指揮通信車模擬仿真訓練系統的設計與實現

張偉學 付婕

摘要：針對指揮通信車的指揮通信方艙空間狹小、衛星通信設備易損壞、實裝教學和訓練難以組織的問題，研發模擬仿真訓練系統。系統采用模擬仿真和實裝設備相結合、硬件仿真和軟件模擬相結合的設計方法，分為模擬設備集成墻和控制端兩大模塊，使用無線網絡連接。模擬設備集成墻包括集成墻設備架、模擬硬件設備和實裝硬件設備3部分；控制端包括電腦及部分通信設備。系統實現了模擬操作訓練、錯誤操作提示、模擬通聯過程和模擬操作考核的功能。

關鍵詞：指揮通信車；模擬仿真；訓練系統；設計與實現

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）13-64-4

0引言

指揮通信車由于指揮通信方艙空間較為狹小，不能容納多人進行教學演示和實操訓練，實施教學和組織訓練時效較低，而且頻繁由初學者操作設備，容易損壞設備，影響部隊遂行多樣化任務。使用指揮通信車模擬仿真訓練系統[1]，可以短時間培訓大量指揮通信車操作員，解決院校教學裝備少、空間小及時效低的問題；同時降低實裝損耗，確保指揮通信車處于良好的戰備狀態[2]，軍事效益明顯。

1研發背景

1.1指揮通信車

指揮通信車具有通信手段復合、要素高度集成和指控功能齊全的特點，該車以衛星通信為核心手段，有效結合短波通信、超短波通信、數字集群通信、微波圖像傳輸和有線通信手段[3]，既能保障指揮員對任務現場進行高效靈活的指揮，又可實現遠程語音、數據及圖像等業務的傳輸，為部隊遂行多樣化任務提供了有力的信息通信保障[4]。

1.2實裝在部隊的裝備及應用

指揮通信車是部隊遂行多樣化任務信息通信保障的主戰裝備，在“十一五”期間配備少量單位，經使用單位反饋意見裝備定型生產；“十三五”期間支隊級單位全部配齊，覆蓋最廣、數量最大、應用最多。既是在職通信技術干部和生長干部學員學習培訓的主要機動通信系統裝備，也是信息通信士官學員操控使用的重點車型[5]。

1.3實裝訓練存在的問題

指揮通信車在院校教學和部隊訓練中一直使用實裝操作，由于大型信息通信裝備技術復雜、制作精密、價格昂貴、生產周期長及維修維護難，存在指揮方艙空間小、實操教學難組織、頻繁操作易損壞、衛星通信資源緊及實通訓練占信道等問題[6]。院校使用實裝教學時效性比較差，不能同時展開多班次和大容量教學。部隊使用實裝進行訓練與裝備戰備管理要求矛盾極為突出，裝備不夠用、不敢用。院校教學和部隊訓練迫切需要配套的模擬仿真訓練系統[7]，以提高實操技能、降低裝備損耗、節約衛星通信資源、提高教學訓練效益。

2系統研發

2.1總體思路

項目組在需求分析、資料搜集、研發試驗和綜合論證的基礎上，使設計原則和備布局、操作流程及實現功能與原車基本設計要求一致，利用模擬仿真技術[8]和軟硬件結合，實現教學演示、模擬訓練和操作考核功能。

2.2技術方案

采用模擬仿真和實裝設備相結合、硬件仿真和軟件模擬相結合的系統設計方法[9]，把系統分為模擬設備集成墻和模擬固定通信臺站兩大模塊，使用無線網絡連接，系統按軟硬件功能模塊分別進行研制開發[10]。研究項目包括：單片機物理仿真、上下位機通信、計算機代碼多線程檢測和差時邏輯比對等。技術原理包括：衛星通信技術、單片機時分復用、Session會話機制應用、軟件開發、虛擬仿真制作和物理仿真制作等。系統拓撲結構如圖1所示，系統連接關系如圖2所示。

2.2.1模擬設備集成墻

模擬設備集成墻設計制作采用整體塑型、模塊設計、外觀仿真、實裝嵌入、功能模擬及總線控制的方法。根據實裝結構和系統功能區分，模擬設備集成墻分為集成墻設備架、模擬硬件設備和實裝硬件設備[11]3個部分。

（1）集成墻設備架

模擬設備集成墻設備架的設計要點是外觀與實裝高度一致，尺寸比例為1：1，由拼接結構組成，易于拆解拼裝、便于運輸。

（2）模擬硬件設備

模擬硬件設備是系統硬件模擬仿真的重點內容。各單元分別由模擬顯示屏、模擬按鍵、模擬開關和指示燈及特殊功能接口等外置硬件，內置硬件由功能模擬MCU模塊及接口模塊等組成。原車各實裝單元的功能由模擬MCU模塊與中控系統組合模擬實現，其操作、顯示以及操作結果與實裝一致[12]。

（3）實裝硬件設備

原車中低值的信息通信設備在模擬仿真訓練系統中使用實裝，重要外置設備力求與原車一致。對不影響學習者認知的實裝設備則注重其功能，選擇性價比高的產品，節省費用。模擬設備集成墻如圖3所示，空白部分為實裝硬件設備。

2.2.2控制端

（1）控制端硬件設備

控制端又稱教員機，由主控單元和信息通信設備兩部分組成。主控單元是一臺筆記本電腦，內裝數據通信、訓練和考核軟件。筆記本電腦底座內置2.4 GB微波通信設備和語音網關，外連電話機、傳真機和攝像機。控制端實現對模擬設備集成墻的真實控制和模擬通信功能，同時兼備命題、考核和歷史記錄的管理功能[13]。

（2）控制端系統軟件

系統軟件基于Windows系統和嵌入式Wince系統平臺，采用匯編語言、C/C++語言和PHP語言進行開發，由嵌入式模塊控制、上位機控制、中心控制、Web訪問接口、數據庫、系統管理及考核控制等軟件組成，支持系統控制、教學演示、模擬訓練、操作考核及學員管理等功能[14]。

嵌入式模塊控制軟件主要通過LCD屏顯示、指示狀態顯示控制和電源開關的狀態控制實現各仿真模塊的功能，并負責與上位機控件系統進行通信，向上位機發送各控制的狀態指示信息，接收并執行上位機指令[15]。上位機控制軟件主要負責與各仿真功能模塊的嵌入式系統進行通信，發送指令，并將相關狀態信息寫入數據庫。中心控制軟件主要用于協調各單片機、上位機并行工作。Web訪問接口軟件采用PHP語言開發，實現通過Web方式訪問、控制各模擬仿真設備，并能夠進行考核設置[16]。數據庫軟件主要用于存儲各子系統配置信息、狀態信息和考核結果等。系統管理軟件結構如圖4所示，包括系統登錄、教員管理、學員管理、教學資源、模擬訓練、操作考核和成績報表等。考核控制軟件用于協調控制端和模擬設備集成墻之間進行考核，對考核結果進行評定，包括考核設置、成績評定及存儲打印等[17]。

3系統研發創新解決的問題

（1）應用于大型信息通信裝備訓練

以往通信裝備的模擬仿真只限于小型單體裝備。指揮通信車模擬仿真訓練系統采用物理仿真和軟件模擬相結合，解決指揮通信車大型綜合性信息通信裝備實車訓練的4個難題：①指揮通信方艙小，教學班次容量低；②實裝訓練造成裝備損耗，影響裝備戰備完好率；③實聯實通訓練占用衛星通信資源[18]；④實車實裝訓練費用高、效率低、效益差。

（2）引導受訓者自主訓練

采用面向對象的設計方法，判斷設備連貫操作的邏輯正確性，將對應題目的標準操作步驟從數據庫中反序列化成計算機所能識別的鏈狀對象集合，然后把標準操作與受訓者的操作進行比對。當操作錯誤時產生錯誤代碼，觸發報警系統發出語音提示，引導受訓者使用幫助功能，以正確的步驟完成操作。實現自主學習，嚴格標準和分步細訓[19]。

（3）解決評判公正性問題

系統考核模式評分時將標準操作步驟與考生的每個操作點進行操作順序、時間間隔及反饋狀態等方面進行比對，來判斷考生操作是否正確，不加提示，自動扣分。自動化的訓練考核系統應用解決了考核環境因素影響、衛星信道資源受限和評判標準不統一問題，保證隨機考核、自動評判、標準一致。

4結束語

該系統定型生產，列裝了20個單位，并獲得戰區部隊級科技進步二等獎。在保證實裝良好的戰備狀態情況下，通過模擬訓練培養了5 000多名指揮通信車操作人員，促進了部隊戰斗力生成，產生了良好的軍事經濟效益。

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