李廣強，何 佳，李連華，藺祥楠

(空軍預警學院，武漢 430019)

0 引 言

隨著雷達模擬器[1-2]的不斷發(fā)展完善和軍事需求牽引，模擬訓練的逼真程度越來越高，但同時也暴露出模擬訓練的不足，主要表現(xiàn)在模擬器運行的想定[3-4]和真實的戰(zhàn)斗情況存在一定的差距，這導致了模擬訓練效果與實裝訓練效果之間存在差異。當前國內外對實戰(zhàn)化訓練中模擬訓練的發(fā)展做出的理論研究提出了實際裝備與模擬訓練相結合的思路，開發(fā)“實況式”訓練環(huán)境[5]，依據(jù)作戰(zhàn)、訓練、武器與模擬訓練裝備的關系確立了應用原則[6]?，F(xiàn)行裝備模擬訓練的開展基于模擬仿真系統(tǒng)[7]和半實物仿真系統(tǒng)，按照裝備運行機制[8-9]設計仿真軟件或搭建硬件系統(tǒng)[10]模擬產(chǎn)生訓練數(shù)據(jù)開展訓練。目前對實戰(zhàn)化訓練系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)有將實際裝備控制信號作為模擬系統(tǒng)中輸入信號的例子[11]，但尚無將實際裝備產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)實時動態(tài)地接入到雷達模擬器中的工程化實現(xiàn)案例。

針對這一空白領域，首次提出了雷達實裝與模擬器一體化的設計方案，將實裝數(shù)據(jù)與雷達模擬器進行互聯(lián)互通，在模擬訓練過程中引入真實空情數(shù)據(jù)，使學員能夠面對與實裝一致的訓練界面，采取與實裝操作一致的空情處置方式，和實裝同步開展作戰(zhàn)、值班訓練，實現(xiàn)戰(zhàn)訓一致，有效提高各專業(yè)學員適應戰(zhàn)場環(huán)境、處置異常空情的實戰(zhàn)能力。

1 總體設計

立足現(xiàn)有裝備條件，在模擬訓練過程中引入真實雷達數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雷達裝備與模擬器之間的數(shù)據(jù)橋接，構建一體化教學訓練平臺。實裝與模擬器一體化教學平臺主要包括雷達信號源編碼設備、雷達終端視頻編碼設備、橋接傳輸單元、雷達信號源解碼設備、雷達終端視頻解碼設備、訓練管理服務平臺以及雷達模擬器和模擬訓練終端等，其組成框圖如圖1所示。

圖1 雷達實裝與模擬器一體化訓練平臺組成框圖

雷達信號源編碼設備采集雷達實裝的原始視頻信息、檢測視頻信息并編碼成統(tǒng)一網(wǎng)絡數(shù)據(jù)格式。雷達終端視頻編碼設備采集雷達錄取終端視頻圖形陣列(VGA)信息。雷達信號源編碼設備與雷達終端視頻編碼設備輸出的網(wǎng)絡信號接入傳輸設備后，以以太網(wǎng)或光纖通信的方式發(fā)送。

訓練管理服務平臺實時接收雷達信號源編碼設備和雷達終端視頻編碼設備傳輸?shù)男畔⒉⒔獯a壓縮后存儲，供雷達模擬器實時調用或事后調用。雷達模擬器訪問訓練管理服務平臺實現(xiàn)對訓練管理服務平臺中的存儲數(shù)據(jù)信息和訓練終端的管理。同時雷達模擬器調取視頻信息編寫想定文件存入訓練管理服務平臺，在訓練終端登陸訓練管理服務平臺調取視頻數(shù)據(jù)和想定文件為訓練人員提供訓練素材。

2 硬件設計

雷達實裝與一體化平臺硬件部分包括雷達綜合信息采集編碼單元和雷達綜合信息解碼分發(fā)單元。

2.1 雷達綜合信息采集編碼單元

雷達綜合信息采集編碼單元安裝在雷達方艙內，主要由數(shù)據(jù)采集主板、視頻信號/點航跡信號/空情數(shù)據(jù)信號接口板、電話/網(wǎng)口接口板、工作參數(shù)控制模塊、工作參數(shù)指示屏、工作狀態(tài)指示模塊和電源模塊等組成。其功能框圖如圖2所示。

圖2 雷達綜合信息采集單元功能框圖

數(shù)據(jù)采集主板主要由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)模塊、CPU模塊、電源模塊、接口模塊組成。FPGA模塊負責接收情報信號、視頻信號、點跡信號、航跡信號和電話信號，對所有采集接收到的信號進行光纖協(xié)議編碼；CPU模塊負責配置FPGA，負責外部交互界面和FPGA通信；電源模塊負責將DC12 V轉換為FPGA和CPU需要的電壓供系統(tǒng)使用；接口模塊主要是光口和網(wǎng)口，負責完成和遠端綜合信號解碼單元之間的通信，數(shù)據(jù)帶寬能達到萬兆/s。

2.2 雷達綜合信息解碼分發(fā)單元

雷達綜合信息解碼分發(fā)單元的輸入信號為雷達信息采集編碼單元提供的光纖信號和網(wǎng)絡信號，輸出信號為光纖或以太網(wǎng)信號，分發(fā)給雷達模擬器。雷達綜合信息解碼分發(fā)單元主要由高速數(shù)據(jù)接口模塊、FPGA模塊、解碼交換模塊、核心處理板等組成，其組成原理框圖如圖3所示。該設備有兩種工作方式：一種是將雷達錄取終端顯示圖像信號采集后進行編碼壓縮，同時在本地進行實時存儲；另一種是將圖像信號采集后進行壓縮編碼，然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸，最后在遠端進行數(shù)據(jù)存儲的同時進行解碼顯示。

圖3 雷達綜合信息解碼分發(fā)單元原理框圖

雷達綜合信息編碼單元傳來的情報、原始視頻、點跡、航跡等信息經(jīng)高速數(shù)據(jù)接口模塊傳給FPGA模塊，經(jīng)FPGA模塊解碼后送往解碼交換模塊，核心處理板將所需要的數(shù)據(jù)信息按不同類型進行分類選擇，分別輸出到相應的系統(tǒng)。同時對錯誤數(shù)據(jù)進行判斷、識別、舍棄。

3 軟件設計

雷達實裝與一體化平臺的應用軟件主要由服務器軟件、訓練管理終端軟件、操作管理軟件等組成，各軟件包含相應功能模塊。

3.1 服務器軟件

服務器軟件由數(shù)據(jù)庫軟件和控制管理軟件組成。數(shù)據(jù)庫軟件組成模塊為SQL-SERVER[12-13]，控制管理軟件由訓練信息轉發(fā)，雷達原始視頻轉發(fā)、存儲、處理等，文件上傳下載，回波提取，想定加載，目標回波匹配等軟件模塊組成。控制管理軟件組成框圖如圖4所示。

圖4 控制管理軟件組成框圖

服務器是系統(tǒng)管理的核心，負責系統(tǒng)中所有設備的上、下線及工作狀態(tài)的管理，同時對系統(tǒng)中用戶登錄認證、訪問權限分配進行管理；也是系統(tǒng)的信號交換中樞，負責系統(tǒng)中設備間的信令、數(shù)據(jù)的交互和轉發(fā)；還是系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)倉庫，各設備的初始運行環(huán)境參數(shù)，全都備份保存在中心服務器上，方便在進行系統(tǒng)維護更換設備時最快地恢復系統(tǒng)運行狀態(tài)。

3.2 訓練管理終端軟件

教練員通過訓練管理終端管理中心數(shù)據(jù)服務器和訓練終端。訓練管理終端包括人員管理、訓練管理、訓練監(jiān)控、視頻源管理、想定制作、想定管理、存儲管理、設備管理、系統(tǒng)管理、回波提取等10個軟件模塊。訓練管理終端軟件組成框圖如圖5所示。

圖5 訓練管理終端軟件組成框圖

其中，人員管理模塊、設備管理模塊、系統(tǒng)管理模塊監(jiān)控系統(tǒng)中硬件的上、下線和工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫的連接、系統(tǒng)測試以及管理用戶登錄和訪問數(shù)據(jù)庫權限設置?；夭ㄌ崛∧K允許教練員對雷達探測的目標回波進行手動提取，為下一步想定航跡的目標回波匹配作準備。通過想定制作、想定管理模塊編寫生成想定文件，供訓練人員使用。想定編寫時根據(jù)需要選擇目標類型設計航跡，系統(tǒng)調取目標庫中相應目標模型生成想定回波，生成想定航跡與真實目標的疊加文件。存儲管理模塊、視頻源管理模塊提供系統(tǒng)資源管理入口，根據(jù)需要增減或修改數(shù)據(jù)訓練管理服務中存儲的視頻資源。訓練管理軟件中的訓練管理模塊、訓練監(jiān)控模塊能夠實時掌握訓練人員訓練操作情況。

3.3 操作管理軟件

為更好地進行操作訓練，實裝與模擬器一體化教學訓練平臺增加了操作管理軟件。該軟件包含人機交互模塊、訓練平臺模塊、運算處理模塊、訓練評估模塊、通信模塊。其組成框圖如圖6所示。

圖6 操作管理軟件組成框圖

其中，人機交互模塊功能是實現(xiàn)訓練軟件與訓練人員的信息交互。軟件根據(jù)實際裝備操作、顯示方式設置輸入、輸出形式，滿足訓練人員實裝操作訓練。

運算處理模塊功能是通過軟件實現(xiàn)雷達實裝采取的信號處理、數(shù)據(jù)處理功能。

訓練平臺模塊是將雷達陣地的部署、目標環(huán)境、干擾情況等因素融入訓練平臺，將實際空情、目標環(huán)境、空中態(tài)勢等數(shù)據(jù)進行實時顯示。同時將實裝雷達的操作方式、戰(zhàn)術手段等因素融入訓練平臺。根據(jù)實裝界面提供雷達視頻顯示(PPI/B/A/三維)模式、目標開窗、跟蹤開窗等。

訓練評估模塊通過對實際空情的錄取，以考核人員采用不同錄取方式(手動、半主動)錄取的點航跡信息與真實信息進行比對并進行評判。

通信模塊功能在于支持訓練軟件與中心數(shù)據(jù)服務器的登陸訪問和視頻資源點播。同時上傳訓練終端實時視頻數(shù)據(jù)供訓練管理終端調取。

4 應用分析

在模擬訓練中，目標環(huán)境和電磁環(huán)境是通過模擬方式產(chǎn)生的，和實裝有一定的差別。當采用雷達實裝與模擬器一體化平臺訓練時，雷達實裝原始信號和錄取后的情報作為目標和環(huán)境數(shù)據(jù)由雷達信號橋接模塊進入雷達模擬器，模擬器錄取顯示器上的目標來自實裝目標回波信號，雜波數(shù)據(jù)來自實裝的雜波信號，電子干擾數(shù)據(jù)來自實裝的干擾信號，從而使在雷達模擬器上進行訓練的學員面臨的是和實裝完全一致的訓練環(huán)境。由于此時模擬器顯示的就是和雷達實裝一致的畫面，因此學員可以身臨其境地參與到實戰(zhàn)訓練中，使得實裝和模擬的界限變得模糊，模擬訓練變得更加真實。雷達模擬器訓練監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 訓練監(jiān)控界面

5 結束語

為解決雷達模擬訓練“真實性”問題以及實現(xiàn)部隊的戰(zhàn)訓同步問題，提出了“雷達實裝與模擬器一體化”的設計方案，為訓練人員提供實裝、實情、實兵、實景的訓練環(huán)境。一體化平臺通過硬件設備采集和編碼雷達回波數(shù)據(jù)和錄取終端視頻數(shù)據(jù)，實時傳入數(shù)據(jù)服務器。實現(xiàn)的關鍵是從實裝接引真實視頻數(shù)據(jù)進行存儲，滿足實時調用和事后提取。給出了系統(tǒng)組成及硬件和軟件實現(xiàn)方法之后，下一步的研究將針對系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、圖像處理進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)可靠性和擬真度。