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(wèi)星通信設(shè)備易損壞、實裝教學和訓練難以組織的問題，研發(fā)模擬仿真訓練系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模擬仿真和實裝設(shè)備相結(jié)合、硬件仿真和軟件模擬相結(jié)合的設(shè)計方法，分為模擬設(shè)備集成墻和控制端兩大模塊，使用無線網(wǎng)絡(luò)連接。模擬設(shè)備集成墻包括集成墻設(shè)備架、模擬硬件設(shè)備和實裝硬件設(shè)備3部分；控制端包括電腦及部分通信設(shè)備。系統(tǒng)實現(xiàn)了模擬操作訓練、錯誤操作提示、模擬通聯(lián)過程和模擬操作考核的功能。

關(guān)鍵詞：指揮通信車；模擬仿真；訓練系統(tǒng)；設(shè)計與實現(xiàn)

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(shè)備，容易損壞設(shè)備，影響部隊遂行多樣化任務(wù)。使用指揮通信車模擬仿真訓練系統(tǒng)[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(zhàn)備狀態(tài)[2]，軍事效益明顯。

1研發(fā)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(wèi)星通信為核心手段，有效結(jié)合短波通信、超短波通信、數(shù)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(wù)現(xiàn)場進行高效靈活的指揮，又可實現(xiàn)遠程語音、數(shù)據(jù)及圖像等業(yè)務(wù)的傳輸，為部隊遂行多樣化任務(wù)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(wù)信息通信保障的主戰(zhàn)裝備，在“十一五”期間配備少量單位，經(jīng)使用單位反饋意見裝備定型生產(chǎn)；“十三五”期間支隊級單位全部配齊，覆蓋最廣、數(shù)量最大、應用最多。既是在職通信技術(shù)干部和生長干部學員學習培訓的主要機動通信系統(tǒng)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(shù)復雜、制作精密、價格昂貴、生產(chǎn)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(wèi)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(zhàn)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(tǒng)[7]，以提高實操技能、降低裝備損耗、節(jié)約衛(wèi)星通信資源、提高教學訓練效益。

2系統(tǒng)研發(fā)

2.1總體思路

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

2.2技術(shù)方案

采用模擬仿真和實裝設(shè)備相結(jié)合、硬件仿真和軟件模擬相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計方法[9]，把系統(tǒng)分為模擬設(shè)備集成墻和模擬固定通信臺站兩大模塊，使用無線網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)按軟硬件功能模塊分別進行研制開發(fā)[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(shù)原理包括：衛(wèi)星通信技術(shù)、單片機時分復用、Session會話機制應用、軟件開發(fā)、虛擬仿真制作和物理仿真制作等。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)連接關(guān)系如圖2所示。

2.2.1模擬設(shè)備集成墻

模擬設(shè)備集成墻設(shè)計制作采用整體塑型、模塊設(shè)計、外觀仿真、實裝嵌入、功能模擬及總線控制的方法。根據(jù)實裝結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能區(qū)分，模擬設(shè)備集成墻分為集成墻設(shè)備架、模擬硬件設(shè)備和實裝硬件設(shè)備[11]3個部分。

（1）集成墻設(shè)備架

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

（2）模擬硬件設(shè)備

模擬硬件設(shè)備是系統(tǒng)硬件模擬仿真的重點內(nèi)容。各單元分別由模擬顯示屏、模擬按鍵、模擬開關(guān)和指示燈及特殊功能接口等外置硬件，內(nèi)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(tǒng)組合模擬實現(xiàn)，其操作、顯示以及操作結(jié)果與實裝一致[12]。

（3）實裝硬件設(shè)備

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

2.2.2控制端

（1）控制端硬件設(shè)備

控制端又稱教員機，由主控單元和信息通信設(shè)備兩部分組成。主控單元是一臺筆記本電腦，內(nèi)裝數(shù)據(jù)通信、訓練和考核軟件。筆記本電腦底座內(nèi)置2.4 GB微波通信設(shè)備和語音網(wǎng)關(guān)，外連電話機、傳真機和攝像機?？刂贫藢崿F(xiàn)對模擬設(shè)備集成墻的真實控制和模擬通信功能，同時兼?zhèn)涿}、考核和歷史記錄的管理功能[13]。

（2）控制端系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件基于Windows系統(tǒng)和嵌入式Wince系統(tǒng)平臺，采用匯編語言、C/C++語言和PHP語言進行開發(fā)，由嵌入式模塊控制、上位機控制、中心控制、Web訪問接口、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理及考核控制等軟件組成，支持系統(tǒng)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(tài)顯示控制和電源開關(guān)的狀態(tài)控制實現(xiàn)各仿真模塊的功能，并負責與上位機控件系統(tǒng)進行通信，向上位機發(fā)送各控制的狀態(tài)指示信息，接收并執(zhí)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(tǒng)進行通信，發(fā)送指令，并將相關(guān)狀態(tài)信息寫入數(shù)據(jù)庫。中心控制軟件主要用于協(xié)調(diào)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(fā)，實現(xiàn)通過Web方式訪問、控制各模擬仿真設(shè)備，并能夠進行考核設(shè)置[16]。數(shù)據(jù)庫軟件主要用于存儲各子系統(tǒng)配置信息、狀態(tài)信息和考核結(jié)果等。系統(tǒng)管理軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括系統(tǒng)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?？己丝刂栖浖糜趨f(xié)調(diào)控制端和模擬設(shè)備集成墻之間進行考核，對考核結(jié)果進行評定，包括考核設(shè)置、成績評定及存儲打印等[17]。

3系統(tǒng)研發(fā)創(chuàng)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(tǒng)采用物理仿真和軟件模擬相結(jié)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(zhàn)備完好率；③實聯(lián)實通訓練占用衛(wèi)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?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，判斷設(shè)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(shù)據(jù)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(chǎn)生錯誤代碼，觸發(fā)報警系統(tǒng)發(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)應用解決了考核環(huán)境因素影響、衛(wèi)星信道資源受限和評判標準不統(tǒng)一問題，保證隨機考核、自動評判、標準一致。

4結(jié)束語

該系統(tǒng)定型生產(chǎn)，列裝了20個單位，并獲得戰(zhàn)區(qū)部隊級科技進步二等獎。在保證實裝良好的戰(zhàn)備狀態(tài)情況下，通過模擬訓練培養(yǎng)了5 000多名指揮通信車操作人員，促進了部隊戰(zhàn)斗力生成，產(chǎn)生了良好的軍事經(jīng)濟效益。

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