嵌入式舰载电子对抗装备模拟训练系统设计与实现＊

张 蕾 姚直象

（1.海军工程大学科研部 武汉 430033）（2.海军工程大学电子工程学院 武汉 430033）

1 引言

近年来，随着计算机处理能力和模拟仿真技术的飞速发展，具有节省训练经费、缩短训练周期和提高训练质量［10］等方面的优势，使得嵌入式模拟训练系统得到了军事强国的充分重视，其设计和开发也有了质的发展。在武器系统设计之初，就将嵌入式训练系统设计视为其中的一个重要部分，已经成为趋势。美国陆军于1987年提出了嵌入式模拟训练的概念，就是将训练设备嵌入到实装内，使装备具有训练和作战双重功能。开发基于实装的舰艇嵌式航行操纵训练模拟系统，可以进一步提高仿真训练的真实感，使受训者可以在最真实的环境下展开模拟训练，而且嵌入式训练系统可以与武器装备同时配置，能够在和平时期和作战间隙为部队提供全时段、全方位和不间断的训练，有效提高部队的战备能力和应付突发事件的反应能力［1］。典型的嵌入式模拟训练系统如美国陆军M2A3步战车、M1A2SEP坦克嵌入式射击训练系统，空军F－35战斗机嵌入式空中战斗训练系统，海军舰艇训练激励系统（OBTS）［2］，以及以色列嵌入式虚拟航空电子设备（EVA）。其中，美国海军舰艇训练激励系统是一个综合性嵌入式水面舰艇模拟训练系统，能生成协调、综合、虚拟的战场环境，合成与海区可能发生的情况非常相似的复杂作战想定，并通过舰艇的实装设备呈现给作战分队，为他们提供如同海上航行训练一样的训练机会。它代表了水面舰艇作战系统以及武器装备嵌入式模拟训练的发展水平。

水面舰艇电子对抗系统是典型的信息化装备，依托实装组织训练需要构建较为丰富、逼真、带有实战战术背景的复杂电磁环境，实现难度较大；依托全设备模拟训练系统组织训练不能保证战训一致性，这些因素制约了水面舰艇电子对抗系统日常训练的开展。在水面舰艇电子对抗系统中嵌入虚拟兵力和战场环境仿真模块、训练过程监控与评估模块，与情报融合、战术计算、人机交互等模块等形成回路，是保证作战训练高度一致的最佳途径［3］。

2 工作机理

水面舰艇电子对抗系统通常由综合显示控制分系统和侦察干扰分系统两部分组成，综合显示控制分系统是数据融合、辐射源识别、威胁判断、态势生成、战术计算、辅助决策和人机交互等功能模块的运行部位，作战指挥和系统操作主要在综合显示控制分系统完成，侦察干扰分系统均是无人值守设备。相比于全设备模拟训练系统，嵌入式模拟训练软件是在实装系统中嵌入若干仿真模块，与综合显示控制分系统组成回路，形成一个虚实结合的模拟训练系统，如图1所示。在这种模式下，综合显示控制分系统工作状态与实战状态一致，嵌入式模拟训练软件主要承担训练态势产生器、作战过程仿真器以及训练分析评估器的作用。

1）训练态势产生器：虚拟一个带有战术背景的逼真水面舰艇海上作战电磁环境，主要包括蓝方舰艇、飞机等作战平台机动以及平台载雷达、通信、光电辐射源的工作特点。

2）作战过程仿真器：模拟水面舰艇电子对抗系统各侦察干扰分系统的功能，对虚拟电磁环境进行感知和影响，形成侦察数据报、干扰状态报等系统交互报文，驱动综合显示控制分系统情报融合、战术计算、人机交互等模块工作，形成训练环境。

图1 嵌入式舰载电子对抗系统模拟训练工作机理

3）训练分析评估器：采集参训人员通过人机交互模块送出的操控指令报文，结合虚拟战场态势，对指令中关于目标识别、威胁判断、干扰时机、干扰样式等项目的正确性、合理性进行分析评估。

嵌入式模拟训练软件运行于舰载电子对抗系统综合显示控制分系统，首先通过制订训练想定，利用计算机兵力生成技术虚拟产生带有战术背景的电磁环境和带有智能行为的红蓝方作战兵力；然后，由虚拟电子对抗分系统对虚拟电磁环境进行感知，形成训练态势；参训人员在实装上进行训练操作，操作意图通过指令反馈给虚拟电子对抗分系统和虚拟蓝方兵力；虚拟蓝方兵力通过智能行为模拟，对电子对抗行动做出反应；同时，对训练过程中的操作进行记录，由训练分析评估模块对训练进行分析和评估。过程如图2所示。

图2 虚拟电磁环境与虚拟侦察干扰分系统之间的感知影响关系

3 系统基本架构

嵌入式模拟训练软件包括训练数据管理、训练课目想定、电磁态势生成、侦察干扰分系统功能模拟、相关系统功能模拟、训练操作记录与事后分析评估模块、信息交互格式转换七个核心模块，相互间的交互关系如图3所示。

各模块主要功能简要描述如下：

1）训练数据管理模块：完成对敌我作战平台及其辐射源参数等静态数据的管理。模拟训练中涉及大量的静态数据，需要以数据库的形式对舰艇、飞机、导弹、雷达、激光武器、通信电台等实体对象参数进行管理，具体功能包括实体对象记录的查询、增加、修改、校验和删除等。

图3 嵌入式舰载电子对抗系统模拟训练软件组成结构

2）训练课目想定模块：设置敌我双方电磁环境态势，双方平台的战术使用（类型、名称、携带辐射源参数、开关机时间、平台运动参数等），具体内容包括设置战场环境、红蓝方编队兵力配置、红蓝方兵力初始态势和事件脚本；设置战场环境包括海区设置和海情；设置红方舰艇编队，配置编队内各舰艇平台辐射源系统；设置蓝方舰艇编队或飞机编队，配置各平台辐射源系统和导弹等武备系统。

3）电磁态势生成模块：根据战场电磁环境设置的数据文件，按照时间顺序进行解算，生成带有战术背景的海战场电磁环境；精确模拟不开机工作分系统功能，对虚拟的电磁环境进行感知和影响；按照系统内部报文格式转发至相应设备，同时可人工对辐射源辐射时机进行控制，能够人工编辑各种参数、调整平台运动航向、航速等信息；在训练过程中能人工干预或设置设备的工作状态、备弹信息等；保存干扰效果评估数据文件和仿真重演数据文件。其主要功能如下：控制想定兵力按照仿真预案设置内容进行仿真演练；模拟舰艇、飞机、导弹和箔条云等无源干扰物的时空运动特性；模拟雷达、通信电台、激光武器、红外火炬的辐射特性；模拟敌方平台对我方电子对抗行动做出智能对抗；模拟自然环境对电磁环境的影响；提供态势监控和人工干预界面。

4）侦察干扰分系统功能模拟模块：模拟除综合显示控制分系统外的其他分系统的功能，包括模拟雷达侦察分系统对电磁环境的感知；模拟雷达有源干扰分系统对电磁环境的影响；模拟通信对抗分系统对电磁环境的感知和影响；模拟无源／光电干扰分系统的资源状态以及对电磁环境的影响；模拟激光告警分系统对电磁环境的感知等。

5）相关系统功能模拟模块：模拟舰艇作战系统中与电子对抗系统相关的其他系统的功能，包括：模拟时统系统功能；模拟综合导航系统功能；模拟水文气象系统功能；模拟电磁兼容管理控制设备功能以及模拟部分指控系统报文和命令收发等。

6）信息交互格式转换模块：完成嵌入式模拟训练模块与其他实装模块之间的信息交互定义，包括侦察干扰分系统功能模拟模块输入输出信息要素定义；相关系统功能模拟模块输入输出信息要素定义以及与作战系统交互报文数据单元关联定义。

7）训练操作记录与事后分析评估模块：实现训练过程中操作指令与要素记录、评估准则维护、有源干扰决策与实施正确性评估以及无源干扰决策与实施正确性评估等功能。

4 关键技术

1）嵌入式模块与实装系统模块之间无缝耦合技术。

嵌入式模拟训练系统需模拟电子对抗系统侦察干扰分系统、水文气象设备、导航设备、时统设备等实装系统的功能，并模拟其与电子对抗综合显示控制系统、舰艇指挥信息系统之间的信息交互。水面舰艇指挥信息系统信息交互方式包括网络通信、串口通信等多种方式，在模拟训练模式下，实装系统与电子对抗综合显示控制系统、舰艇指挥信息系统的通信链接中断，模拟训练软件根据传输层、应用层协议，通过实际建链、虚拟组网等技术，将电磁环境和兵力虚拟模块、侦察与干扰功能虚拟模块、训练过程监控与评估模块嵌入实装系统，与数据融合、辐射源识别、威胁判断、态势生成、战术计算、辅助决策和人机交互等模块形成闭环回路。同时，针对不同舰型系统战技术指标和信息交互协议的不同，对系统进行通用化设计与构建，以满足不同舰型的适装要求。

2）水面舰艇电子对抗相关兵力实体特征与相互对抗行为智能建模方法。

在模拟训练状态下，本舰电子对抗系统的行为由参与训练的操作人员控制，虚拟环境中的平台及辐射源均是计算机虚拟兵力，且没有操作席位，需要自主运行，蓝方计算机虚拟兵力能否采取正确的符合战术要求的对抗措施，与本舰电子对抗行动形成对抗，是保证训练过程贴近实战的关键。首先，基于信念－愿望－意图模型［4］建立作战对象实体A－gent智能模型。将所有的作战实元都抽象为行为实体Agent，不同的功能模块使不同的作战实元具有不同的功能［8］。其次，基于传感－执行解释器模型［5］建立作战对象实体 Agent［9］行为对抗模型。

3）水面舰艇电子对抗训练复杂问题评估方法。

水面舰艇电子对抗作战决策包括确定干扰目标、有无源干扰样式、干扰实施与撤销时机、舰艇规避航速航向等［11］，能否取得预期对抗效果，与水文气象条件、本舰机动与干扰能力、蓝方抗干扰措施等多种因素相关，对抗过程中出现的情况不胜枚举，有些问题可以采用解析模型评估，如干扰样式的有效性，有些问题采用纯解析模型进行评估则非常困难，如干扰时机的正确性、舰艇规避航速、航向的正确性等，各种解析模型往往因为假设条件过多而致使可信度不高［6］。美国国防部高级研究计划署（DARPA）于2007年提出并着手研究将仿真技术嵌入指挥控制系统［7］，利用仿真支持军事训练和行动决策，该技术和理念适用于水面舰艇电子对抗训练效果评估。根据对抗仿真结果进行评估，达到预期对抗效果说明电子对抗决策与操作有效，否则，说明电子对抗决策与操作无效。

5 结语

为了提高水面舰艇电子对抗系统日常训练的战训一致性，本文提出了在舰艇电子对抗系统实装中嵌入模拟训练功能的工作机理和关键技术，实现了模拟训练模块与实装系统的紧密耦合，为构建信息系统、实装指挥控制和战术决策模块在回路、人在回路的模拟训练环境提供了技术途径。采取研制嵌入式模拟训练系统的途径构建模拟训练环境，是武器装备模拟训练系统建设的一种新途径，有利于将模拟仿真的重点集中于虚拟环境生成、计算机兵力生成以及训练效果评估等问题，提高模拟训练系统研发的效益。

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