沈 楠

（國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院，合肥 230037）

0引言

空情標(biāo)圖［1-2］是將雷達(dá)站獲得的空中情報，通過使用軍隊標(biāo)號、雷達(dá)兵專用符號和文字標(biāo)繪在軍事地圖上的作業(yè)?？涨闃?biāo)圖訓(xùn)練是提高相關(guān)單位標(biāo)圖人員空情聽抄、標(biāo)繪能力的必要條件，對于完成各類演訓(xùn)活動的空情標(biāo)圖保障任務(wù)具有“保底”意義。當(dāng)前，一些單位的空情標(biāo)圖訓(xùn)練存在以下問題［3-5］：采用聽錄音帶訓(xùn)練時，播報空情的航線數(shù)量、內(nèi)容和速度不易調(diào)節(jié)；采用訓(xùn)練機(jī)訓(xùn)練時，以固定場所室內(nèi)訓(xùn)練為主，不便于野外條件使用，且播報空情不自動評分、空情密語不易修改。因此，研究和設(shè)計一款訓(xùn)練難度靈活設(shè)置、使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、訓(xùn)練效果自動評估的空情態(tài)勢報知訓(xùn)練器，對于提升標(biāo)圖人員的專業(yè)能力、相關(guān)單位空情標(biāo)圖的組訓(xùn)能力具有較好的現(xiàn)實意義。

1 訓(xùn)練需求分析

空情標(biāo)圖訓(xùn)練由施訓(xùn)者和受訓(xùn)者組成，訓(xùn)練流程包括［1］：設(shè)置訓(xùn)練方案、播報空情語音、標(biāo)繪空情信息、開展訓(xùn)練講評。訓(xùn)練需求主要包括：訓(xùn)練功能需求和使用條件需求。

1.1 訓(xùn)練功能需求

依據(jù)空情標(biāo)圖訓(xùn)練流程，訓(xùn)練功能需求如下：

1）設(shè)置訓(xùn)練方案。由施訓(xùn)者實施，能夠設(shè)置多條飛行航線及各航跡點信息，可針對標(biāo)圖人員的訓(xùn)練層次和訓(xùn)練水平，靈活設(shè)置訓(xùn)練難易程度。

2）播報空情信息。依據(jù)訓(xùn)練方案、空情報知規(guī)則，生成空情信息編碼，并進(jìn)行語音播報。

3）標(biāo)繪空情信息。由受訓(xùn)者實施，依據(jù)播報的空情信息，在標(biāo)圖白板標(biāo)繪對應(yīng)的航線點跡。

4）開展訓(xùn)練講評。由施訓(xùn)者實施，依據(jù)設(shè)置的航線點跡，通過比對受訓(xùn)者的標(biāo)繪航線點跡，評判訓(xùn)練成績、分析存在問題。

1.2 使用條件需求

由于日常戰(zhàn)備值班、野外綜合演訓(xùn)均有空情標(biāo)圖業(yè)務(wù)需求，因此，空情標(biāo)圖訓(xùn)練的使用需求如下：

1）可在環(huán)境干擾較弱的室內(nèi)開展訓(xùn)練，也可在環(huán)境干擾較強(qiáng)的野外開展訓(xùn)練。

2）可在傳統(tǒng)標(biāo)圖白板上開展手工標(biāo)圖，也可借助計算機(jī)訓(xùn)練平臺上開展電子標(biāo)圖。

3）訓(xùn)練設(shè)備器材可拆裝、輕便、牢固，便于攜行。

2 訓(xùn)練器架構(gòu)設(shè)計

2.1 硬件架構(gòu)

針對空情標(biāo)圖訓(xùn)練的使用條件需求，采用野戰(zhàn)化、小型化的思路［6］，設(shè)計了訓(xùn)練器的硬件架構(gòu)，由1 臺系統(tǒng)主機(jī)、1 臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)和無線耳機(jī)組成，如圖1 所示。系統(tǒng)主機(jī)生成空情語音后，通過調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)射，受訓(xùn)者通過無線耳機(jī)收聽。

2.2 軟件架構(gòu)

圖1 空情態(tài)勢報知訓(xùn)練器硬件架構(gòu)

針對空情標(biāo)圖訓(xùn)練的功能需求，采用施訓(xùn)者和受訓(xùn)者輪流作業(yè)、所見即所得圖上操作的思路［7-8］，設(shè)計了面向施訓(xùn)者的“空情態(tài)勢報知訓(xùn)練組織軟件”和面向受訓(xùn)者的“空情態(tài)勢報知訓(xùn)練作業(yè)軟件”，兩個軟件在訓(xùn)練信息系統(tǒng)公共平臺（提供地圖、軍隊標(biāo)號等基礎(chǔ)功能）的基礎(chǔ)上，通過“空情態(tài)勢報知訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫”進(jìn)行交互。軟件架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 空情態(tài)勢報知訓(xùn)練器軟件架構(gòu)

空情態(tài)勢報知訓(xùn)練組織軟件和訓(xùn)練作業(yè)軟件的主要功能如圖3 所示。

圖3 空情態(tài)勢報知訓(xùn)練組織軟件和作業(yè)軟件功能模塊

各主要模塊的功能設(shè)計如下：

1）飛行航線管理模塊。施訓(xùn)者在數(shù)字地圖上標(biāo)注飛行航線，首先標(biāo)注航線各航跡點基礎(chǔ)信息：機(jī)型、數(shù)量、路跡和時間（出現(xiàn)和消失時間），然后標(biāo)注航跡點附加信息：起點、高度改變、類型數(shù)量改變、積極干擾、消極干擾、復(fù)合干擾、干擾消失、擊落敵機(jī)、我機(jī)遇險、分批與合批，訓(xùn)練組織軟件可保存、修改、刪除飛行航線。

2）訓(xùn)練方案設(shè)置模塊。設(shè)置對受訓(xùn)者的訓(xùn)練內(nèi)容和難度，包括：航跡數(shù)量、播報間隔、播報速度、99方格顯示設(shè)置。

3）空情編碼生成模塊。依據(jù)空情報知的格式，包括：情報類別密語、方格坐標(biāo)、高度、型別數(shù)量和時間（發(fā)現(xiàn)/消失）等信息的基本格式，對飛行航跡點信息進(jìn)行編碼，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。

4）訓(xùn)練成績評定模塊。從數(shù)據(jù)庫中讀取受訓(xùn)者的空情態(tài)勢標(biāo)繪作業(yè)，通過對比施訓(xùn)者的空情態(tài)勢報知信息，依據(jù)評估模型給出受訓(xùn)者的訓(xùn)練成績，并講評作業(yè)。

5）空情態(tài)勢播報模塊。依據(jù)態(tài)勢報知情報編碼、態(tài)勢報知習(xí)慣、方案設(shè)置的播報間隔和速度，采用語音合成技術(shù)向受訓(xùn)者播報編碼。

6）空情標(biāo)圖作業(yè)模塊。受訓(xùn)者依據(jù)系統(tǒng)播報的空情態(tài)勢報知情報，在9×9 的方格白板上聽抄和標(biāo)繪空情態(tài)勢情報，聽抄內(nèi)容包括：目標(biāo)屬性、情報密語、批號、99 方格編碼、高度、飛機(jī)類型、飛機(jī)架數(shù)、空情時間，標(biāo)繪內(nèi)容包括：目標(biāo)批號、高度、飛機(jī)類型、飛機(jī)架數(shù)、空情時間。

7）標(biāo)圖作業(yè)上傳模塊。保存空情態(tài)勢報知作業(yè)信息至數(shù)據(jù)庫，用于施訓(xùn)者評定成績。

8）空情編碼輸出模塊。以文本形式，輸出訓(xùn)練方案航線各點的空情播報編碼，用于受訓(xùn)者自查聽抄信息。

3 訓(xùn)練器關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于層次化結(jié)構(gòu)的空情信息表示規(guī)則

空情信息的表示主要依托飛行航線（航跡點），不同飛行航跡點需要播報不同的空情信息，如：航跡起點、航跡終點、分批點、合批點、目標(biāo)性質(zhì)變化航跡點、高度變化航跡點、各類干擾的航跡點、各類敵情的航跡點，這些不同航跡點的空情信息需要用多類空情播報格式表示［2］，如表1 所示。

為完整體現(xiàn)、靈活設(shè)置復(fù)雜多變的空情信息，飛行航線（航跡點）表示規(guī)則的設(shè)計是研究的首要內(nèi)容，經(jīng)分析不同航跡點上空情的播報格式和要素，多次航跡點擬制實踐，對飛行航跡（航跡點）采用層次化架構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)如圖4 所示，首先，規(guī)劃所需航線，設(shè)置航線的基本信息，為航跡點的生成提供基礎(chǔ)；然后，為每條航線設(shè)置所需的航跡點，形成連續(xù)的航線；最后，為航線上的航跡點附加各種類型的空情信息，滿足復(fù)雜空情的訓(xùn)練需求。

表1 各類典型航跡點編組方式表

3.2 基于Speech SDK 的空情語音播報

空情語音播報是將數(shù)字為0～9 的空情信息編碼，在轉(zhuǎn)化為數(shù)字軍語（幺兩三四五六拐八勾洞）字符串文本的基礎(chǔ)上，采用語音合成技術(shù)向受訓(xùn)者自動播報。訓(xùn)練器采用微軟語音開發(fā)包Speech SDK 5.1 提供、基于COM 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的語音應(yīng)用程序接口IspVoice，將數(shù)字軍語字符串文本轉(zhuǎn)換成連續(xù)自然的語音流。該語音開發(fā)包對中文字符串文本的識別準(zhǔn)確率高，可以靈活設(shè)置語音類型和播報速度，具有較好的清晰度和韻律［9-11］，開發(fā)步驟如下：

圖4 空情信息層次化架構(gòu)

1）初始化COM 端口，通過調(diào)用CoInitializeEx（）函數(shù)實現(xiàn)；

2）創(chuàng)建語音對象，獲取IspVoice 接口，使TTS（Text to Speech）引擎處于工作狀態(tài)；

3）設(shè)置語音播報的音量和速度，通過調(diào)用SetVolume（）函數(shù)和SetRate（）函數(shù)實現(xiàn)；

4）空情信息語音播報，通過調(diào)用Spesk（）函數(shù)對中文字符串文本進(jìn)行語音合成輸出；

5）釋放COM 端口，通過調(diào)用Release（）函數(shù)實現(xiàn)。

3.3 基于序列比對的訓(xùn)練成績評定模型

訓(xùn)練成績評定是檢驗訓(xùn)練效果、查找存在問題的有效途徑［12］，在受訓(xùn)者進(jìn)行空情播報信息的聽抄、標(biāo)繪練習(xí)，并提交訓(xùn)練作業(yè)后，采用自動比對代碼序列的方法，對多條航跡中多個航跡點的聽抄內(nèi)容、標(biāo)繪內(nèi)容進(jìn)行自動評分。

聽抄成績表示受訓(xùn)者聽抄空情信息（航跡點信息）的正確程度，記為Res_Listen，用百分制表示，取值為［0 分，100 分］，計算公式如下：

由于不同的航跡點信息需要采用不同的格式、要素進(jìn)行標(biāo)繪，因此，聽抄完成后，受訓(xùn)者需要判斷該空情信息（航跡點）如何按規(guī)則有效標(biāo)繪，而標(biāo)繪成績表示受訓(xùn)者標(biāo)繪空情信息（航跡點）的正確程度，記為Res_Mark，也用百分制表示，取值為［0 分，100 分］，計算公式如下：

4 訓(xùn)練器實現(xiàn)及運用

4.1 訓(xùn)練器實現(xiàn)

訓(xùn)練器硬件實現(xiàn)如圖5 所示，左下為系統(tǒng)主機(jī)，是一臺聯(lián)想品牌加固型平板電腦，防塵、防水、防震、耐沖擊，采用10.1 寸電容式觸摸屏，并配有內(nèi)置手寫筆，可直接基于液晶屏操作訓(xùn)練；右下為調(diào)頻發(fā)射機(jī)，采用CXD-11 編碼模塊，SED560 調(diào)制模塊，ELTP2008 發(fā)射模塊；左上為無線耳機(jī)。

圖5 空情態(tài)勢報知訓(xùn)練器硬件實物圖

訓(xùn)練器軟件采用Microsoft Visual C++.NET 平臺、BCG 界面庫、SQL Server 數(shù)據(jù)庫開發(fā)，訓(xùn)練組織軟件和訓(xùn)練作業(yè)軟件的實現(xiàn)界面如圖6、圖7 所示。

圖6 訓(xùn)練組織軟件界面

4.2 訓(xùn)練實施流程

基于該訓(xùn)練器開展空情標(biāo)圖訓(xùn)練時，施訓(xùn)者和受訓(xùn)者輪流作業(yè)［13］，實施流程如下頁圖8 所示：1）施訓(xùn)者設(shè)置所需的航線、航跡點和附加情報信息；2）依據(jù)訓(xùn)練大綱，針對不同層次訓(xùn)練水平要求，靈活設(shè)置訓(xùn)練方案；3）依據(jù)訓(xùn)練方案，訓(xùn)練器生成空情信息編碼，轉(zhuǎn)入受訓(xùn)階段；4）開始自動空情播報；5）受訓(xùn)者依據(jù)空情播報信息，聽抄空情播報內(nèi)容、進(jìn)行圖上標(biāo)繪空情；6）受訓(xùn)者提交空情標(biāo)繪作業(yè)；7）轉(zhuǎn)入訓(xùn)練講評階段；8）訓(xùn)練講評，包括自動評分、播報航跡和標(biāo)繪航跡比對等；9）成績?nèi)霂?，結(jié)束訓(xùn)練。

圖7 訓(xùn)練作業(yè)軟件界面

圖8 訓(xùn)練實施流程

5 結(jié)論

本文針對空情標(biāo)圖訓(xùn)練需求，設(shè)計了空情態(tài)勢報知訓(xùn)練器的硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)，解決了訓(xùn)練器研制過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。該訓(xùn)練器可滿足播報各類典型空情信息、設(shè)置不同訓(xùn)練難度、開展手工標(biāo)圖（機(jī)下作業(yè)）和電子標(biāo)圖（機(jī)上作業(yè)）兩種模式的訓(xùn)練需求，并可對電子標(biāo)圖作業(yè)自動評估訓(xùn)練成績和輔助施訓(xùn)者講評，經(jīng)配發(fā)至多個相關(guān)單位使用，在標(biāo)圖專業(yè)的日常業(yè)務(wù)訓(xùn)練中發(fā)揮了較好的訓(xùn)練效益。下一步，考慮將訓(xùn)練器接入指揮信息系統(tǒng)，開展遠(yuǎn)程、網(wǎng)絡(luò)化模式下的空情標(biāo)圖訓(xùn)練設(shè)備改進(jìn)、研發(fā)。