嵌入式训练及其在导弹部队的应用

李伟，李宗毅，冯燕

（第二炮兵指挥学院，湖北 武汉430012）

大量新技术的应用使武器装备的复杂性不断增加，为了充分发挥武器装备的效能、提高部队战斗力，必须进行更加逼真、全面、高效的训练，但传统的模拟器材和仿真设备难以给作战人员提供真实的训练环境，逼真度较差，也无法全时空地覆盖军队训练任务，极大地影响了训练效果。实装训练虽然能够提供真实的训练环境，但费用昂贵、保障复杂、组织实施难度大。为解决这一矛盾，美军率先研发嵌入式模拟训练系统，使用真实的武器系统进行高逼真度的模拟训练，实现了模拟训练与实装训练的有机结合。当前，嵌入式训练正在逐渐成为各军事强国军事训练的首选方式，代表了军事训练技术的最新发展方向，将对我军机械化条件下军事训练向信息化条件下军事训练转变起到重要的推进作用。

1 嵌入式训练是军事训练技术的创新发展

随着信息技术的不断快速发展，计算机图像发生器等体积更小、成本更低、速度更快、功耗更少，特别是随着嵌入式计算机技术的成熟，嵌入式计算机作为核心控制部件大量应用在现代武器系统中，装备的电子化程度不断提高。这使引入基于计算机的训练更为容易，也使将训练功能嵌入到作战装备中成为了可能。另外，由于内存价格的不断下降，武器装备的综合控制系统也有了更多的内存空间来支持嵌入的训练功能，因此，基于嵌入式仿真系统的嵌入式训练便得到了迅速的发展。

嵌入式训练是美国陆军于1987年提出的一个概念，是指在实际的武器装备操作环境中，由集成的嵌入式训练模块或外联的嵌入式训练模块驱动真实的武器系统，使参训人员能与真实武器装备的控制、显示或其它硬件进行类似实战运用的交互完成训练，以提高训练的真实感和沉浸性。在提出这一概念的同时，美国陆军也开始将嵌入式训练确定为训练设备策略的首选方法。1995年6月，美国陆军宣布将嵌入式训练作为21世纪军队的关键训练计划之一。1996年5月，美国陆军参谋长发表了他的设想：“我们提出任何新系统都必须具有嵌入式训练系统。”世界各军事强国尤其是美国普遍加大对嵌入式训练技术的研究与应用，极大地促进了嵌入式训练技术的发展。

美国陆军的M2A3步战车与斯特瑞克战车，是具有代表性的装有嵌入式训练系统的主战装备。美陆军模拟训练和器材司令部实施了“车内嵌入式仿真科学和技术目标”（Inter—vehicle Embedded Simulation Scienceand Technology Objective，INVESTSTO）研究计划，对战斗车辆行驶条件下车内嵌入式仿真、真实目标与虚拟视景融合、训练效费分析和评估等技术的可行性以及应用效果进行研究、验证和评估。未来战斗系统研究计划包含了综合光学技术和头盔显示技术的研究，对地面车辆的嵌入式训练虚拟视景仿真、虚拟视景与真实环境的叠加等内容进行试验，使乘员在实车训练中可以无妨碍地观察仿真视景并对车辆进行操纵控制。根据初步计划，到2025年，美国陆军的所有战斗部队都将装备带有嵌入式仿真器的战斗车辆。

美国海军的CG—47导弹巡洋舰和DDG—51驱逐舰的宙斯盾作战训练系统（Aegis Combat Training System，ACTS），为作战情报中心分队提供了嵌入式集体训练及个人训练的能力，舰员通过嵌入在指挥与控制系统内的程序功能模块，可在真实的舰载战术工作站中进行模拟训练。在ACTS的基础上，洛克希德◦马丁公司的先进技术实验室开发出高级嵌入式训练系统（Advanced Embedded Training System，AETS），该系统综合运用了语音识别、按键分析、视觉跟踪以及模式识别等技术来测定和评估受训人的执行情况，能快速、自动评估受训人的执行情况，确定需要改进之处，并提供在线反馈及计算机辅助指导。在反潜作战的嵌入式仿真训练技术方面，美军进行了长期的研究与应用，其技术特点在于采用高逼真度的虚拟合成信号作为武器系统的输入，操作者与模型产生的虚拟对手进行对抗，完成训练。美空军F—16和F—15战斗机的机上电子战模拟器（On—board Electronic Warfare Simulator，OBEWS）是独立式嵌入式训练系统，它嵌入在机翼下的吊舱内，在飞行中能够产生雷达告警接收机虚拟信号。此外，包括F—22和F—35在内的新一代战机的嵌入式训练技术已纳入计划并正在研究。20世纪90年代中期，荷兰NLR公司和Dutch-Space公司参与实施欧洲长期战略防御计划过程中，对战斗机嵌入式训练的可行性进行了研究，设计并实现了一套F—16MLU飞行模拟器上的基于软件的嵌入式训练模块。2003年6月，NLR、DutchSpace和荷兰皇家空军联合开发了嵌入式训练验证系统，可安装在F—16战斗机上，在飞行过程中验证嵌入式训练能力。嵌入式训练向功能集成化、硬件系列化、软件标准化、模拟与评估智能化及联合训练方向发展。

近年来，我军逐步加强了对嵌入式仿真技术及嵌入式训练系统的研究，并开始在新型坦克、舰艇等装备平台上装备嵌入式训练系统。

2 嵌入式训练的应用极大地促进了训练水平的提高

嵌入式训练逼真度高，能够最大程度地提高训练的真实感，且不受时空的限制，从而能够为参训人员提供高效、经常、高性价比的持续训练，为促进训练水平的提高提供了重要的支撑和有力的推动。

2.1 高逼真度

嵌入式训练是在真实的环境和武器系统上进行的，且嵌入式训练系统大多采用与武器系统相同的软硬件技术，硬件可与作战装备同步升级，软件可通过网络及时更新，缩小了训练和实战对武器系统使用要求的差距。另外嵌入式训练可以混合地使用真实和虚拟的武器与地形，在逼真的模拟作战环境中，使受训者与智能虚拟作战分队进行作战，从而获得与实战相符的心理与生理适应性，训练逼真度高，最大程度地贴近了实战。

2.2 高效费比

嵌入式训练是在真实的武器系统上进行的，武器操作技能提高快；训练过程具有可控、可测性，能够根据参训人员实际水平有针对性地进行训练；整个训练过程也可以进行回放评估，纠正错误获取经验，极大地提高训练的效果；嵌入式训练系统还可以不受人力、物力、空间的限制，可实现任意地区高逼真度虚拟战场，能够在平时与作战间隙为部队提供全时段、全方位和不间断的训练，减少武器系统的闲置状态，保持其常备不懈，提高了部队的战备能力与快速反应能力。嵌入式训练避免了传统模拟训练逼真度不高的缺点，在提高训练质量的同时，克服了实装训练中费用昂贵、保障复杂、组织实施难度大的弱点，降低了训练成本、提高了安全性。因此与实装训练和传统的模拟训练相比，嵌入式训练极大地提高了训练的效费比。

2.3 利于训练与作战的一体化及快速转换

信息化战争中作战人员能够获得的信息量急剧增加。对信息依赖的增强在带来信息优势的同时，也造成了信息的过载，为解决这一矛盾，嵌入式仿真技术被广泛地应用到战争中。应用嵌入式仿真技术能够将来自不同传感器的数据进行融合、过滤及加工，以快速、准确、完整、清晰和易于接受的形式向作战人员提供一个增强了的人与环境间的交互界面，使作战人员能更加及时地访问到关键战术信息，更好地弄清所处的战术环境，以辅助决策，适应现代战争快速的节奏。嵌入式仿真是指仿真中完全集成到装备中的那一部分，实质是在武器装备中嵌入一种能力，这种能力使得操作人员能够看到虚拟世界，并通过与武器装备中子系统的交互完成训练、任务演练、战场可视化、效果测试和评估等功能。

嵌入式训练就是在平时的训练中，应用嵌入式仿真技术，使作战人员能够使用实战装备随时随地进行演练，提高训练效能。嵌入式作战就是在战时，应用嵌入式仿真技术，通过嵌入式计算机技术提供所有包括情况感知、任务演练、战场可视化、指挥协同、关键决策支持及行动过程分析等提高战斗能力的功能，是作战行动的一部分。嵌入式仿真技术既能支持嵌入式训练也能支持嵌入式作战，使指挥员能够在嵌入式训练与嵌入式作战间进行无缝快速转换，实现训练与作战的一体化。

3 嵌入式训练在导弹部队具有广阔的应用前景

导弹部队目前装备的模拟器大多用于进行操作层次的训练，为了实现在战术、战役背景下的实际战场的模拟训练，逐步在导弹操作、小组协同和导弹旅合成训练等多个领域引入嵌入式训练，是导弹部队训练创新发展的一个重要方向。

3.1 导弹部队军事训练多个领域可以引入嵌入式训练

通过在现有导弹武器装备系统中预先嵌入或改造后嵌入训练功能模块，为导弹部队在实际的操作环境中进行导弹号手装备操作训练、小组协同训练、导弹旅合成训练和联合训练提供创新手段，实现时空限制少、真实感强、高效和高性价比的持续训练。

基于嵌入式系统的导弹号手装备操作训练，主要是指担负导弹测试、转载、发射和指挥控制等操作的导弹测、发、控等操作号手的具体操作训练，是提高各操作号手实际操作技能的基础性训练。通过在导弹测试、发射和控制设备上嵌入仿真系统，使其具备嵌入式训练功能，采用与导弹测、发、控同样的人机界面，不增加其它特殊装备，而主要是通过嵌入到测试、发射、指挥控制装备及作战指挥与信息中心的计算机中的一系列集成软件，实现对导弹号手装备操作主要人员进行高逼真度的测试、发射和控制操作训练，使各号手熟记操作规程、熟悉操作流程、熟练操作动作，增强以士官为主体的操作骨干队伍过硬的操作技能。

基于嵌入式系统的小组协同训练，主要是指对由导弹测试单元、转载单元和发射单元等为主的不同类型的小组进行协调配合训练，是提高各类作战单元协调一致完成导弹测试、发射和控制等作战行动的分组训练。导弹部队小组协同训练由嵌入式训练系统驱动，对两个或以上同一单元的一级操作人员为顺利完成一定任务而进行的有效交互与协同动作进行训练。基于嵌入式系统的小组训练，为作战人员进行通常作战模式下的经常训练提供了常态化支撑，能够增强按不同导弹专业区分的各类型小组内部的协同能力。

基于嵌入式系统的导弹旅合成训练，是指在完成导弹专业技术和战术基础训练的基础上，紧密结合担负的作战任务，运用嵌入作战指挥平台的仿真系统，按规定和要求由旅编成内和配属各要素参加的综合性演练。以嵌入式仿真系统为平台，全面锻炼以导弹旅长为中心的指挥干部队伍的组织指挥能力，提高以旅总师为龙头的技术干部队伍的技术决策能力，所属相应保障部（分）队的密切协同和综合保障能力。

基于嵌入式系统的联合训练，是指通过设立统一的作战想定、同步作战指挥信息，运用作战指挥信息系统中嵌入的仿真模块，以完成同一作战任务的联合行动为目标，对导弹部队和其它军兵种部队的作战人员联合作战行动进行的跨军种训练。由嵌入式训练系统产生虚拟的战场环境，并以某种恰当的形式发送到导弹部队和其他军兵种各类传感器上，由传感器为指挥员提供战场态势信息。指挥员按照战时指挥原则与程序对作战行动进行决策指挥，当决定对某个目标进行攻击时，向武器系统进行目标指示，武器系统操作人员进行哑射。嵌入式训练系统收集相关指挥与行动数据，模拟武器及传感器性能，控制态势的演变，并对联合训练效果评估提供支持。利用现有条件和现役指挥信息系统平台，研究并熟悉联合作战任务、作战对象、战场环境，统一联合作战思想，学习并掌握联合战役的组织实施方法，增强导弹部队参加联合作战的作战指挥与协同行动能力。

通过上述在嵌入式训练系统驱动下进行的模拟训练，虽然没有进行导弹武器的实弹发射，但操作要领、协同动作和指挥关系等与战时基本相同，能够同时练指挥、练技术、练战法、练协同、练保障，大大缩小了训练与实战的距离。

3.2 导弹部队应用嵌入式训练有一个循序渐进的过程

导弹部队嵌入式训练的应用就是要在不改变现有导弹武器内部结构，不影响导弹装备作战性能的前提下，形成与实际环境相融合的完整的模拟训练系统，实现实装环境下的训练和演习功能。针对导弹部队武器装备造价高、威力大、安全性要求高的具体情况，目前最佳的方案是将训练功能以纯软件的形式集成到指挥控制与信息系统中。这种嵌入式的训练系统，一是对装备和后勤保障的影响不仅不大，甚至很有可能减小后勤保障负担。嵌入式训练系统以软件的形式实现，不涉及部件供应、维修与损耗。并且经常地、持续不断地通过嵌入式训练模块对武器装备的操作与维修人员进行训练，能提高操作人员的操作技能与维修人员发现并修理故障以及诊断隔离故障的能力，减少错误操作，减少系统故障，减少后勤保障压力。二是对装备的操作没有影响。嵌入式训练模块由软件实现，只需占据部分系统内存。没有增加额外的硬件及操作，训练与作战间转换快速，对装备的操作影响不大。

当前，导弹部队军事训练水平虽然有了很大的提高，但与信息化战争的要求还有不小的差距，特别是嵌入式训练技术的应用仍处在起步阶段。因此，应当本着技术上由易到难、体系上由简到繁的原则进行，不能一味追求大而全，要兼顾考虑需要、可行性与费效比等实际问题，在应用的过程中，不断发现问题不断修改完善，并适时根据情况增加功能。可以先突破基于嵌入式系统的操作训练，再实现小组协同训练、维修训练与联合训练。时机成熟时再实现对训练进行实时监督、管理与评估，给参训人员提供反馈信息改进技术战术技能，保存训练记录的功能。

嵌入式训练是支持未来军队的重要技术之一，将对信息时代军事训练与作战产生积极的推动作用。我们必须密切关注该技术的最新发展，积极开展相关技术研究和仿真系统研发，推进嵌入式训练在导弹部队的应用，提高信息化战争导弹部队训练与作战水平。

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