一种通用的便携式防空导弹瞄准训练装备

文/蔡锦华 祝义荣 张戊

1 引言

便携式防空导弹具备机动灵活、制导精确、发射后不管、操作简便、效费比高等许多方面的优点，受到各国军方的广泛重视。由于便携式防空导弹结构复杂，造价昂贵，实战演练将耗费大量资金和军用物资且安全性差，而基于虚拟现实和仿真技术研制的训练模拟器通过建立虚拟战场环境来辅助训练，可以大大降低训练费用、缩短训练周期、调高训练质量，防止环境污染。

我军已研制了一批便携式防空导弹武器系统模拟训练装置，能够促进受训人员快速熟悉装备、有效提高发射技能，一定程度上满足了部队在不动用实装的情况下进行发射训练的需要。但随着我军便携式防空导弹装备的发展和仿真技术的提高，现有训练装备在适用范围、技术水平、训练手段上与我军便携式防空导弹装备种类数量的不断扩大还不相适应：技术上，同类训练装备通用性差、规范化低、水平良莠不齐；开发方式上，基本上停留在针对单一型号、单一任务的状态。

针对当前我军便携式防空导弹模拟训练系统发展现状，本文提出了一种能够适应不同训练弹种、不同训练场地、不同训练模式的便携式防空导弹通用模拟训练系统，详细介绍了通用模拟训练系统的总体技术方案、工作原理和结构组成，研究了系统实现的关键技术，提出了本系统的设计思路。

2 系统总体技术方案

2.1 系统组成

通用的便携式防空导弹瞄准训练装备主要由瞄准训练控制台、瞄准训练单元（多种型号）和瞄准训练装置软件组成，如图1所示。

其中瞄准训练控制台主要是训练的控制及评估中心，主要完成科目设置、训练过程控制、训练监控和训练评估等功能；瞄准训练单元用于替代实装导弹完成对射手的瞄准训练，主要完成射手操作信息采集、导弹姿态采集、导弹发射流程控制等功能。

2.2 训练场景

瞄准训练装备支持在虚拟场景训练、实景训练和投影场景训练等三种训练场景进行训练。

在虚拟场景下，训练目标和战场环境为安装在瞄准训练弹上的虚拟视景装置通过视景软件模拟产生，射手可通过对虚拟视景装置产生的目标场景进行瞄准训练。在实景训练下，训练目标为飞行靶机或信号弹，在训练实施过程中，射手操作瞄准训练弹对训练目标进行瞄准训练。在投影场景下，训练目标和战场环境为视景软件模拟并通过投影仪投射在投影幕布上产生，射手对投影幕布上飞行目标进行瞄准训练。以上场景瞄准训练弹均可产生相应的声光效果，监控评定软件对训练过程进行数据采集和评估。如图2所示。

2.3 工作原理

瞄准训练装备训练过程可分为训练准备、训练实施和训练评估三个阶段，主要流程如下：

训练准备阶段，组训人员通过监控评定软件制定训练方案，选择训练模式、训练课目、设置战场环境和选取目标航路；训练数据管理模块做好参训人员信息、装备信息、目标航路等训练数据的维护管理工作；瞄准训练弹完成装备展开、装备上电、网络联通等操作，等待训练开始。

训练实施阶段，监控评定软件根据设定的战场环境、目标航迹和类型、训练模式生成训练场景画面；接收训练数据，对数据进行记录和处理，图形化显示训练过程和效果；组训人员通过训练控制显示模块，控制训练进程；射手根据目标运动情况进行射击训练，响应按键操作，完成训练课目。

训练评估阶段，训练效果评估模块基于训练过程数据对训练进程进行自动评估，形成训练成绩，输出评估报告，训练数据管理模块能够进行训练进程回放；通过数据分析对训练过程数据和训练成绩进行图形化分析，为部队作战和训练提供数据支撑。

3 通用化设计

为了满足通用化设计要求，瞄准训练装置分别从结构和软件设计入手，采用“模块化、通用化、标准化”设计思路，确保装备能够同时满足多种型号的便携式防空导弹训练需求。

3.1 结构通用化设计

在结构设计方面，通过分析对比各型便携式防空导弹的结构设计，将瞄准训练单元划分为通用部件和专用部件两大类，如图3所示。通用部件开发采用除满足基本功能外还要求能够通过合适的电气接口和机械接口适配多种型号的专用部件，做到结构紧凑、环环相扣，可整体或单独拆卸进行维修替换，方便设备组装、检测和维修的工作。

图1：瞄准训练装备系统组成图

图2：系统支持的三种训练场景

如图4所示，结构内硬件设计采用分舱式串联拼接设计方案，各舱紧密结合功能需求，通过灵活配置不同的硬件模块，承担不同训练功能，实现硬件的功能复用。

3.2 软件通用化设计

在软件通用化设计方面，系统软件和功能模块采用参数配置和动态加载方式，实现所需功能和应用模式的动态调整，满足组训人员针对不同弹种的训练需求；采用界面功能分离的设计理念，减小界面功能的耦合度，利用插件化设计思路，增加界面灵活定制和流程定制。

瞄准训练装置软件主要由监控评定软件、瞄准训练弹软件和场景模拟器软件组成，如图5所示。从中可以看出，除毁伤计算模块、训练评估模块和操作采集模块由于各型弹业务差异导致不能通用外，均可以通用。

4 系统关键技术

构建通用的便携式防空导弹瞄准训练装置，其涉及的主要关键技术和研究内容包括以下几种关键技术。

4.1 系统总体集成技术

本系统由于需要满足多型便携式防空导弹的训练需求，使得训练装备结构内部较为复杂，包含大量光学、传感、陀螺以及VR眼镜等精密仪器设备，因此成熟的总体集成技术，是确保工程质量和装备战斗力的重中之重，涉及诸如陀螺同步、目标跟踪与识别、数据采集与转换、无线通信组网等多种技术。

4.2 目标检测跟踪技术

瞄准训练装备室内投影训练和室外瞄准训练的作战目标均具有距离远近不定、姿态不定和飞行背景不定等特点，因此一种具有良好精确性、实时性和鲁棒性的跟踪算法成为影响训练效果和训练成绩的重要因素。

4.3 基于Unity3D的红外场景仿真技术

便携式防空导弹夜间作战是其十分重要的一环，为了逼真还原部队夜间训练场景，满足部队实战化要求，在虚拟场景训练时，要求场景模拟器软件能够仿真模拟出与实际环境一致的红外效果。因此基于Unity3D的红外场景仿真技术成为系统的一项关键技术。

4.4 实时姿态测量技术

模拟训练弹与目标的相对位置以及视线角速度是确定实际弹道相对理论弹道的偏差，产生初制导信号，修正比例导引指令的关键信息，模拟训练弹位置及姿态测量的精度对训练装备目标跟踪、截获时机判断、作战效能评估、成绩评定的准确性具有决定性的作用。

4.5 数据统计分析技术

通过对自动化采集的训练过程数据和训练主体数据，应用数据统计分析技术，能够完成对装备操作使用性能、射手快速反应能力、组织成绩影响因素等多方面进行数据挖掘和分析，为组训人员掌握产生训练结果的原因、训练数据之间的关系，受训人员能力素质与训练结果的关系提供有效的支撑，为训练过程数据提供有效管理和挖掘，探索训练规律，提高训练效率。

5 结论

本训练装备按照装备统型化思想，通过结构和软件的通过化设计，以虚拟现实技术、目标识别与跟踪技术和传感器技术为基础，通过竞标参与的方式使军民优势相结合，获得了较高的效费比，可实现提高部队训练质量、增加训练频率、降低训练成本，满足在不同训练弹种、不同训练场地、不同训练模式下便携式防空导弹训练需求，促进射手作战能力的生成。

图3：结构通用设计

图4：瞄准训练装置硬件分舱式设计

图5：瞄准训练装置软件组成图