李連華,胡 沛,李廣強(qiáng),陳 龍
(空軍預(yù)警學(xué)院,湖北 武漢 430019)
在信息化發(fā)展日新月異的今天,信息化戰(zhàn)場(chǎng)已成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中的主戰(zhàn)場(chǎng),誰(shuí)能主宰信息化戰(zhàn)場(chǎng),誰(shuí)就能獲得勝利。雷達(dá)是獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的主要探測(cè)手段,是打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵[1-2],世界各國(guó)都非常重視雷達(dá)的發(fā)展。隨著高新技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域的不斷運(yùn)用,雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能不斷提升;相對(duì)應(yīng)地,要發(fā)揮出雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)性能,提高裝備的戰(zhàn)斗力,關(guān)鍵在于提高雷達(dá)操作人員的訓(xùn)練水平。由于新型雷達(dá)裝備體制新,技術(shù)含量高,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作、使用專業(yè)性更強(qiáng),對(duì)人員的素質(zhì)和能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的訓(xùn)練模式、方法、手段已不能完全適應(yīng)新裝備發(fā)展要求,急需創(chuàng)建新的訓(xùn)練模式。
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展,模擬訓(xùn)練已成為武器裝備訓(xùn)練的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)雷達(dá)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)都側(cè)重雷達(dá)情報(bào)的測(cè)報(bào)訓(xùn)練,針對(duì)雷達(dá)的操作訓(xùn)練的模擬訓(xùn)練器材較少。為此,針對(duì)現(xiàn)階段的雷達(dá)裝備訓(xùn)練需求,設(shè)計(jì)研究了一種新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研制開(kāi)發(fā),以瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)實(shí)現(xiàn),最終形成了一個(gè)以多個(gè)型號(hào)裝備模擬操作為中心的人機(jī)交互系統(tǒng)。最后,通過(guò)分析系統(tǒng)在裝備教學(xué)中的使用效果,進(jìn)一步驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性,這對(duì)于提升雷達(dá)訓(xùn)練水平、發(fā)揮雷達(dá)作戰(zhàn)效能具有很大的應(yīng)用價(jià)值[3-8]。
當(dāng)前部隊(duì)只能依托實(shí)裝組訓(xùn),在訓(xùn)練中存在以下問(wèn)題:一是訓(xùn)練時(shí)間有限,雷達(dá)部隊(duì)擔(dān)負(fù)任務(wù)重,裝備開(kāi)機(jī)時(shí)間較長(zhǎng),機(jī)上訓(xùn)練時(shí)機(jī)和訓(xùn)練時(shí)間不能完全滿足訓(xùn)練需要;二是訓(xùn)練器材不足,人多機(jī)少,只有在機(jī)上的人員才能進(jìn)行操作訓(xùn)練,而在機(jī)下的人員無(wú)法有效開(kāi)展操作訓(xùn)練,參訓(xùn)人員只能輪流上機(jī)操作訓(xùn)練,導(dǎo)致一個(gè)科目的訓(xùn)練時(shí)間大大延長(zhǎng),影響整個(gè)訓(xùn)練周期;三是無(wú)法開(kāi)展復(fù)雜空情下的操作訓(xùn)練,雷達(dá)站駐地訓(xùn)練尚無(wú)有效手段和辦法設(shè)置復(fù)雜電磁環(huán)境,復(fù)雜空情的掌握與對(duì)抗手段的運(yùn)用訓(xùn)練受制約,沒(méi)有這些情況的處置經(jīng)歷,導(dǎo)致操作人員的訓(xùn)練水平達(dá)到一定程度后,很難得到提高;四是機(jī)上訓(xùn)練不安全,特別是剛進(jìn)行機(jī)上訓(xùn)練的參訓(xùn)人員,在訓(xùn)練過(guò)程中,可能會(huì)因操作不熟、處置不及時(shí),出現(xiàn)漏情、錯(cuò)情,導(dǎo)致戰(zhàn)備事故,或者因錯(cuò)誤操作導(dǎo)致雷達(dá)裝備受損,出現(xiàn)裝備事故等。
由此不難看出,傳統(tǒng)組訓(xùn)模式存在組訓(xùn)難度大、消耗高、不安全、效益低等突出問(wèn)題,這些問(wèn)題的存在將嚴(yán)重制約雷達(dá)操作訓(xùn)練水平的提高,亟待解決。
為了解決上述問(wèn)題,提高新型雷達(dá)操作訓(xùn)練水平,有必要運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù),采取模擬化、多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化手段,研制雷達(dá)操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)建立雷達(dá)模型、雷達(dá)回波模型和雷達(dá)操作模型等營(yíng)造出一種逼真的訓(xùn)練環(huán)境,使參訓(xùn)人員能夠掌握雷達(dá)的全功能操作方法以及各類戰(zhàn)斗操作方法,以此縮短操作人員的培訓(xùn)周期,提高訓(xùn)練質(zhì)量。為此,系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:
(1) 理論學(xué)習(xí)功能
新型雷達(dá)具有較好的戰(zhàn)技術(shù)性能,只有先掌握裝備的理論知識(shí),才能更好地開(kāi)展訓(xùn)練。通過(guò)將型號(hào)裝備的相關(guān)電子資料上傳到系統(tǒng)中,參訓(xùn)人員無(wú)需再去查閱大量的相關(guān)書(shū)本資料,直接在系統(tǒng)中就可以學(xué)到型號(hào)雷達(dá)的相關(guān)知識(shí),避免繁瑣的翻書(shū)步驟,提高了學(xué)習(xí)效率,有助于人員快速掌握相關(guān)的理論知識(shí)。
(2) 模擬操作功能
雷達(dá)裝備的操作方法分為全功能操作方法和戰(zhàn)斗操作方法,其中全功能操作包括雷達(dá)終端界面的基本操作和鍵盤(pán)操作,內(nèi)容很多很雜;戰(zhàn)斗操作包括雷達(dá)在各種空情處置下的操作,操作內(nèi)容比較專業(yè),難度較高。系統(tǒng)通過(guò)模擬實(shí)裝的正常工作狀態(tài)下的全功能操作方法和戰(zhàn)斗操作方法,在近似實(shí)裝的操作界面下,參訓(xùn)人員進(jìn)行雷達(dá)裝備的各種操作訓(xùn)練,同時(shí)采用引導(dǎo)的方式,讓學(xué)員大膽操作,激發(fā)學(xué)員的操作積極性,不斷熟練操作步驟,最后掌握雷達(dá)的操作方法,為實(shí)際機(jī)上操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(3) 考核評(píng)估功能
考核是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的最佳途徑,系統(tǒng)的考核可分為理論考核和操作考核。通過(guò)參加考核,參訓(xùn)人員可了解自身的學(xué)習(xí)情況。系統(tǒng)提供了較為豐富的考核題庫(kù),組卷方式靈活,可以自行組卷,也可以智能組卷。教員可以針對(duì)參訓(xùn)人員近期學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行自行組卷,檢驗(yàn)人員的學(xué)習(xí)情況,也可以在單位周考核、月考核以及半年考核中進(jìn)行智能組卷,檢驗(yàn)本單位人員的考核情況,以此評(píng)估本單位人員的操作訓(xùn)練水平。
新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是以瀏覽器/服務(wù)器的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的,該系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)器、交換機(jī)和若干個(gè)訓(xùn)練席位的計(jì)算機(jī)連成一體,其硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖
計(jì)算機(jī)主要用于對(duì)各型雷達(dá)裝備進(jìn)行模擬訓(xùn)練和考核,也可用于管理員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。
主要硬件模塊的功能如下:
(1) 服務(wù)器
系統(tǒng)的服務(wù)器由兩部分組成:一臺(tái)作為Web服務(wù)器,用于存儲(chǔ)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)平臺(tái)和新型雷達(dá)訓(xùn)練軟件;另一臺(tái)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器,用于存儲(chǔ)訓(xùn)練想定、科目以及訓(xùn)練和考核過(guò)程正誤的實(shí)時(shí)記錄和成績(jī)等數(shù)據(jù)。
(2) 計(jì)算機(jī)終端
系統(tǒng)的用戶分為管理員、教員和學(xué)員3種不同級(jí)別,通過(guò)在計(jì)算機(jī)終端進(jìn)入系統(tǒng),根據(jù)權(quán)限登錄到對(duì)應(yīng)界面后進(jìn)行操作。其中,管理員主要供開(kāi)發(fā)人員使用,用于后臺(tái)系統(tǒng)維護(hù);教員登錄以后,可以根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)學(xué)員管理、組卷管理、考試管理、成績(jī)分析等功能;學(xué)員登錄以后,可以實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)、模擬訓(xùn)練、模擬考核和成績(jī)查詢等功能。
新型雷達(dá)操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)是一個(gè)以操作為中心的人機(jī)交互系統(tǒng),在統(tǒng)一平臺(tái)下,包括系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)、學(xué)員管理子系統(tǒng)、模擬操作訓(xùn)練子系統(tǒng)、理論知識(shí)學(xué)習(xí)子系統(tǒng)、考核子系統(tǒng)和成績(jī)統(tǒng)計(jì)評(píng)估子系統(tǒng)。軟件總體構(gòu)成如圖2所示。
圖2 新型雷達(dá)操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)組成框圖
(1) 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)
系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要完成本訓(xùn)練系統(tǒng)的操作管理和維護(hù),包括日志管理、管理員管理和系統(tǒng)類目管理3個(gè)功能模塊。其中,日志管理模塊負(fù)責(zé)記錄教員、學(xué)員的管理登錄、訓(xùn)練登錄、考核登錄等關(guān)鍵日志;管理員管理模塊負(fù)責(zé)權(quán)限分配管理;系統(tǒng)類目管理模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)配置管理和設(shè)定系統(tǒng)開(kāi)放、維護(hù)、關(guān)閉狀態(tài)。
(2) 設(shè)備管理子系統(tǒng)
設(shè)備管理子系統(tǒng)主要完成對(duì)訓(xùn)練設(shè)備的相關(guān)操作。該系統(tǒng)包含了兩坐標(biāo)、三坐標(biāo)、測(cè)高和航管等16種新型骨干雷達(dá)裝備,針對(duì)每型裝備操作訓(xùn)練內(nèi)容,提供了豐富的訓(xùn)練科目;同時(shí)根據(jù)需要,管理員登錄后可以進(jìn)行裝備的添加和刪除,也可以對(duì)某型裝備的訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行修改和添加;教員登陸后可根據(jù)任務(wù)需要授權(quán)某學(xué)員/班級(jí)使用哪套設(shè)備訓(xùn)練或考核。
(3) 學(xué)員管理子系統(tǒng)
學(xué)員管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員相關(guān)信息的管理,包括學(xué)員信息管理、信息公告、在線答疑3個(gè)功能模塊。其中,學(xué)員信息管理模塊負(fù)責(zé)生成學(xué)員信息,包括學(xué)員考試成績(jī)的查看、個(gè)人信息編輯和修改、學(xué)員新增或刪減,同時(shí)具有批量導(dǎo)入的功能;信息公告模塊為學(xué)員提供操作記錄情況、考試安排以及考試成績(jī)等相關(guān)信息;在線答疑模塊為學(xué)員提供在線交流的平臺(tái)。
(4) 模擬操作訓(xùn)練子系統(tǒng)
模擬操作訓(xùn)練子系統(tǒng)主要完成學(xué)員對(duì)某型雷達(dá)裝備的操作模擬訓(xùn)練。該子系統(tǒng)主要由基本操作、戰(zhàn)斗操作和人機(jī)對(duì)話操作3個(gè)功能模塊組成?;静僮髂K負(fù)責(zé)新型雷達(dá)裝備的全功能操作內(nèi)容,如開(kāi)關(guān)機(jī)操作、監(jiān)控界面的操作和P顯終端的操作,通過(guò)訓(xùn)練可提高學(xué)員對(duì)基本操作的掌握能力;戰(zhàn)斗操作模塊負(fù)責(zé)雷達(dá)裝備的戰(zhàn)斗操作內(nèi)容,可根據(jù)訓(xùn)練需要設(shè)置不同場(chǎng)景,如監(jiān)視敵機(jī)飛行、保障我機(jī)訓(xùn)飛、復(fù)雜環(huán)境下戰(zhàn)斗操作、低慢小和高快隱目標(biāo)如何探測(cè)等。通過(guò)訓(xùn)練,不斷提高學(xué)員對(duì)雷達(dá)的綜合運(yùn)用能力。人機(jī)對(duì)話操作模塊提供了可視化的操作界面供學(xué)員進(jìn)行具體操作訓(xùn)練,訓(xùn)練場(chǎng)景和操作方法與實(shí)際設(shè)備基本一致。其操作訓(xùn)練主界面如圖3所示,每一個(gè)訓(xùn)練內(nèi)容都以具體的操作想定形式給出,便于選擇訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練以及用計(jì)算機(jī)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)估。
圖3 操作訓(xùn)練主界面
(5) 理論知識(shí)學(xué)習(xí)子系統(tǒng)
理論知識(shí)學(xué)習(xí)子系統(tǒng)主要用于理論學(xué)習(xí),包括知識(shí)庫(kù)和習(xí)題庫(kù)2個(gè)功能模塊。知識(shí)庫(kù)模塊負(fù)責(zé)電子學(xué)習(xí)資料的管理,支持錄入(上傳)文字(大篇幅圖文使用PDF)、圖片和視頻等,學(xué)員可在知識(shí)庫(kù)界面進(jìn)行資料的查詢。習(xí)題庫(kù)模塊負(fù)責(zé)習(xí)題的管理,題型分為“主觀題”和“客觀題”2種:客觀題的題型包含單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、判斷題;主觀題的題型包含問(wèn)答題或簡(jiǎn)述題。
(6) 考核子系統(tǒng)
考核子系統(tǒng)用于完成理論部分的考試,主要由考試組卷、考試安排、考試狀態(tài)標(biāo)識(shí)和判卷4個(gè)功能模塊組成。其中,考試組卷模塊負(fù)責(zé)組卷,具有人工組卷和智能組卷的功能,理論考試題型與習(xí)題庫(kù)內(nèi)題型一致,操作考試題型與模擬操作訓(xùn)練題型一致;考試安排模塊負(fù)責(zé)安排考試,可以選擇參考人員、考試試卷,設(shè)置開(kāi)考時(shí)間和答題時(shí)間等;考試狀態(tài)標(biāo)識(shí)模塊負(fù)責(zé)考試題目的標(biāo)記,考生在考試過(guò)程中,可對(duì)“難題”和“未完成題”進(jìn)行標(biāo)記;判卷模塊主要負(fù)責(zé)判卷,考生提交試卷后,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判決即可給出客觀分?jǐn)?shù)值。理論考試的主觀題由人工判卷(紙卷)給分,經(jīng)管理員輸入后,可由系統(tǒng)得出最終得分。考試列表主界面如圖4所示,可以查看考試類型、考試人數(shù)、考試時(shí)間、考試成績(jī)等信息,同時(shí)能夠進(jìn)行考試內(nèi)容和參考人員的修改和刪除。
圖4 考核列表主界面
(7) 成績(jī)統(tǒng)計(jì)評(píng)估子系統(tǒng)
成績(jī)統(tǒng)計(jì)評(píng)估子系統(tǒng)主要完成對(duì)學(xué)員訓(xùn)練、考核成績(jī)的統(tǒng)計(jì)和分析功能,主要由考核明細(xì)、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、成績(jī)分析和成績(jī)上報(bào)4個(gè)功能模塊組成。其中,考核明細(xì)模塊主要提供學(xué)員操作、學(xué)習(xí)、考核等詳細(xì)情況記錄,可以查看每個(gè)學(xué)員的考試情況,為全面掌握學(xué)員情況提供全程跟蹤;成績(jī)統(tǒng)計(jì)模塊負(fù)責(zé)成績(jī)的統(tǒng)計(jì),能夠統(tǒng)計(jì)和記錄每名學(xué)員每次考試的成績(jī),提供學(xué)員考核成績(jī)記錄、查詢等;成績(jī)分析功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員按場(chǎng)次、按考試類型(理論、操作)的成績(jī)進(jìn)行排名和可視化統(tǒng)計(jì)分析;成績(jī)上報(bào)模塊可按要求格式生成成績(jī)報(bào)表。
新型雷達(dá)操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖5所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后,教員用戶進(jìn)行系統(tǒng)管理與維護(hù),設(shè)置學(xué)員登錄賬號(hào),授權(quán)學(xué)員參加指定型號(hào)裝備的訓(xùn)練或者考核;若要實(shí)施考核,需要進(jìn)行組卷和發(fā)布試卷,設(shè)定考試時(shí)間和考試日期,發(fā)布考試信息,同時(shí)針對(duì)學(xué)員的考試成績(jī)進(jìn)行合理的分析。學(xué)員獲得授權(quán)后,通過(guò)輸入給定賬號(hào)進(jìn)行登錄;針對(duì)所學(xué)雷達(dá)裝備,靈活選擇訓(xùn)練內(nèi)容;既可以進(jìn)行理論學(xué)習(xí),也可以進(jìn)行操作訓(xùn)練;收到教員發(fā)布的考試信息后,可進(jìn)行考試;考試結(jié)束后能夠查詢自己的考試成績(jī),查看自己失分點(diǎn);針對(duì)自身弱項(xiàng)強(qiáng)化訓(xùn)練,以此不斷提高自身訓(xùn)練成績(jī)。
圖5 系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖
新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研制完成后,便在院校的裝備教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐運(yùn)用。為了分析系統(tǒng)的訓(xùn)練效益,采用了成績(jī)對(duì)比的方法對(duì)系統(tǒng)使用前和使用后學(xué)員的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行比較,分別選取了某型雷達(dá)裝備在2017年和2019年裝備教學(xué)中的50名學(xué)員的裝備成績(jī)進(jìn)行比較。其中,在2017年的裝備教學(xué)中未使用該模擬訓(xùn)練系統(tǒng),50名學(xué)員的學(xué)習(xí)成績(jī)?nèi)绫?所示。2019年的裝備教學(xué)中使用了該模擬訓(xùn)練系統(tǒng),50名學(xué)員的學(xué)習(xí)成績(jī)?nèi)绫?所示。兩種成績(jī)對(duì)比分析如圖6所示。
表1 2017年某型雷達(dá)裝備學(xué)員成績(jī)表
表2 2019年某型雷達(dá)裝備學(xué)員成績(jī)表
圖6 兩者成績(jī)對(duì)比分析圖
從圖6中可以看出2019年的成績(jī)要比2017年的成績(jī)高一些,為了進(jìn)一步分析對(duì)比成績(jī)結(jié)果,選擇平均值、最大值和優(yōu)秀率3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行衡量。未使用系統(tǒng)時(shí),50名學(xué)員的平均成績(jī)?yōu)?2分,最高成績(jī)?yōu)?6分,共有11名學(xué)員的成績(jī)達(dá)到90分以上,優(yōu)秀率為22%;使用系統(tǒng)后,50名學(xué)員的平均成績(jī)?yōu)?6.48分,最高成績(jī)?yōu)?8分,共有19名學(xué)員的成績(jī)達(dá)到90分以上,優(yōu)秀率為38%。
由此可見(jiàn),在裝備教學(xué)中使用新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)后,學(xué)員的裝備學(xué)習(xí)成績(jī)得到了一定提高。通過(guò)分析原因有以下3點(diǎn):
一是系統(tǒng)具有較為逼真的操作環(huán)境,學(xué)員能夠放心大膽地進(jìn)行裝備操作,增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的能力;
二是模擬教學(xué)與實(shí)裝教學(xué)同步實(shí)施,有效克服了人多機(jī)少的弊端,極大提高了教學(xué)效率;
三是系統(tǒng)提供了豐富的操作訓(xùn)練科目,學(xué)員在訓(xùn)練中能夠反復(fù)操作練習(xí),不斷提高操作水平,為實(shí)裝操作夯實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練的需求,提出了新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)建思路,從系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件構(gòu)成闡述了系統(tǒng)的組成原理和運(yùn)行流程,最后分析了該系統(tǒng)在院校的雷達(dá)裝備教學(xué)中的運(yùn)用效果。使用該系統(tǒng)開(kāi)展裝備模擬教學(xué),能夠提高教學(xué)效率,增強(qiáng)學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力,進(jìn)一步提高訓(xùn)練成績(jī)。由此可見(jiàn),新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研制和運(yùn)用將改變傳統(tǒng)組訓(xùn)模式只能依托實(shí)裝進(jìn)行的現(xiàn)狀,填補(bǔ)了雷達(dá)部隊(duì)在模擬環(huán)境下進(jìn)行裝備訓(xùn)練的空白,構(gòu)建了雷達(dá)裝備訓(xùn)練模擬的新模式。使用新型雷達(dá)操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng),有利于提高訓(xùn)練效率和水平,節(jié)省訓(xùn)練費(fèi)用,對(duì)部隊(duì)的軍事訓(xùn)練具有很大的應(yīng)用價(jià)值并帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。