張 蕾 姚直象

（1.海軍工程大學科研部 武漢 430033）（2.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

近年來，隨著計算機處理能力和模擬仿真技術的飛速發(fā)展，具有節(jié)省訓練經(jīng)費、縮短訓練周期和提高訓練質(zhì)量［10］等方面的優(yōu)勢，使得嵌入式模擬訓練系統(tǒng)得到了軍事強國的充分重視，其設計和開發(fā)也有了質(zhì)的發(fā)展。在武器系統(tǒng)設計之初，就將嵌入式訓練系統(tǒng)設計視為其中的一個重要部分，已經(jīng)成為趨勢。美國陸軍于1987年提出了嵌入式模擬訓練的概念，就是將訓練設備嵌入到實裝內(nèi)，使裝備具有訓練和作戰(zhàn)雙重功能。開發(fā)基于實裝的艦艇嵌式航行操縱訓練模擬系統(tǒng)，可以進一步提高仿真訓練的真實感，使受訓者可以在最真實的環(huán)境下展開模擬訓練，而且嵌入式訓練系統(tǒng)可以與武器裝備同時配置，能夠在和平時期和作戰(zhàn)間隙為部隊提供全時段、全方位和不間斷的訓練，有效提高部隊的戰(zhàn)備能力和應付突發(fā)事件的反應能力［1］。典型的嵌入式模擬訓練系統(tǒng)如美國陸軍M2A3步戰(zhàn)車、M1A2SEP坦克嵌入式射擊訓練系統(tǒng)，空軍F－35戰(zhàn)斗機嵌入式空中戰(zhàn)斗訓練系統(tǒng)，海軍艦艇訓練激勵系統(tǒng)（OBTS）［2］，以及以色列嵌入式虛擬航空電子設備（EVA）。其中，美國海軍艦艇訓練激勵系統(tǒng)是一個綜合性嵌入式水面艦艇模擬訓練系統(tǒng)，能生成協(xié)調(diào)、綜合、虛擬的戰(zhàn)場環(huán)境，合成與海區(qū)可能發(fā)生的情況非常相似的復雜作戰(zhàn)想定，并通過艦艇的實裝設備呈現(xiàn)給作戰(zhàn)分隊，為他們提供如同海上航行訓練一樣的訓練機會。它代表了水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)以及武器裝備嵌入式模擬訓練的發(fā)展水平。

水面艦艇電子對抗系統(tǒng)是典型的信息化裝備，依托實裝組織訓練需要構建較為豐富、逼真、帶有實戰(zhàn)戰(zhàn)術背景的復雜電磁環(huán)境，實現(xiàn)難度較大；依托全設備模擬訓練系統(tǒng)組織訓練不能保證戰(zhàn)訓一致性，這些因素制約了水面艦艇電子對抗系統(tǒng)日常訓練的開展。在水面艦艇電子對抗系統(tǒng)中嵌入虛擬兵力和戰(zhàn)場環(huán)境仿真模塊、訓練過程監(jiān)控與評估模塊，與情報融合、戰(zhàn)術計算、人機交互等模塊等形成回路，是保證作戰(zhàn)訓練高度一致的最佳途徑［3］。

2 工作機理

水面艦艇電子對抗系統(tǒng)通常由綜合顯示控制分系統(tǒng)和偵察干擾分系統(tǒng)兩部分組成，綜合顯示控制分系統(tǒng)是數(shù)據(jù)融合、輻射源識別、威脅判斷、態(tài)勢生成、戰(zhàn)術計算、輔助決策和人機交互等功能模塊的運行部位，作戰(zhàn)指揮和系統(tǒng)操作主要在綜合顯示控制分系統(tǒng)完成，偵察干擾分系統(tǒng)均是無人值守設備。相比于全設備模擬訓練系統(tǒng)，嵌入式模擬訓練軟件是在實裝系統(tǒng)中嵌入若干仿真模塊，與綜合顯示控制分系統(tǒng)組成回路，形成一個虛實結合的模擬訓練系統(tǒng)，如圖1所示。在這種模式下，綜合顯示控制分系統(tǒng)工作狀態(tài)與實戰(zhàn)狀態(tài)一致，嵌入式模擬訓練軟件主要承擔訓練態(tài)勢產(chǎn)生器、作戰(zhàn)過程仿真器以及訓練分析評估器的作用。

1）訓練態(tài)勢產(chǎn)生器：虛擬一個帶有戰(zhàn)術背景的逼真水面艦艇海上作戰(zhàn)電磁環(huán)境，主要包括藍方艦艇、飛機等作戰(zhàn)平臺機動以及平臺載雷達、通信、光電輻射源的工作特點。

2）作戰(zhàn)過程仿真器：模擬水面艦艇電子對抗系統(tǒng)各偵察干擾分系統(tǒng)的功能，對虛擬電磁環(huán)境進行感知和影響，形成偵察數(shù)據(jù)報、干擾狀態(tài)報等系統(tǒng)交互報文，驅動綜合顯示控制分系統(tǒng)情報融合、戰(zhàn)術計算、人機交互等模塊工作，形成訓練環(huán)境。

圖1 嵌入式艦載電子對抗系統(tǒng)模擬訓練工作機理

3）訓練分析評估器：采集參訓人員通過人機交互模塊送出的操控指令報文，結合虛擬戰(zhàn)場態(tài)勢，對指令中關于目標識別、威脅判斷、干擾時機、干擾樣式等項目的正確性、合理性進行分析評估。

嵌入式模擬訓練軟件運行于艦載電子對抗系統(tǒng)綜合顯示控制分系統(tǒng)，首先通過制訂訓練想定，利用計算機兵力生成技術虛擬產(chǎn)生帶有戰(zhàn)術背景的電磁環(huán)境和帶有智能行為的紅藍方作戰(zhàn)兵力；然后，由虛擬電子對抗分系統(tǒng)對虛擬電磁環(huán)境進行感知，形成訓練態(tài)勢；參訓人員在實裝上進行訓練操作，操作意圖通過指令反饋給虛擬電子對抗分系統(tǒng)和虛擬藍方兵力；虛擬藍方兵力通過智能行為模擬，對電子對抗行動做出反應；同時，對訓練過程中的操作進行記錄，由訓練分析評估模塊對訓練進行分析和評估。過程如圖2所示。

圖2 虛擬電磁環(huán)境與虛擬偵察干擾分系統(tǒng)之間的感知影響關系

3 系統(tǒng)基本架構

嵌入式模擬訓練軟件包括訓練數(shù)據(jù)管理、訓練課目想定、電磁態(tài)勢生成、偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬、相關系統(tǒng)功能模擬、訓練操作記錄與事后分析評估模塊、信息交互格式轉換七個核心模塊，相互間的交互關系如圖3所示。

各模塊主要功能簡要描述如下：

1）訓練數(shù)據(jù)管理模塊：完成對敵我作戰(zhàn)平臺及其輻射源參數(shù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理。模擬訓練中涉及大量的靜態(tài)數(shù)據(jù)，需要以數(shù)據(jù)庫的形式對艦艇、飛機、導彈、雷達、激光武器、通信電臺等實體對象參數(shù)進行管理，具體功能包括實體對象記錄的查詢、增加、修改、校驗和刪除等。

圖3 嵌入式艦載電子對抗系統(tǒng)模擬訓練軟件組成結構

2）訓練課目想定模塊：設置敵我雙方電磁環(huán)境態(tài)勢，雙方平臺的戰(zhàn)術使用（類型、名稱、攜帶輻射源參數(shù)、開關機時間、平臺運動參數(shù)等），具體內(nèi)容包括設置戰(zhàn)場環(huán)境、紅藍方編隊兵力配置、紅藍方兵力初始態(tài)勢和事件腳本；設置戰(zhàn)場環(huán)境包括海區(qū)設置和海情；設置紅方艦艇編隊，配置編隊內(nèi)各艦艇平臺輻射源系統(tǒng)；設置藍方艦艇編隊或飛機編隊，配置各平臺輻射源系統(tǒng)和導彈等武備系統(tǒng)。

3）電磁態(tài)勢生成模塊：根據(jù)戰(zhàn)場電磁環(huán)境設置的數(shù)據(jù)文件，按照時間順序進行解算，生成帶有戰(zhàn)術背景的海戰(zhàn)場電磁環(huán)境；精確模擬不開機工作分系統(tǒng)功能，對虛擬的電磁環(huán)境進行感知和影響；按照系統(tǒng)內(nèi)部報文格式轉發(fā)至相應設備，同時可人工對輻射源輻射時機進行控制，能夠人工編輯各種參數(shù)、調(diào)整平臺運動航向、航速等信息；在訓練過程中能人工干預或設置設備的工作狀態(tài)、備彈信息等；保存干擾效果評估數(shù)據(jù)文件和仿真重演數(shù)據(jù)文件。其主要功能如下：控制想定兵力按照仿真預案設置內(nèi)容進行仿真演練；模擬艦艇、飛機、導彈和箔條云等無源干擾物的時空運動特性；模擬雷達、通信電臺、激光武器、紅外火炬的輻射特性；模擬敵方平臺對我方電子對抗行動做出智能對抗；模擬自然環(huán)境對電磁環(huán)境的影響；提供態(tài)勢監(jiān)控和人工干預界面。

4）偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬模塊：模擬除綜合顯示控制分系統(tǒng)外的其他分系統(tǒng)的功能，包括模擬雷達偵察分系統(tǒng)對電磁環(huán)境的感知；模擬雷達有源干擾分系統(tǒng)對電磁環(huán)境的影響；模擬通信對抗分系統(tǒng)對電磁環(huán)境的感知和影響；模擬無源／光電干擾分系統(tǒng)的資源狀態(tài)以及對電磁環(huán)境的影響；模擬激光告警分系統(tǒng)對電磁環(huán)境的感知等。

5）相關系統(tǒng)功能模擬模塊：模擬艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)中與電子對抗系統(tǒng)相關的其他系統(tǒng)的功能，包括：模擬時統(tǒng)系統(tǒng)功能；模擬綜合導航系統(tǒng)功能；模擬水文氣象系統(tǒng)功能；模擬電磁兼容管理控制設備功能以及模擬部分指控系統(tǒng)報文和命令收發(fā)等。

6）信息交互格式轉換模塊：完成嵌入式模擬訓練模塊與其他實裝模塊之間的信息交互定義，包括偵察干擾分系統(tǒng)功能模擬模塊輸入輸出信息要素定義；相關系統(tǒng)功能模擬模塊輸入輸出信息要素定義以及與作戰(zhàn)系統(tǒng)交互報文數(shù)據(jù)單元關聯(lián)定義。

7）訓練操作記錄與事后分析評估模塊：實現(xiàn)訓練過程中操作指令與要素記錄、評估準則維護、有源干擾決策與實施正確性評估以及無源干擾決策與實施正確性評估等功能。

4 關鍵技術

1）嵌入式模塊與實裝系統(tǒng)模塊之間無縫耦合技術。

嵌入式模擬訓練系統(tǒng)需模擬電子對抗系統(tǒng)偵察干擾分系統(tǒng)、水文氣象設備、導航設備、時統(tǒng)設備等實裝系統(tǒng)的功能，并模擬其與電子對抗綜合顯示控制系統(tǒng)、艦艇指揮信息系統(tǒng)之間的信息交互。水面艦艇指揮信息系統(tǒng)信息交互方式包括網(wǎng)絡通信、串口通信等多種方式，在模擬訓練模式下，實裝系統(tǒng)與電子對抗綜合顯示控制系統(tǒng)、艦艇指揮信息系統(tǒng)的通信鏈接中斷，模擬訓練軟件根據(jù)傳輸層、應用層協(xié)議，通過實際建鏈、虛擬組網(wǎng)等技術，將電磁環(huán)境和兵力虛擬模塊、偵察與干擾功能虛擬模塊、訓練過程監(jiān)控與評估模塊嵌入實裝系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)融合、輻射源識別、威脅判斷、態(tài)勢生成、戰(zhàn)術計算、輔助決策和人機交互等模塊形成閉環(huán)回路。同時，針對不同艦型系統(tǒng)戰(zhàn)技術指標和信息交互協(xié)議的不同，對系統(tǒng)進行通用化設計與構建，以滿足不同艦型的適裝要求。

2）水面艦艇電子對抗相關兵力實體特征與相互對抗行為智能建模方法。

在模擬訓練狀態(tài)下，本艦電子對抗系統(tǒng)的行為由參與訓練的操作人員控制，虛擬環(huán)境中的平臺及輻射源均是計算機虛擬兵力，且沒有操作席位，需要自主運行，藍方計算機虛擬兵力能否采取正確的符合戰(zhàn)術要求的對抗措施，與本艦電子對抗行動形成對抗，是保證訓練過程貼近實戰(zhàn)的關鍵。首先，基于信念－愿望－意圖模型［4］建立作戰(zhàn)對象實體A－gent智能模型。將所有的作戰(zhàn)實元都抽象為行為實體Agent，不同的功能模塊使不同的作戰(zhàn)實元具有不同的功能［8］。其次，基于傳感－執(zhí)行解釋器模型［5］建立作戰(zhàn)對象實體 Agent［9］行為對抗模型。

3）水面艦艇電子對抗訓練復雜問題評估方法。

水面艦艇電子對抗作戰(zhàn)決策包括確定干擾目標、有無源干擾樣式、干擾實施與撤銷時機、艦艇規(guī)避航速航向等［11］，能否取得預期對抗效果，與水文氣象條件、本艦機動與干擾能力、藍方抗干擾措施等多種因素相關，對抗過程中出現(xiàn)的情況不勝枚舉，有些問題可以采用解析模型評估，如干擾樣式的有效性，有些問題采用純解析模型進行評估則非常困難，如干擾時機的正確性、艦艇規(guī)避航速、航向的正確性等，各種解析模型往往因為假設條件過多而致使可信度不高［6］。美國國防部高級研究計劃署（DARPA）于2007年提出并著手研究將仿真技術嵌入指揮控制系統(tǒng)［7］，利用仿真支持軍事訓練和行動決策，該技術和理念適用于水面艦艇電子對抗訓練效果評估。根據(jù)對抗仿真結果進行評估，達到預期對抗效果說明電子對抗決策與操作有效，否則，說明電子對抗決策與操作無效。

5 結語

為了提高水面艦艇電子對抗系統(tǒng)日常訓練的戰(zhàn)訓一致性，本文提出了在艦艇電子對抗系統(tǒng)實裝中嵌入模擬訓練功能的工作機理和關鍵技術，實現(xiàn)了模擬訓練模塊與實裝系統(tǒng)的緊密耦合，為構建信息系統(tǒng)、實裝指揮控制和戰(zhàn)術決策模塊在回路、人在回路的模擬訓練環(huán)境提供了技術途徑。采取研制嵌入式模擬訓練系統(tǒng)的途徑構建模擬訓練環(huán)境，是武器裝備模擬訓練系統(tǒng)建設的一種新途徑，有利于將模擬仿真的重點集中于虛擬環(huán)境生成、計算機兵力生成以及訓練效果評估等問題，提高模擬訓練系統(tǒng)研發(fā)的效益。

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