，衛星地圖更加形象，缺點是沒有現成的數據，需要開發方在谷歌地圖中下載。

（2）平臺和目標圖標及航跡。預警機平臺圖標建議選用固定翼飛機圖標，預警平臺航跡線選用醒目顏色表示并加粗，以助于與目標航跡相區分。目標圖標跟目標類型有關，空中目標采用飛機或導彈圖標，海面目標采用軍艦圖標，地面目標用坦克表示。

（3）干擾和云雨圖標。有源干擾圖標可采用閃電，也可用其他輻射狀圖標，當干擾機工作是，干擾圖標應處于閃爍狀態。云雨圖標采用云朵，當云雨面積較大時，可采用多個云朵圖標表示。

2.4 狀態信息欄

狀態信息欄對訓練過程中的一些重要信息進行顯示，主要包括光標當前位置經緯度、平臺當前經緯度、地圖比例尺、干擾機是否開機、訓練進行時間。

2.5 學員操作情況窗口

學員操作情況窗口以列表的形式顯示了學員每一步操作情況，列表中每一行包含“操作時間”、“操作內容”和“操作評價”，這些信息由模擬臺通過網絡傳遞給控制臺（圖3）。

圖3 “學員操作情況”對話框示例

圖3為該對話框的一個示例，教員可以在該對話框中輸入學員姓名，并根據當前訓練內容的特點輸入當前學員訓練或考核的科目，如“系統開機”、“通電檢查”、“分機故障排查”、“天線校正”、“目標跟蹤”、“抗雜波”、“抗干擾”等選項。“學員成績”一項由模擬臺提供，但是訓練結束后教員可以根據學員的表現對該成績進行修改。點擊“保存成績”按鈕時，學員成績將會保存到數據庫中，點擊“丟棄成績”按鈕該次訓練成績不記錄，每次訓練的記錄數據包括：“學員姓名”、“科目名稱”、“訓練日期”、“學員成績”4項內容。訓練結束后直接退出該對話框的默認操作為不記錄學員成績。

3 態勢控制子系統網絡通信

為了保證訓練系統的流暢性，態勢控制子系統與其他子系統臺之間采用UDP異步通信的方式完成數據交換。由于態勢控制子系統只運行于1臺設備上，向多個模擬子系統提供態勢數據，態勢子系統對外通信采用廣播（組播）方式。

3.1 數據包格式設計

模擬訓練系統各計算機之間通信數據包格式簡潔，每個通信數據包都有包頭和數據兩部分組成。其中，報頭包括了數據包總長度、數據類型和收發IP地址信息，數據部分則是要網絡傳遞的數據。所有數據包包頭格式統一，總共有16字節，其數據結構如下。

typedef struct tagPaketHeader//協議報文頭

{

UINT msTotalLen;//數據包總長度，單位：字節

UINT ucDataType;//數據類型//:0：故障代碼，1:TR幅相，2：

unsigned char ucSendIP[4];//發方地址

unsigned char ucRecvIP[4];//收方地址

}PACKETHEADER，*LPPACKETHEADER;

3.2 控制臺到模擬臺數據

控制臺發送給模擬臺的數據包括2類，具體為：①雷達系統信息，包括模擬臺位控制指令、故障碼、TR組件特性數據等，這些信息影響了雷達的工作狀態，需要實時發送給控制臺。②訓練態勢數據，包括平臺位置、氣象數據、目標位置、干擾信息等，這些信息隨訓練過程實時變化，需要周期發送給模擬臺，發送周期≤1 s。

模擬臺位控制指令向各模擬臺位發送臺位分配和程序開關指令，命令內部包括雷達ID、雷達型號、模擬臺位、控制命令等內容，其數據結構如下：

//***********模擬臺位控制指令*******

typedef struct tagSimulatorControl

{

PACKETHEADERheadPacket;//數據包頭

UINTusRadarID;//雷達編號，用于區分不同雷達

UINTusRadarType;//雷達型號ID，區分不同型號雷達，取值見數據庫

UINTusSimulatorNoID;//模擬臺位號，0：不分配臺位，1～3：臺位1～臺位3

UINTusSimulatorControlCode；//模擬臺程序控制指令，1：程序啟動，2，程序退出

}SIMULATORCONTROL，*LPSIMULATORCONTROL;

//***********END**************

分機故障數據包為控制臺發送給各模擬臺位的分機故障信息，包含信息包括故障類型、故障分機號等。

TR組件特性數據包為控制臺發給模擬臺的TR組件特性數據，每個TR組件特性數據包發送一組TR組件特性，包括組件ID、組件特性數值。

態勢數據包為訓練過程中雷達平臺位置、目標位置、干擾、氣象等信息的動態數據，由控制臺周期發送給各模擬臺位，發送周期暫定為1 s。其中，平臺信息包括雷達平臺位置、高度、速度、航向等，目標信息包括各設置目標的位置、高度、RCS、速度、航向、俯仰角、敵我屬性等，氣象信息包括云雨和海況，干擾信息包括干擾類型、干擾平臺、方位、距離、頻率、帶寬、干擾功率等。

3.3 模擬臺到數據臺數據

模擬臺位發送到態勢控制子系統的數據也包括2類：①學員操作信息。②模擬臺文字信息。學員操作數據包為各模擬臺位發送給控制臺學員操作數據，數據結構為：

//學員操作情況數據包

typedef struct tagStudentOperation

{

PACKETHEADERheadPacket;//數據包頭

SYSTEMTIMEstTime;//操作時間

charstrOperation[50]；//操作內容

charstrAppraise[50]；//操作評價

floatfScore;//成績

}STUDENTOPERATION，*LPSTUDENTOPERATION;

//END

模擬臺文字消息為模擬臺反饋的提示或異常信息，當控制臺收到該類數據時，應通過彈出消息框顯示該文字消息，其數據結構如下：

//模擬臺文字消息

typedef struct tagSimulatorMessage

{

PACKETHEADERheadPacket；//數據包頭

charmessage[60]；//文字消息

}SIMULATORMESSAGE，*LPSIMULATORMESSAGE；

//END

4 結論

態勢控制子系統提供了支撐整個預警雷達作戰訓練系統正常運行的態勢數據，對訓練效果起著至關重要的作用。將態勢控制子系統劃分為科目設施、態勢顯示、操作實時顯示、數據發送、訓練過程控制、訓練成績評定6個模塊可滿足態勢訓練的各種要求。采用窗口形式的顯示界面更方便教練員的操作和使用，同時采用UDP作為數據傳輸樣式保證了系統運行的流暢性。

［1］夏棟，察豪，秦華，等.基于實采數據的海雜波與氣象雜波模擬[J].現代雷達，2012，34（5）：77-80．

［2］朱元昌，邸彥強.雷達裝備通用模擬訓練系統研究[J].兵工學報，2005，26（1）：94-99．

［3］朱宇峰，晉華義，劉健.作戰模擬訓練系統中導調框架的設計[J].艦船電子工程，2008，28（10）：139-143．

［4］周易，鄧歌明，田杰榮.機載火控雷達作戰訓練系統的研制[J].微計算機信息，2009，25（7）：225-226，214．

［5］曾安里，黃華，張懷天，等.防空反導作戰想定分發與推演訓練系統[J].指揮信息系統與技術，2013，4（3）：8-15，24．

〔編輯 王永洲〕

E237

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.48