集成式教练机嵌入式训练系统研究

陈鸿杰

【摘要】 通过嵌入式训练系统可生成模拟威胁，并将这些威胁送入机内各种航空电子系统，从而凭借虚拟技术生成几近真实的对抗环境来训练飞行员，这对于当今教练机来说是很有必要的。这一系统由若干功能模块组成，包括本平台传感器、武器模拟，虚拟对抗场景模拟，嵌入式训练数据链、场景生成和模拟管理部件。虽然传统嵌入式训练系统的设计已臻完善，在成本上仍存在改进空间。本文在对国际主流教练嵌入式训练系统架构充分研究的基础上，提出了一种高效的集成式体系结构。在所拟定体系结构中，支持复用飞机现有的数据链端机实现嵌入式训练数据链功能；并采用BCMP或MMC中扩展嵌入式训练处理模块的方式实現集成式的嵌入式训练能力。因此，由于不需要专用于嵌入式训练的数据链模块及图形处理模块，也不再需要增加额外的LRU，这一架构可实现低成本嵌入式训练系统。

【关键词】 嵌入式训练 数据链 架构 教练机

一、引言

为满足战斗机飞行员对抗能力训练要求，现代教练机及训练系统得到了长足发展，训练系统采购成本也随之大幅增加。如何充分发挥教练机价值，提高飞行员训练效率，降低训练成本，是提升教练机市场竞争力的关键[1]。教练机嵌入式训练系统作为飞行员战术训练支援系统的核心组成部分，通过计算机模拟技术和高速数据通信技术的组合应用，有效扩展了高级教练机的使用功能和训练效能，并支持将教练机与新型战机的操作特性更好地衔接起来，在较小的代价下，使得高级教练机能够应用于更多的训练任务，相当于提升了教练机的功能和档次。嵌人式训练系统通过模拟的目标战斗机特性以及计算机合成作战环境进行飞行训练，减少了动用各种真实装备的训练保障需求，降低了训练装备的采购和保障的成本，从而展现出了良好的发展前景[2][3]。嵌入式训练系统的逼真度是系统的核心设计指标。这一指标主要依赖于飞机上完成该部分功能的机载计算机系统性能。近年来，计算机性能大幅提升，通过向任务管理计算机，以及/或者显示控制管理计算机加装单独的计算机模块用于嵌入式训练系统，则可有效实现嵌入式训练功能的扩展[4][5]。目前，国际主流教练机（T-50、M-346等）基本完成了嵌入式训练能力的设计和开发工作，并以嵌入式训练系统多数以集成独立的嵌入式训练计算机（ETC：Embedded Training Computer）的方式实现嵌入式训练能力[6]。在不挂装雷达和武器系统的情况下，ETC在地面支持系统（GSS：Ground Support Station）规划的训练任务加载数据支持下，通过仿真技术计算，生成训练想定下的传感器数据、武器外挂信息，并通过采集飞行员飞行控制及军械开关操控信息，完成武器模拟解算，生成对抗仿真结果，从而支持空地、空空对抗模拟训练。

此外，上述教练机嵌入式训练系统可通过数据链路模块（DLM）和数据传输端机实现嵌入式训练数据链功能，为飞行员提供有效的嵌入式训练支持能力[7]。

二、教练机嵌入式训练系统研究

2.1系统组成和结构

上述的主流教练机嵌入式训练系统功能模块组成及连接关系如图1所示，均包括了机载嵌入式训练计算机（ETC）模块、地面支持站（GSS）和数据链（包括机载数据链端机和地面数据链端机）三个部分。

其中，嵌入式训练计算机（ETC）模块包括总线接口模块、嵌入式训练处理模块、图形处理模块等，并通过1553B总线实现与总线控制管理计算机（BCMP：Bus Control Management Processor）和任务管理计算机（MMC：Mission Management Computer）之间的嵌入式训练信息交换；通过模块间总线接口实现与机载数据链端机接口。

GSS 作为嵌入式训练地面支持系统，通过训练数据链实现ETC 模块的训练前任务规划数据加载，训练过程中的实时对抗评估、导调控制和辅助飞行安全监控等，以及训练后的记录数据下载和任务过程汇报讲评等功能。

机载嵌入式训练数据链端机和地面端机共同构成了训练数据链系统，为教练机嵌入式训练系统提供空空/空地的多平台组网通信，实现辅助飞行安全监控，训练过程实时监视、对抗评估和实时导调控制等训练信息的传输和分发处理。

2.2基本工作原理

①任务前，通过GSS 进行训练场景设定、任务规划、目标参数设定、目标运动轨迹设计、突发事件列表编辑等相关情景设定；并通过数据链发送至参训飞机的ETC模块，完成训练任务的初始化。②在进入训练空域后，飞行教官选择进入嵌入式训练画面，对训练场景和科目进行选择并启动训练系统。③在模拟训练过程中，ETC模块按训练任务想定文件和飞行员操作控制进程，完成与BCMP和MMC之间的嵌入式训练数据交换，并通过数据链完成与其它参训平台之间的训练信息交换。ETC模块还需要根据规划的目标信息、本机姿态位置信息、及飞行员的操作信息实时仿真解算，完成目标搜索、跟踪和识别，并通过BCMP 送出显控画面进行显示，飞行员根据显控画面进行武器控制。④武器控制解算阶段，ETC武器外挂仿真模块结合当前武器控制信息进行火控攻击解算，在驾驶员平显上实时生成虚拟目标的跟踪、锁定、攻击等提示信息，受训驾驶员一边操纵飞机，一边完成虚拟武器攻击任务；同时通过数据链发送武器外挂及火控仿真信息、飞行员操控信息等，供其它参训平台实现实时监视和仿真解算。⑤武器发射之后，ETC导弹弹道解算模块根据发射点飞机姿态、位置数据等进行仿真计算，并给出实时攻击仿真结果，通过数据链向其它参训节点通报本地武器仿真结果。⑥训练结束后，GSS 通过数据卡或数据链下载机载ETC 记录的训练数据，并结合本地记录数据，按时序生成训练区域内的三维态势回放演示，同时结合DVR 记录的MFD 和HUD 视频数据，对训练过程评估，至此整个训练过程结束。

三、集成式嵌入式训练系统设计

3.1系统架构

当今世界上的主流高级教练机（T-50、M-346及L-15等）有一个很鲜明的设计理念就是既有战斗机的机动性，又有教练机的低速安全操纵性，实际上就是要低成本地再现了三代战机的性能和系统功能[5]。由于针对上述飞机的不同任务能力及高性能方面的额外需求，其航空电子系统的复杂度不断提升。从而导致需要集成更多的基于模块的嵌入式处理器以便实现更多的航电功能 [7][8]。本文展示了一种高效的嵌入式训练系统架构，与传统嵌入式训练系统架构相比，这种架构采用集成式设计思路，可有效实现具备数据链能力的低成本嵌入式训练系统。图2显示了一种可能的集成式嵌入式训练系统架构。在这一架构中，一体化机载嵌入式训练数据链端机将不再需要。其中的1553B接口模块、图形处理模块、数据链路模块以及数据链端机均被淘汰，嵌入式训练处理模块将被集成到BCMP或MMC中。这就意味着嵌入式训练视频信号将在BCMP或MMC中统一生成并送显。传统的数据链系统将被重构设计，以复用于实现嵌入式训练数据链功能。

3.2机载嵌入式训练系统集成设计

与传统方法相比，这一拟定方法去除了独立的一体化机载嵌入式训练数据链端机，简化了系统组成及互联关系。仅在BCMP或MMC中增加了嵌入式训练处理模块；并对BCMP或MMC主处理器模块、视频处理模块，以及CNI系统中数据链终端模块、数据链信息处理模块软件进行必要升级改进即可。本机模拟结果及其它嵌入式训练数据信息通过数据链信息處理模块和数据链终端模块进行处理，并通过现有数据链机载端机传送。也就是说，通过复用现有数据链设备实现了嵌入式训练数据链功能。拟定方法需要对嵌入式训练数据格式进行必要的封装处理，使现有数据链系统设备可识别并提供传输服务。通过这种必要的信息封装处理，用户定义的各种类型的信息都可通过一个通用的途径进行交换。

3.3地面支持系统集成设计

通过对GSS系统中的网络管理及信息处理机软件进行改进设计，并增加接口匹配及数据格式处理软件，即可为GSS提供接入现有数据链网络的能力。通过拟定的地面支持系统集成设计，支持通过现有数据链网络实现训练前任务规划数据加载及训练后的记录数据下载；并可扩展包括训练过程的实时辅助飞行安全监控、训练态势监视、实时评估和导调控制，以及实装飞机与地面模拟器之间的联网对抗训练等在内的嵌入式训练能力。

四、结束语

作者在本文中拟定了一个高效的集成式嵌入式训练系统实现架构。为实现集成式低成本嵌入式训练系统，拟定架构中，机载嵌入式训练计算机模块的嵌入式训练处理模块仅集成在BCMP或MMC中；嵌入式训练视频信号通过BCMP或MMC中的视频处理模块进行集成式处理并统一送显，无需单独的嵌入式训练图形处理模块。对于嵌入式训练数据链来说，本机模拟的结果及其它嵌入式训练相关数据信息通过CNI主机中的数据通信处理模块进行统一处理，并通过现有数据链进行分发。这就意味着现有数据链功能模块将在嵌入式训练系统中得到全面复用。因此，通过这种方式可实现低成本嵌入式训练系统且方便维护，符合军事应用的要求。

参 考 文 献

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[2]孙柏林. 在转型中大显神通的嵌入式仿真训练系统[J]. 计算机仿真， 2005（1）：2-5.

[3]常天庆， 张波， 赵鹏， 郝娜. 嵌入式训练技术研究综述[J].系统仿真学报， 2010（11）：2694-2697.

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[5]周煜， 严俊. 某型教练机嵌入式训练系统顶层设计技术研究[J]. 航空电子技术， 2011（6）：1-5.

[6]Wedzinga Gosse. E-CATS： First time demonstration of embedded training in a combat aircraft [J]. Aerospace Science and Technology （S1270-9638）， 2006， 10 （10）： 73-84.

[7]亓凯， 杨任农， 左家亮， 黄震宇， 白绢. 空战飞机嵌入式训练系统的研究[J]. 火力与指挥控制， 2011（9）：165-167.

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