預警雷達操作模擬訓練系統(tǒng)設(shè)計

李連華，胡 沛，李廣強，陳 龍

(空軍預警學院，湖北 武漢 430019)

0 引 言

在信息化發(fā)展日新月異的今天，信息化戰(zhàn)場已成為未來戰(zhàn)爭中的主戰(zhàn)場，誰能主宰信息化戰(zhàn)場，誰就能獲得勝利。雷達是獲取戰(zhàn)場信息的主要探測手段，是打贏信息化戰(zhàn)爭的關(guān)鍵[1-2]，世界各國都非常重視雷達的發(fā)展。隨著高新技術(shù)在雷達領(lǐng)域的不斷運用，雷達的戰(zhàn)術(shù)性能不斷提升；相對應(yīng)地，要發(fā)揮出雷達戰(zhàn)術(shù)性能，提高裝備的戰(zhàn)斗力，關(guān)鍵在于提高雷達操作人員的訓練水平。由于新型雷達裝備體制新,技術(shù)含量高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，操作、使用專業(yè)性更強，對人員的素質(zhì)和能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的訓練模式、方法、手段已不能完全適應(yīng)新裝備發(fā)展要求，急需創(chuàng)建新的訓練模式。

隨著計算機仿真技術(shù)的快速發(fā)展，模擬訓練已成為武器裝備訓練的發(fā)展趨勢。當前國內(nèi)雷達訓練模擬系統(tǒng)都側(cè)重雷達情報的測報訓練，針對雷達的操作訓練的模擬訓練器材較少。為此，針對現(xiàn)階段的雷達裝備訓練需求，設(shè)計研究了一種新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用計算機模擬仿真及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研制開發(fā)，以瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)實現(xiàn)，最終形成了一個以多個型號裝備模擬操作為中心的人機交互系統(tǒng)。最后，通過分析系統(tǒng)在裝備教學中的使用效果，進一步驗證了系統(tǒng)的實用性，這對于提升雷達訓練水平、發(fā)揮雷達作戰(zhàn)效能具有很大的應(yīng)用價值[3-8]。

1 新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)需求分析

1.1 雷達操作訓練分析

當前部隊只能依托實裝組訓，在訓練中存在以下問題：一是訓練時間有限，雷達部隊擔負任務(wù)重，裝備開機時間較長，機上訓練時機和訓練時間不能完全滿足訓練需要；二是訓練器材不足，人多機少，只有在機上的人員才能進行操作訓練，而在機下的人員無法有效開展操作訓練，參訓人員只能輪流上機操作訓練，導致一個科目的訓練時間大大延長，影響整個訓練周期；三是無法開展復雜空情下的操作訓練，雷達站駐地訓練尚無有效手段和辦法設(shè)置復雜電磁環(huán)境，復雜空情的掌握與對抗手段的運用訓練受制約，沒有這些情況的處置經(jīng)歷，導致操作人員的訓練水平達到一定程度后，很難得到提高；四是機上訓練不安全，特別是剛進行機上訓練的參訓人員，在訓練過程中，可能會因操作不熟、處置不及時，出現(xiàn)漏情、錯情，導致戰(zhàn)備事故，或者因錯誤操作導致雷達裝備受損，出現(xiàn)裝備事故等。

由此不難看出，傳統(tǒng)組訓模式存在組訓難度大、消耗高、不安全、效益低等突出問題，這些問題的存在將嚴重制約雷達操作訓練水平的提高，亟待解決。

1.2 功能需求

為了解決上述問題，提高新型雷達操作訓練水平，有必要運用現(xiàn)代教育技術(shù)，采取模擬化、多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化手段，研制雷達操作訓練模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過建立雷達模型、雷達回波模型和雷達操作模型等營造出一種逼真的訓練環(huán)境，使參訓人員能夠掌握雷達的全功能操作方法以及各類戰(zhàn)斗操作方法，以此縮短操作人員的培訓周期，提高訓練質(zhì)量。為此，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

(1) 理論學習功能

新型雷達具有較好的戰(zhàn)技術(shù)性能，只有先掌握裝備的理論知識，才能更好地開展訓練。通過將型號裝備的相關(guān)電子資料上傳到系統(tǒng)中，參訓人員無需再去查閱大量的相關(guān)書本資料，直接在系統(tǒng)中就可以學到型號雷達的相關(guān)知識，避免繁瑣的翻書步驟，提高了學習效率，有助于人員快速掌握相關(guān)的理論知識。

(2) 模擬操作功能

雷達裝備的操作方法分為全功能操作方法和戰(zhàn)斗操作方法，其中全功能操作包括雷達終端界面的基本操作和鍵盤操作，內(nèi)容很多很雜；戰(zhàn)斗操作包括雷達在各種空情處置下的操作，操作內(nèi)容比較專業(yè)，難度較高。系統(tǒng)通過模擬實裝的正常工作狀態(tài)下的全功能操作方法和戰(zhàn)斗操作方法，在近似實裝的操作界面下，參訓人員進行雷達裝備的各種操作訓練，同時采用引導的方式，讓學員大膽操作，激發(fā)學員的操作積極性，不斷熟練操作步驟，最后掌握雷達的操作方法，為實際機上操作打下堅實的基礎(chǔ)。

(3) 考核評估功能

考核是檢驗學習的最佳途徑，系統(tǒng)的考核可分為理論考核和操作考核。通過參加考核，參訓人員可了解自身的學習情況。系統(tǒng)提供了較為豐富的考核題庫，組卷方式靈活，可以自行組卷，也可以智能組卷。教員可以針對參訓人員近期學習內(nèi)容進行自行組卷，檢驗人員的學習情況，也可以在單位周考核、月考核以及半年考核中進行智能組卷，檢驗本單位人員的考核情況，以此評估本單位人員的操作訓練水平。

2 新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成

新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)是以瀏覽器/服務(wù)器的架構(gòu)實現(xiàn)的，該系統(tǒng)通過服務(wù)器、交換機和若干個訓練席位的計算機連成一體，其硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

計算機主要用于對各型雷達裝備進行模擬訓練和考核，也可用于管理員對系統(tǒng)進行維護和管理。

主要硬件模塊的功能如下：

(1) 服務(wù)器

系統(tǒng)的服務(wù)器由兩部分組成：一臺作為Web服務(wù)器，用于存儲操作模擬訓練系統(tǒng)平臺和新型雷達訓練軟件；另一臺作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于存儲訓練想定、科目以及訓練和考核過程正誤的實時記錄和成績等數(shù)據(jù)。

(2) 計算機終端

系統(tǒng)的用戶分為管理員、教員和學員3種不同級別，通過在計算機終端進入系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限登錄到對應(yīng)界面后進行操作。其中，管理員主要供開發(fā)人員使用，用于后臺系統(tǒng)維護；教員登錄以后，可以根據(jù)實際需要實現(xiàn)學員管理、組卷管理、考試管理、成績分析等功能；學員登錄以后，可以實現(xiàn)理論學習、模擬訓練、模擬考核和成績查詢等功能。

3 新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)成

3.1 軟件結(jié)構(gòu)的總體構(gòu)成

新型雷達操作訓練模擬系統(tǒng)是一個以操作為中心的人機交互系統(tǒng)，在統(tǒng)一平臺下，包括系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)、學員管理子系統(tǒng)、模擬操作訓練子系統(tǒng)、理論知識學習子系統(tǒng)、考核子系統(tǒng)和成績統(tǒng)計評估子系統(tǒng)。軟件總體構(gòu)成如圖2所示。

圖2 新型雷達操作訓練模擬系統(tǒng)組成框圖

3.2 各子系統(tǒng)的功能

(1) 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要完成本訓練系統(tǒng)的操作管理和維護，包括日志管理、管理員管理和系統(tǒng)類目管理3個功能模塊。其中，日志管理模塊負責記錄教員、學員的管理登錄、訓練登錄、考核登錄等關(guān)鍵日志；管理員管理模塊負責權(quán)限分配管理；系統(tǒng)類目管理模塊負責系統(tǒng)參數(shù)配置管理和設(shè)定系統(tǒng)開放、維護、關(guān)閉狀態(tài)。

(2) 設(shè)備管理子系統(tǒng)

設(shè)備管理子系統(tǒng)主要完成對訓練設(shè)備的相關(guān)操作。該系統(tǒng)包含了兩坐標、三坐標、測高和航管等16種新型骨干雷達裝備，針對每型裝備操作訓練內(nèi)容，提供了豐富的訓練科目；同時根據(jù)需要，管理員登錄后可以進行裝備的添加和刪除，也可以對某型裝備的訓練內(nèi)容進行修改和添加；教員登陸后可根據(jù)任務(wù)需要授權(quán)某學員/班級使用哪套設(shè)備訓練或考核。

(3) 學員管理子系統(tǒng)

學員管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對學員相關(guān)信息的管理，包括學員信息管理、信息公告、在線答疑3個功能模塊。其中，學員信息管理模塊負責生成學員信息，包括學員考試成績的查看、個人信息編輯和修改、學員新增或刪減，同時具有批量導入的功能；信息公告模塊為學員提供操作記錄情況、考試安排以及考試成績等相關(guān)信息；在線答疑模塊為學員提供在線交流的平臺。

(4) 模擬操作訓練子系統(tǒng)

模擬操作訓練子系統(tǒng)主要完成學員對某型雷達裝備的操作模擬訓練。該子系統(tǒng)主要由基本操作、戰(zhàn)斗操作和人機對話操作3個功能模塊組成。基本操作模塊負責新型雷達裝備的全功能操作內(nèi)容，如開關(guān)機操作、監(jiān)控界面的操作和P顯終端的操作，通過訓練可提高學員對基本操作的掌握能力；戰(zhàn)斗操作模塊負責雷達裝備的戰(zhàn)斗操作內(nèi)容，可根據(jù)訓練需要設(shè)置不同場景，如監(jiān)視敵機飛行、保障我機訓飛、復雜環(huán)境下戰(zhàn)斗操作、低慢小和高快隱目標如何探測等。通過訓練，不斷提高學員對雷達的綜合運用能力。人機對話操作模塊提供了可視化的操作界面供學員進行具體操作訓練，訓練場景和操作方法與實際設(shè)備基本一致。其操作訓練主界面如圖3所示，每一個訓練內(nèi)容都以具體的操作想定形式給出，便于選擇訓練內(nèi)容進行訓練以及用計算機進行成績評估。

圖3 操作訓練主界面

(5) 理論知識學習子系統(tǒng)

理論知識學習子系統(tǒng)主要用于理論學習，包括知識庫和習題庫2個功能模塊。知識庫模塊負責電子學習資料的管理，支持錄入(上傳)文字(大篇幅圖文使用PDF)、圖片和視頻等，學員可在知識庫界面進行資料的查詢。習題庫模塊負責習題的管理，題型分為“主觀題”和“客觀題”2種：客觀題的題型包含單項選擇題、多項選擇題、判斷題；主觀題的題型包含問答題或簡述題。

(6) 考核子系統(tǒng)

考核子系統(tǒng)用于完成理論部分的考試，主要由考試組卷、考試安排、考試狀態(tài)標識和判卷4個功能模塊組成。其中，考試組卷模塊負責組卷，具有人工組卷和智能組卷的功能，理論考試題型與習題庫內(nèi)題型一致，操作考試題型與模擬操作訓練題型一致；考試安排模塊負責安排考試，可以選擇參考人員、考試試卷，設(shè)置開考時間和答題時間等；考試狀態(tài)標識模塊負責考試題目的標記，考生在考試過程中，可對“難題”和“未完成題”進行標記；判卷模塊主要負責判卷，考生提交試卷后，由計算機自動判決即可給出客觀分數(shù)值。理論考試的主觀題由人工判卷(紙卷)給分，經(jīng)管理員輸入后，可由系統(tǒng)得出最終得分。考試列表主界面如圖4所示，可以查看考試類型、考試人數(shù)、考試時間、考試成績等信息，同時能夠進行考試內(nèi)容和參考人員的修改和刪除。

圖4 考核列表主界面

(7) 成績統(tǒng)計評估子系統(tǒng)

成績統(tǒng)計評估子系統(tǒng)主要完成對學員訓練、考核成績的統(tǒng)計和分析功能，主要由考核明細、成績統(tǒng)計、成績分析和成績上報4個功能模塊組成。其中，考核明細模塊主要提供學員操作、學習、考核等詳細情況記錄，可以查看每個學員的考試情況，為全面掌握學員情況提供全程跟蹤；成績統(tǒng)計模塊負責成績的統(tǒng)計，能夠統(tǒng)計和記錄每名學員每次考試的成績，提供學員考核成績記錄、查詢等；成績分析功能主要實現(xiàn)對學員按場次、按考試類型(理論、操作)的成績進行排名和可視化統(tǒng)計分析；成績上報模塊可按要求格式生成成績報表。

3.3 新型雷達操作訓練模擬系統(tǒng)的運行流程

新型雷達操作訓練模擬系統(tǒng)軟件運行流程如圖5所示。系統(tǒng)啟動后，教員用戶進行系統(tǒng)管理與維護，設(shè)置學員登錄賬號，授權(quán)學員參加指定型號裝備的訓練或者考核；若要實施考核，需要進行組卷和發(fā)布試卷，設(shè)定考試時間和考試日期，發(fā)布考試信息，同時針對學員的考試成績進行合理的分析。學員獲得授權(quán)后，通過輸入給定賬號進行登錄；針對所學雷達裝備，靈活選擇訓練內(nèi)容；既可以進行理論學習，也可以進行操作訓練；收到教員發(fā)布的考試信息后，可進行考試；考試結(jié)束后能夠查詢自己的考試成績，查看自己失分點；針對自身弱項強化訓練，以此不斷提高自身訓練成績。

圖5 系統(tǒng)軟件運行流程圖

4 教學效果分析

新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)研制完成后，便在院校的裝備教學中進行了實踐運用。為了分析系統(tǒng)的訓練效益，采用了成績對比的方法對系統(tǒng)使用前和使用后學員的學習成績進行比較，分別選取了某型雷達裝備在2017年和2019年裝備教學中的50名學員的裝備成績進行比較。其中，在2017年的裝備教學中未使用該模擬訓練系統(tǒng)，50名學員的學習成績?nèi)绫?所示。2019年的裝備教學中使用了該模擬訓練系統(tǒng)，50名學員的學習成績?nèi)绫?所示。兩種成績對比分析如圖6所示。

表1 2017年某型雷達裝備學員成績表

表2 2019年某型雷達裝備學員成績表

圖6 兩者成績對比分析圖

從圖6中可以看出2019年的成績要比2017年的成績高一些，為了進一步分析對比成績結(jié)果，選擇平均值、最大值和優(yōu)秀率3個指標進行衡量。未使用系統(tǒng)時，50名學員的平均成績?yōu)?2分，最高成績?yōu)?6分，共有11名學員的成績達到90分以上，優(yōu)秀率為22%；使用系統(tǒng)后，50名學員的平均成績?yōu)?6.48分，最高成績?yōu)?8分，共有19名學員的成績達到90分以上，優(yōu)秀率為38%。

由此可見，在裝備教學中使用新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)后，學員的裝備學習成績得到了一定提高。通過分析原因有以下3點：

一是系統(tǒng)具有較為逼真的操作環(huán)境，學員能夠放心大膽地進行裝備操作，增強了自主學習的能力；

二是模擬教學與實裝教學同步實施，有效克服了人多機少的弊端，極大提高了教學效率；

三是系統(tǒng)提供了豐富的操作訓練科目，學員在訓練中能夠反復操作練習，不斷提高操作水平，為實裝操作夯實基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

根據(jù)雷達操作模擬訓練的需求，提出了新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)的構(gòu)建思路，從系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件構(gòu)成闡述了系統(tǒng)的組成原理和運行流程，最后分析了該系統(tǒng)在院校的雷達裝備教學中的運用效果。使用該系統(tǒng)開展裝備模擬教學，能夠提高教學效率，增強學員的自主學習能力，進一步提高訓練成績。由此可見，新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)的研制和運用將改變傳統(tǒng)組訓模式只能依托實裝進行的現(xiàn)狀，填補了雷達部隊在模擬環(huán)境下進行裝備訓練的空白，構(gòu)建了雷達裝備訓練模擬的新模式。使用新型雷達操作模擬訓練系統(tǒng)，有利于提高訓練效率和水平，節(jié)省訓練費用，對部隊的軍事訓練具有很大的應(yīng)用價值并帶來一定的經(jīng)濟效益。