陳英豪 高美珍 李金猛 洪家平

（1.湖北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 黃石 435002）（2.湖北師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 黃石 435002）

（3.中國(guó)人民解放軍91919部隊(duì) 黃岡 438000）

1 引言

模擬訓(xùn)練以安全、經(jīng)濟(jì)、可控、可重復(fù)、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、不受氣候條件和場(chǎng)地空間限制、既能進(jìn)行常規(guī)操作訓(xùn)練，又能培養(yǎng)應(yīng)對(duì)各種事故的能力，以及訓(xùn)練的高效率、高效益等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，一直受到各國(guó)軍方的高度重視［1］，特別是當(dāng)前軍費(fèi)縮減、武器裝備日趨復(fù)雜和兵器采辦費(fèi)用不斷增加的情況下，世界各國(guó)軍事部門均將模擬訓(xùn)練視為軍事訓(xùn)練必不可少的甚至是唯一安全、經(jīng)濟(jì)而有效的工具和手段加以重點(diǎn)發(fā)展［2］。模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是目前各國(guó)軍隊(duì)大力發(fā)展的技術(shù)之一。美國(guó)早在1983 年開(kāi)發(fā)出了“平臺(tái)級(jí)的分布交互式仿真協(xié)議”。1995 年后，美軍為了解決整個(gè)國(guó)防領(lǐng)域里的多種模型、仿真系統(tǒng)和C4I系統(tǒng)的互聯(lián)互操作問(wèn)題，又開(kāi)發(fā)出“高層體系結(jié)構(gòu)”（High Level Architecture，HLA）。再進(jìn)一步則是開(kāi)發(fā)在HLA 基礎(chǔ)之上的“分布交互式仿真協(xié)議”DIS++［3］。

我國(guó)是發(fā)展和應(yīng)用模擬訓(xùn)練技術(shù)較早的國(guó)家之一，先后研制成功了各種配套的飛行模擬器、防空導(dǎo)彈武器指揮控制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代在分布式交互仿真（DLS）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)和計(jì)算機(jī)生成兵力（CGF）技術(shù)等方面的研究和應(yīng)用上獲得了跨越式發(fā)展，例如:某軍區(qū)成功研制了某型號(hào)飛行模擬訓(xùn)練器，建成了基于DLS 和HLA 混合體系結(jié)構(gòu)和虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與人在回路的綜合防空多武器平臺(tái)仿真示范系統(tǒng)［4］。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行載機(jī)建模、多目標(biāo)仿真、DirectDraw 技術(shù)仿真生成雷達(dá)圖像的機(jī)載火控雷達(dá)模擬訓(xùn)練器等［5］。

但是，目前的模擬訓(xùn)練器，主要偏向主戰(zhàn)裝備（如坦克、飛機(jī)、槍械等），對(duì)于技術(shù)裝備的訓(xùn)練，還有很大的缺陷。目前在“模擬訓(xùn)練”上仍然存在的“散”、“差”、“窄”、“少”等問(wèn)題，極大影響和制約模擬訓(xùn)練器/系統(tǒng)的迅速發(fā)展［6～7］，而作為戰(zhàn)時(shí)主要通信工具的短波通信其相應(yīng)的模擬訓(xùn)練器還未出現(xiàn)在部隊(duì)的訓(xùn)練體系中［8］。

通信對(duì)抗在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演著非常重要的角色，而通信偵察與干擾作為通信對(duì)抗領(lǐng)域中最主動(dòng)、最積極和最富有進(jìn)攻性的一個(gè)重要方面［9］，影響自然不言而喻。同時(shí)，現(xiàn)在又是信息膨脹的時(shí)代，所以，在信息化戰(zhàn)場(chǎng)上準(zhǔn)確可靠獲取敵方信息的偵察技術(shù)與破壞、攻擊敵方信息的干擾技術(shù)將在戰(zhàn)爭(zhēng)中起到不可估量的積極作用［10］。因此，加強(qiáng)對(duì)通信偵察與干擾的訓(xùn)練，讓大家熟練感知通信偵察與干擾的對(duì)抗效果，在戰(zhàn)時(shí)能及時(shí)反應(yīng)、及時(shí)辨別，并為采取有效的通信對(duì)抗措施做出正確的輔助決策就顯得尤為重要［11］。

本文針對(duì)短波通信對(duì)抗業(yè)務(wù)訓(xùn)練需求，為提高通信訓(xùn)練水平，減少對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的磨損，設(shè)計(jì)了一種集偵察、輔助偵察與干擾于一體的短波綜合模擬訓(xùn)練平臺(tái)。

2 系統(tǒng)總體方案

偵察、輔助偵察和干擾綜合模擬訓(xùn)練平臺(tái)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)功能框圖如圖1 所示。由教控臺(tái)、偵察機(jī)柜模擬系統(tǒng)、輔助偵察機(jī)柜模擬系統(tǒng)和干擾機(jī)柜模擬系統(tǒng)四部分組成。其中偵察機(jī)柜模擬系統(tǒng)由短波數(shù)字搜索顯示模塊、通信信息處理模塊、信號(hào)源生成模塊、面板控制功能模塊組成；輔助偵察機(jī)柜模擬系統(tǒng)由綜合顯控功能模塊、短波數(shù)字分析接收機(jī)模塊、面板控制功能模塊組成、面板控制單元組成；干擾機(jī)柜模擬系統(tǒng)由干擾柜模擬臺(tái)面板控制功能模塊和干擾機(jī)柜面板控制單元組成。

3 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)工具

本方案所采用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Windows 操作系統(tǒng)，幵發(fā)工具為Visual C++及Matlab，Matlab 具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能及簡(jiǎn)單易用的開(kāi)放式、可擴(kuò)展環(huán)境以及多達(dá)30 多個(gè)面向不同領(lǐng)域而擴(kuò)展的工具箱支持，這使得Matlab 在許多學(xué)科領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析、算法研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)。Mathworks 公司為Matlab提供了多種應(yīng)用程序接口，允許Matlab和其它應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且提供了數(shù)學(xué)和圖形函數(shù)庫(kù)，為在其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中調(diào)用Matlab的高效算法提供了可能。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

Visual C++語(yǔ)言是新一代的基于面向?qū)ο螅∣OP）概念的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它的面向?qū)ο蟾拍罡臃铣绦騿T開(kāi)發(fā)軟件的思維習(xí)慣。類封裝、多態(tài)及繼承派生的技術(shù)非常適合軟件的移植和維護(hù)，因此使用Visual C++作為開(kāi)發(fā)工具有助于提高軟件工程的質(zhì)量。

在本方案中Matlab 與Visual C++結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)混合編程，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，將對(duì)在規(guī)定的時(shí)限完成模擬系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試起到極大的推動(dòng)作用［12］。

4 系統(tǒng)各組成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 短波數(shù)字搜索顯示模塊

本模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)短波搜索接收機(jī)的模擬仿真，其硬件組成如圖2 所示，包括顯示及控制部分，實(shí)現(xiàn)模擬搜索接收機(jī)顯示面板功能。

該模塊軟件部分功能為:模擬搜索接收機(jī)實(shí)裝操作功能；模擬系統(tǒng)內(nèi)部通信，完成綜合顯控設(shè)備對(duì)分機(jī)的遠(yuǎn)程控制和通信。其軟件模塊由裝備訓(xùn)練模擬與訓(xùn)練考核通信兩大子模塊組成，前者包含信號(hào)搜索、ALE信號(hào)搜索、界面菜單模擬、信號(hào)瀑布圖顯示與信號(hào)參數(shù)設(shè)置等功能，后者主要由模擬信號(hào)接收、系統(tǒng)內(nèi)部控制、用戶操作記錄與用戶操作上報(bào)等功能。

4.2 通信信息處理功能模塊

該部分模塊用于實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下的通信信號(hào)模擬，以及模擬對(duì)通信信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別、特征分析以及參數(shù)提取，其軟件模塊主要由短波通信信道模擬與通信信號(hào)處理兩部分組成，前者主要模擬了多普勒頻移與擴(kuò)展、多徑時(shí)延以及高斯白噪聲等信道特性，后者包括了通信信號(hào)的檢測(cè)、設(shè)別、特征分析以及參數(shù)提取。

圖2 短波數(shù)字搜索顯示模塊硬件組成圖

該模塊軟件根據(jù)不同的需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的界面及子程序模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的功能。它采用多線程方式來(lái)并行執(zhí)行。系統(tǒng)軟件啟動(dòng)后，首先對(duì)軟件進(jìn)行初始化設(shè)置，如網(wǎng)絡(luò)通信中相關(guān)協(xié)議、本地地址、本地端口、遠(yuǎn)端地址、遠(yuǎn)端端口等初始化；然后與教練臺(tái)等工控機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，如果連接成功，則可進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通信。

4.3 信號(hào)源生成模塊

該模塊有背景信號(hào)生成子模塊、目標(biāo)信號(hào)生成子模塊組成，用于模擬真實(shí)中的背景信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)，其軟件主要由背景信號(hào)生成子模塊與目標(biāo)信號(hào)生成子模塊組成，背景信號(hào)生成子模塊模擬背景噪聲環(huán)境、提供動(dòng)態(tài)背景信號(hào)，目標(biāo)信號(hào)生成子模塊包括信號(hào)生成方案編輯、信號(hào)實(shí)時(shí)處理與信號(hào)狀態(tài)記錄。

在本方案中Matlab 與Visual C++通過(guò)混合編程可較容易實(shí)現(xiàn)背景信號(hào)生成子模塊、目標(biāo)信號(hào)生成子模塊的功能。

根據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB2077-94 規(guī)定，調(diào)制解調(diào)方式采用低速的8FSK調(diào)制方式。多元FSK方式具有簡(jiǎn)單的調(diào)制方式和較強(qiáng)的抗干擾和衰落性能，是目前各種ALE系統(tǒng)完成通信聯(lián)絡(luò)的首選方式。

4.4 各機(jī)柜面板控制功能模塊

偵察機(jī)柜面板控制功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)面板控制部分模擬，由控制子模塊及鍵盤、輸入子模塊、輸出子模塊組成，其組成如圖2 短波數(shù)字搜索顯示模塊硬件組成圖所示。

干擾機(jī)模擬臺(tái)面面板控制功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電路的模擬仿真，主要由輸入子模塊、輸出模塊及控制子模塊構(gòu)成；輔助偵察機(jī)柜模擬臺(tái)面面板控制功能模塊主要實(shí)現(xiàn)模擬臺(tái)面板控制功能的模擬仿真，主要由輸入子模塊、輸出模塊及控制子模塊構(gòu)成。其硬件組成均如圖2所示。

4.5 綜合顯控功能模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合顯控臺(tái)的模擬仿真，主要由狀態(tài)指示模塊、顯示模塊及控制子模塊構(gòu)成，其硬件組成如圖2 所示。該模塊軟件由裝備功能模擬子模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)管理子模塊組成，裝備功能模擬子模塊主要模擬實(shí)裝軟件與系統(tǒng)內(nèi)部通信。

綜合顯控功能模塊操作界面采用搜索接收機(jī)前面板真實(shí)照片，模擬出真實(shí)搜索接收機(jī)界面，通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)搜索接收機(jī)進(jìn)行操作。在鼠標(biāo)上對(duì)搜索接收機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，獲取鼠標(biāo)的位置信息，判斷鼠標(biāo)位置對(duì)應(yīng)模擬搜索接收機(jī)的位置，針對(duì)不同的位置，對(duì)模擬搜索接收機(jī)的按鍵或旋鈕開(kāi)關(guān)顯示效果以及顯示屏顯示內(nèi)容進(jìn)行處理。不同的旋鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拍攝實(shí)裝設(shè)備照片實(shí)現(xiàn)，采用Visual C++圖形處理技術(shù)設(shè)置按鍵按下的效果，設(shè)計(jì)用戶規(guī)定的搜索接收機(jī)顯示屏的效果和內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL 5.1 MySQL。

4.6 短波數(shù)字分析接收機(jī)模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)短波數(shù)字分析接收機(jī)的模擬仿真，硬件主要由顯示子模塊及控制子模塊構(gòu)成，其軟件由裝備功能模擬子模塊與訓(xùn)練考核通信子模塊組成，裝備功能模擬子模塊模擬分析接收機(jī)實(shí)裝功能與系統(tǒng)內(nèi)部通信。

短波數(shù)字分析接收機(jī)模塊軟件是基于平臺(tái)Windows操作系統(tǒng)、應(yīng)用工具Visual C++開(kāi)發(fā)的，根據(jù)用戶需求，將本模塊軟件劃分為若干功能子模塊，根據(jù)不同的模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能界面并配合數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體方法同綜合顯控功能模塊軟件設(shè)計(jì)。

4.7 輔助偵察機(jī)柜、干擾機(jī)柜面板控制單元

輔助偵察機(jī)柜面板控制單元主要實(shí)現(xiàn)輔助偵察機(jī)柜面板控制功能的模擬仿真，主要由輸入子模塊、輸出模塊及控制子模塊構(gòu)成，其硬件組成如圖2所示。

干擾機(jī)柜面板控制單元主要實(shí)現(xiàn)干擾機(jī)柜面板控制功能的模擬仿真，主要由薄膜鍵盤、數(shù)碼管顯示模塊及控制模塊構(gòu)成。

4.8 技術(shù)保障功能模塊

技術(shù)保障功能模塊主要完成設(shè)備資料、故障案例、維修訓(xùn)練系統(tǒng)的管理、對(duì)設(shè)備名稱、型號(hào)相關(guān)資料、維修資料、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)相關(guān)進(jìn)行完善、存儲(chǔ)；根據(jù)專家在與用戶交流設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷的過(guò)程中，對(duì)案例庫(kù)不斷更新完善。

開(kāi)發(fā)技術(shù)保障功能模塊使用Visual C++編程語(yǔ)言，采用了常用的ODBC 技術(shù)［13］，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用My SQL。開(kāi)發(fā)技術(shù)保障功能模塊由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是設(shè)備資料管理子模塊、故障案例庫(kù)子模塊、系統(tǒng)管理子模塊。

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)，一方面，戰(zhàn)爭(zhēng)的信息化程度更高、通信對(duì)抗程度更加激烈，另一方面，在平時(shí)的備戰(zhàn)打仗更應(yīng)該真抓實(shí)干、緊貼實(shí)戰(zhàn)。只有平時(shí)在訓(xùn)法上下足功夫，戰(zhàn)時(shí)才更能遂行打贏任務(wù)。基于通信對(duì)抗的短波綜合模擬訓(xùn)練平臺(tái)的研制與列裝將為我軍戰(zhàn)斗力的切實(shí)提高發(fā)揮到應(yīng)有的貢獻(xiàn)。