基于HLA的舰载嵌入式模拟训练系统设计方案

徐远新，林平，徐海刚

(海军兵种指挥学院，广东 广州510431)

1 引言

舰艇军事训练按实施场所可分为:岸基训练、驻泊操演和航行训练。岸基训练一般采用模拟训练方式来组织实施，包括实物模拟训练、半实物模拟训练和计算机模拟训练。例如，在训练中心实施的损管训练就是一种实物模拟训练的例子。模拟舰桥的“舰艇操纵模拟训练系统”是一种半实物模拟训练系统，其人机接口采用实际装备，由计算机生成海上视景，并模拟舰艇的操纵性能。驻泊操演是指舰艇停泊在港口或锚地所进行的各种训练，包括设备操作训练和部署操演。航行训练是在海上进行的训练，在真实的航行环境中进行各种科目的训练，例如对海攻击训练、反潜训练等。岸基模拟具有组织实施简单、器材损耗小、训练效益高(一次施训可以训练几十人)的优点，但也存在仿真度难以完全和实际情况一致，操作使用的设备不完全和真实设备一致，重训流程轻练技能的缺点。驻泊训练和航行训练目前仍然是军事训练的最重要的组织手段之一，是形成关键技能、提高指挥官战术素养的最重要途径，具有针对性强、训练逼真、训战结合的优点，但也具有组织实施复杂、装备器材损耗多的缺点。为了扬长避短，结合这两类训练方式的优点，发展了嵌入式模拟训练技术。

嵌入式模拟训练是指将模拟训练设备连接到实际的系统，驱动、控制和优化实际系统的运行，以达到训练系统操作人员和舰艇指挥员的目的。美国海军的舰艇训练激励系统(OBTS)就是一种嵌入式模拟训练系统，它连接到指挥控制系统中，能生成训练海区虚拟的战场环境和敌我态势，作为数据源送入指挥控制系统中，驱动系统的运转，完成战术训练。

我军也研制了类似系统，但训练功能单一，偏向战术训练和流程训练，模型的仿真度相对较低，并且缺乏对单系统/设备操作级训练的支持。本文提出一种能满足单系统/设备操作级训练、多系统协同训练以及多舰艇战术协同训练的新型嵌入式模拟训练系统方案。

2 舰载嵌入式模拟训练系统需求分析

嵌入式模拟训练必须从两个方面支持舰艇训练。一是必须支持单系统/设备操作级训练，二是支持舰上所有系统(特别是作战指挥控制系统)的协同训练。

2.1 单设备操作级模拟训练设备需求分析

单设备操作级操作训练在舰艇训练中占有很重要的地位，它是一种基础技能的训练。只有在完成单设备操作级操作训练之后，才能实施系统级协同训练。涉及作战指挥控制的舰上设备包括:指控系统台、传感器(雷达、声纳、电子侦察设备、敌我识别器)、武器系统(导弹、火炮、鱼雷、反雷武器、火箭深弹、无源干扰等)、导航系统和通信系统(包括数据链)。

单设备操作级操作训练对仿真模型的仿真度要求很高。例如，对雷达操作手进行培训的嵌入式模拟训练系统，除了要模拟出不同性质目标的雷达回波特性之外，还要模拟出地形、海浪和不同气象下的杂波，以及我方和敌方实施电子干扰对该雷达的影响。只有设计出这样的训练系统，才能真正实现“训战一致”，锻炼雷达操作手的技能。

单设备操作级操作训练应该能实现舰员的自我培训，也就是说，无需在教练员的指导下开展训练。这需要模拟训练设备实现人员操作识别、诊断、提示和评估功能。

2.2 本舰战术级模拟训练设备需求分析

通过模拟训练设备生成与训练科目相符合的海战场虚拟环境，包括:水文气象条件、地理环境、各类实体目标以及电磁目标。其中实体目标具有一定的智能行为，能根据敌我的态势、环境以及战术要求对自身的机动、火力运用进行自主决策。

生成的态势应与实际作战完全一致。传感器模拟软件接收态势信息，根据模型运算结果，将能发现的目标以实际的报文格式，经实际作战网络发送给指挥控制台。

模拟训练设备应获取指挥员以及设备操作人员的操作，如下达目指、撤销目指、传感器操作管理等。同时，还应给出命令输入界面，用于响应指挥员的指挥口令。模拟训练设备模拟武器的打击效果，以及机动规避的效果，用来对指挥员的战术运用情况进行评估。

模拟训练设备应具有导调能力。首先，具备想定管理能力，包括想定的编辑、生成和显示预览能力;其次，具备对目标(实体目标和电磁目标)的干预能力，包括增加、修改和删除目标，并且能干预实体目标的自主决策行为。

3 设计方案

为实现以上的模拟训练需求，提出以下的设计方案。

3.1 单设备操作级模拟训练设备方案

在作战系统中，单设备操作级模拟训练是指对单个设备或系统进行训练，其训练对象包括:各型雷达操作手、电子战系统操作手、水声系统操作手、舰舰弹系统操作手、舰空弹系统操作手、鱼雷武器系统操作手等。

以雷达系统的模拟训练为例，实现单设备操作级模拟训练通常有两种方案。

第一种为由专门的模拟训练设备实现态势模拟功能，并根据雷达性能参数，经过模型解算将能被雷达发现的目标参数以数据报文方式送真实雷达显示。这种方式下，模拟训练设备的数据以作战网络统一格式向真实雷达设备的处理机发送，真实雷达接收到目标数据后，在雷达荧幕上显示出目标的回波。雷达的探测模型由模拟训练设备运行，一个模拟训练设备可以同时驱动几部雷达，但不能实现杂波模拟以及雷达受干扰时候的回波模拟。

第二种方案与的一种方案类似，只是模拟训练设备向真实雷达发送的不是数字报文，而是专门的雷达视频脉冲信号。这种方式下，模拟训练设备上必须安装专门的雷达信号发生器，由它生成雷达视频脉冲信号送真实雷达的回波处理器。雷达的后续处理与真实设备完全一致，最终也在雷达的荧幕上显示目标的回波。只要在模拟训练设备上运行杂波模拟模块和电子干扰效果模拟模块，则在这种方式下可以实现雷达杂波模拟以及雷达受干扰时候的回波模拟。这种方案适合雷达设备参与全舰系统训练，不适合单设备操作级模拟训练。

为实现既能分训，又能合训的需求，本文提出一种新的方案。其系统结构如图1所示。

图1 单设备操作级模拟训练系统结构图

该方案将单设备操作级模拟训练分为两个软件配置项:态势生成与训练管理，雷达仿真器。

其中，态势生成与训练管理为一个HLA联邦成员，主要功能包括:雷达训练想定的编辑、保存和管理，雷达训练态势的生成与控制，获取设备操作评估结果，进行人员训练管理。

雷达仿真器为一个HLA联邦成员，主要功能包括:接收态势信息，运行雷达仿真模型，记录操作手按键操作，进行操作步骤正确性诊断和操作能力评估。

实现时，态势生成与训练管理联邦成员既可运行于一个独立的设备(例如运行于作战系统模拟训练设备之上)，也可作为一个独立进程运行于真实雷达的信息处理机中。雷达仿真模型应包含杂波模拟模型和干扰效果模拟模型，仿真模型输出为真实雷达的视频回波，由真实雷达按实际的处理流程进行信号处理。

3.2 本舰战术级模拟训练设备方案

本舰战术级模拟训练设备要为舰艇长提供一个逼真的训练环境，包括:与科目训练内容协调一致的训练想定，使用与实际作战完全一致的操作环境，符合假想敌战术运用原则的蓝方兵力行动模拟，符合装备性能的探测效果模拟，以及符合实际的武器使用效果模拟。

本舰战术级模拟训练设备提供两种训练方式:一是实现指挥员个人训练的作战室训练方式;二是全舰协同训练方式。

3.2.1 本舰战术级模拟训练设备与其他设备关系

当实施全舰协同训练时，作战指挥控制系统的所有设备均可参与训练，其关系如图2所示。

图2 全舰协同训练示意图

图2 中，每类作战系统设备都有一个仿真器参与模拟训练，该仿真器与设备级的仿真器完全一致。虚线部分表示的是作战系统实际的报文联系，遵循作战网络报文交互协议;而实线指的是仿真器和模拟训练设备之间通过HLA的RTI进行联系。模拟训练设备通过作战网络报文交互协议与作战指挥控制系统进行交互。

仿真器和模拟训练设备之间采用HLA协议实现互联，是为了方便实现分练和合练，无需进行软件修改，设备操作级模拟训练的仿真器只要加入本舰战术级模拟训练联邦，就可以参加全舰协同训练。

3.2.2 本舰战术级模拟训练设备软件功能划分

本舰战术级模拟训练设备软件结构如图3所示。

图3 战术级模拟训练设备软件结构图

其中，训练管理模块实现以下功能:想定显示、编辑、修改和保存，想定数据管理，仿真运行态势显控，仿真模型调度管理，训练干预界面，HLA联邦成员管理、联邦运行控制、数据分发管理，训练记录和重演，训练效果评估。

仿真模型运行模块实现仿真的核心功能，当执行指挥员个人训练时，包含仿真模型全集，包括:航海相关计算、坐标转换等通用计算模型，舰艇、飞机、潜艇、导弹、鱼雷等实体机动性模拟模型，雷达、声纳、目力观察等观测手段功能模拟模型(全舰协同训练时不需运行)，火炮、导弹、鱼雷、电子战系统等兵器攻击效果模拟模块，蓝方兵力行动模拟模型，训练效果评估模型。

作战网络接口模块包括以下功能:与本舰指挥控制系统接口，与时统设备接口，与导航系统接口，与武器系统接口。

RTI接口模块包括RTI运行平台和各成员的FOM(联邦对象模型)、SOM(联邦成员对象模型)以及交互类模型，主要实现全舰协同训练方式下，模拟训练设备与作战指挥控制系统中各设备仿真器之间的交互。

4 结束语

本文根据水面舰艇嵌入式模拟训练的需求，提出了设备操作级模拟训练和全舰协同训练概念，并提出实现这两种训练模式的系统设计方案。采用HLA规范实现作战指挥控制系统仿真器与本舰作战指挥控制系统模拟训练设备的互联，不仅可以实现单设备仿真器的分训，而且可以参与全舰协同训练，还可以实现整舰与其他舰艇进行编队协同训练。

1 徐军.舰艇作战系统嵌入式模拟训练技术研究［J］.指挥控制与仿真，2008(6):110-113.

2 唐剑峰.舰艇嵌入式编队模拟训练系统的设计与实现［C］//刘新华.作战辅助决策与军事系统工程.北京:海潮出版社，2007.

3 胡斌.基于自然语言理解的文本标图系统设计和实现［J］.解放军理工大学学报(自然科学版)，2005(2):132-136.

4 胡晓峰.美军模拟训练［M］.北京:国防大学出版社，2001.

5 林平.嵌入式实装模拟训练技术的应用与发展［C］//周国泰.战争复杂性与军事系统工程.北京:海潮出版社，2006.

6 ERIN FLY JAN.Embedded Training for the FCSand More.Military Training Technology［EB/OL］.www.military-training-technology.com/mt2-home/18-mt2-2008-volume-13-issue-5/106-embedded-train-for-vos-and-more.html.