陳鴻杰

【摘要】 通過嵌入式訓練系統(tǒng)可生成模擬威脅，并將這些威脅送入機內(nèi)各種航空電子系統(tǒng)，從而憑借虛擬技術生成幾近真實的對抗環(huán)境來訓練飛行員，這對于當今教練機來說是很有必要的。這一系統(tǒng)由若干功能模塊組成，包括本平臺傳感器、武器模擬，虛擬對抗場景模擬，嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈、場景生成和模擬管理部件。雖然傳統(tǒng)嵌入式訓練系統(tǒng)的設計已臻完善，在成本上仍存在改進空間。本文在對國際主流教練嵌入式訓練系統(tǒng)架構充分研究的基礎上，提出了一種高效的集成式體系結構。在所擬定體系結構中，支持復用飛機現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈端機實現(xiàn)嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈功能；并采用BCMP或MMC中擴展嵌入式訓練處理模塊的方式實現(xiàn)集成式的嵌入式訓練能力。因此，由于不需要專用于嵌入式訓練的數(shù)據(jù)鏈模塊及圖形處理模塊，也不再需要增加額外的LRU，這一架構可實現(xiàn)低成本嵌入式訓練系統(tǒng)。

【關鍵詞】 嵌入式訓練 數(shù)據(jù)鏈 架構 教練機

一、引言

為滿足戰(zhàn)斗機飛行員對抗能力訓練要求，現(xiàn)代教練機及訓練系統(tǒng)得到了長足發(fā)展，訓練系統(tǒng)采購成本也隨之大幅增加。如何充分發(fā)揮教練機價值，提高飛行員訓練效率，降低訓練成本，是提升教練機市場競爭力的關鍵[1]。教練機嵌入式訓練系統(tǒng)作為飛行員戰(zhàn)術訓練支援系統(tǒng)的核心組成部分，通過計算機模擬技術和高速數(shù)據(jù)通信技術的組合應用，有效擴展了高級教練機的使用功能和訓練效能，并支持將教練機與新型戰(zhàn)機的操作特性更好地銜接起來，在較小的代價下，使得高級教練機能夠應用于更多的訓練任務，相當于提升了教練機的功能和檔次。嵌人式訓練系統(tǒng)通過模擬的目標戰(zhàn)斗機特性以及計算機合成作戰(zhàn)環(huán)境進行飛行訓練，減少了動用各種真實裝備的訓練保障需求，降低了訓練裝備的采購和保障的成本，從而展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景[2][3]。嵌入式訓練系統(tǒng)的逼真度是系統(tǒng)的核心設計指標。這一指標主要依賴于飛機上完成該部分功能的機載計算機系統(tǒng)性能。近年來，計算機性能大幅提升，通過向任務管理計算機，以及/或者顯示控制管理計算機加裝單獨的計算機模塊用于嵌入式訓練系統(tǒng)，則可有效實現(xiàn)嵌入式訓練功能的擴展[4][5]。目前，國際主流教練機（T-50、M-346等）基本完成了嵌入式訓練能力的設計和開發(fā)工作，并以嵌入式訓練系統(tǒng)多數(shù)以集成獨立的嵌入式訓練計算機（ETC：Embedded Training Computer）的方式實現(xiàn)嵌入式訓練能力[6]。在不掛裝雷達和武器系統(tǒng)的情況下，ETC在地面支持系統(tǒng)（GSS：Ground Support Station）規(guī)劃的訓練任務加載數(shù)據(jù)支持下，通過仿真技術計算，生成訓練想定下的傳感器數(shù)據(jù)、武器外掛信息，并通過采集飛行員飛行控制及軍械開關操控信息，完成武器模擬解算，生成對抗仿真結果，從而支持空地、空空對抗模擬訓練。

此外，上述教練機嵌入式訓練系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)鏈路模塊（DLM）和數(shù)據(jù)傳輸端機實現(xiàn)嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈功能，為飛行員提供有效的嵌入式訓練支持能力[7]。

二、教練機嵌入式訓練系統(tǒng)研究

2.1系統(tǒng)組成和結構

上述的主流教練機嵌入式訓練系統(tǒng)功能模塊組成及連接關系如圖1所示，均包括了機載嵌入式訓練計算機（ETC）模塊、地面支持站（GSS）和數(shù)據(jù)鏈（包括機載數(shù)據(jù)鏈端機和地面數(shù)據(jù)鏈端機）三個部分。

其中，嵌入式訓練計算機（ETC）模塊包括總線接口模塊、嵌入式訓練處理模塊、圖形處理模塊等，并通過1553B總線實現(xiàn)與總線控制管理計算機（BCMP：Bus Control Management Processor）和任務管理計算機（MMC：Mission Management Computer）之間的嵌入式訓練信息交換；通過模塊間總線接口實現(xiàn)與機載數(shù)據(jù)鏈端機接口。

GSS 作為嵌入式訓練地面支持系統(tǒng)，通過訓練數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)ETC 模塊的訓練前任務規(guī)劃數(shù)據(jù)加載，訓練過程中的實時對抗評估、導調(diào)控制和輔助飛行安全監(jiān)控等，以及訓練后的記錄數(shù)據(jù)下載和任務過程匯報講評等功能。

機載嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈端機和地面端機共同構成了訓練數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，為教練機嵌入式訓練系統(tǒng)提供空空/空地的多平臺組網(wǎng)通信，實現(xiàn)輔助飛行安全監(jiān)控，訓練過程實時監(jiān)視、對抗評估和實時導調(diào)控制等訓練信息的傳輸和分發(fā)處理。

2.2基本工作原理

①任務前，通過GSS 進行訓練場景設定、任務規(guī)劃、目標參數(shù)設定、目標運動軌跡設計、突發(fā)事件列表編輯等相關情景設定；并通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送至參訓飛機的ETC模塊，完成訓練任務的初始化。②在進入訓練空域后，飛行教官選擇進入嵌入式訓練畫面，對訓練場景和科目進行選擇并啟動訓練系統(tǒng)。③在模擬訓練過程中，ETC模塊按訓練任務想定文件和飛行員操作控制進程，完成與BCMP和MMC之間的嵌入式訓練數(shù)據(jù)交換，并通過數(shù)據(jù)鏈完成與其它參訓平臺之間的訓練信息交換。ETC模塊還需要根據(jù)規(guī)劃的目標信息、本機姿態(tài)位置信息、及飛行員的操作信息實時仿真解算，完成目標搜索、跟蹤和識別，并通過BCMP 送出顯控畫面進行顯示，飛行員根據(jù)顯控畫面進行武器控制。④武器控制解算階段，ETC武器外掛仿真模塊結合當前武器控制信息進行火控攻擊解算，在駕駛員平顯上實時生成虛擬目標的跟蹤、鎖定、攻擊等提示信息，受訓駕駛員一邊操縱飛機，一邊完成虛擬武器攻擊任務；同時通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送武器外掛及火控仿真信息、飛行員操控信息等，供其它參訓平臺實現(xiàn)實時監(jiān)視和仿真解算。⑤武器發(fā)射之后，ETC導彈彈道解算模塊根據(jù)發(fā)射點飛機姿態(tài)、位置數(shù)據(jù)等進行仿真計算，并給出實時攻擊仿真結果，通過數(shù)據(jù)鏈向其它參訓節(jié)點通報本地武器仿真結果。⑥訓練結束后，GSS 通過數(shù)據(jù)卡或數(shù)據(jù)鏈下載機載ETC 記錄的訓練數(shù)據(jù)，并結合本地記錄數(shù)據(jù)，按時序生成訓練區(qū)域內(nèi)的三維態(tài)勢回放演示，同時結合DVR 記錄的MFD 和HUD 視頻數(shù)據(jù)，對訓練過程評估，至此整個訓練過程結束。

三、集成式嵌入式訓練系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)架構

當今世界上的主流高級教練機（T-50、M-346及L-15等）有一個很鮮明的設計理念就是既有戰(zhàn)斗機的機動性，又有教練機的低速安全操縱性，實際上就是要低成本地再現(xiàn)了三代戰(zhàn)機的性能和系統(tǒng)功能[5]。由于針對上述飛機的不同任務能力及高性能方面的額外需求，其航空電子系統(tǒng)的復雜度不斷提升。從而導致需要集成更多的基于模塊的嵌入式處理器以便實現(xiàn)更多的航電功能 [7][8]。本文展示了一種高效的嵌入式訓練系統(tǒng)架構，與傳統(tǒng)嵌入式訓練系統(tǒng)架構相比，這種架構采用集成式設計思路，可有效實現(xiàn)具備數(shù)據(jù)鏈能力的低成本嵌入式訓練系統(tǒng)。圖2顯示了一種可能的集成式嵌入式訓練系統(tǒng)架構。在這一架構中，一體化機載嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈端機將不再需要。其中的1553B接口模塊、圖形處理模塊、數(shù)據(jù)鏈路模塊以及數(shù)據(jù)鏈端機均被淘汰，嵌入式訓練處理模塊將被集成到BCMP或MMC中。這就意味著嵌入式訓練視頻信號將在BCMP或MMC中統(tǒng)一生成并送顯。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)將被重構設計，以復用于實現(xiàn)嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈功能。

3.2機載嵌入式訓練系統(tǒng)集成設計

與傳統(tǒng)方法相比，這一擬定方法去除了獨立的一體化機載嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈端機，簡化了系統(tǒng)組成及互聯(lián)關系。僅在BCMP或MMC中增加了嵌入式訓練處理模塊；并對BCMP或MMC主處理器模塊、視頻處理模塊，以及CNI系統(tǒng)中數(shù)據(jù)鏈終端模塊、數(shù)據(jù)鏈信息處理模塊軟件進行必要升級改進即可。本機模擬結果及其它嵌入式訓練數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)鏈信息處理模塊和數(shù)據(jù)鏈終端模塊進行處理，并通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈機載端機傳送。也就是說，通過復用現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈設備實現(xiàn)了嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈功能。擬定方法需要對嵌入式訓練數(shù)據(jù)格式進行必要的封裝處理，使現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設備可識別并提供傳輸服務。通過這種必要的信息封裝處理，用戶定義的各種類型的信息都可通過一個通用的途徑進行交換。

3.3地面支持系統(tǒng)集成設計

通過對GSS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡管理及信息處理機軟件進行改進設計，并增加接口匹配及數(shù)據(jù)格式處理軟件，即可為GSS提供接入現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡的能力。通過擬定的地面支持系統(tǒng)集成設計，支持通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡實現(xiàn)訓練前任務規(guī)劃數(shù)據(jù)加載及訓練后的記錄數(shù)據(jù)下載；并可擴展包括訓練過程的實時輔助飛行安全監(jiān)控、訓練態(tài)勢監(jiān)視、實時評估和導調(diào)控制，以及實裝飛機與地面模擬器之間的聯(lián)網(wǎng)對抗訓練等在內(nèi)的嵌入式訓練能力。

四、結束語

作者在本文中擬定了一個高效的集成式嵌入式訓練系統(tǒng)實現(xiàn)架構。為實現(xiàn)集成式低成本嵌入式訓練系統(tǒng)，擬定架構中，機載嵌入式訓練計算機模塊的嵌入式訓練處理模塊僅集成在BCMP或MMC中；嵌入式訓練視頻信號通過BCMP或MMC中的視頻處理模塊進行集成式處理并統(tǒng)一送顯，無需單獨的嵌入式訓練圖形處理模塊。對于嵌入式訓練數(shù)據(jù)鏈來說，本機模擬的結果及其它嵌入式訓練相關數(shù)據(jù)信息通過CNI主機中的數(shù)據(jù)通信處理模塊進行統(tǒng)一處理，并通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈進行分發(fā)。這就意味著現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈功能模塊將在嵌入式訓練系統(tǒng)中得到全面復用。因此，通過這種方式可實現(xiàn)低成本嵌入式訓練系統(tǒng)且方便維護，符合軍事應用的要求。

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