空情态势报知训练器设计与实现*

沈 楠

（国防科技大学电子对抗学院，合肥 230037）

0引言

空情标图［1-2］是将雷达站获得的空中情报，通过使用军队标号、雷达兵专用符号和文字标绘在军事地图上的作业。空情标图训练是提高相关单位标图人员空情听抄、标绘能力的必要条件，对于完成各类演训活动的空情标图保障任务具有“保底”意义。当前，一些单位的空情标图训练存在以下问题［3-5］：采用听录音带训练时，播报空情的航线数量、内容和速度不易调节；采用训练机训练时，以固定场所室内训练为主，不便于野外条件使用，且播报空情不自动评分、空情密语不易修改。因此，研究和设计一款训练难度灵活设置、使用环境适应性强、训练效果自动评估的空情态势报知训练器，对于提升标图人员的专业能力、相关单位空情标图的组训能力具有较好的现实意义。

1 训练需求分析

空情标图训练由施训者和受训者组成，训练流程包括［1］：设置训练方案、播报空情语音、标绘空情信息、开展训练讲评。训练需求主要包括：训练功能需求和使用条件需求。

1.1 训练功能需求

依据空情标图训练流程，训练功能需求如下：

1）设置训练方案。由施训者实施，能够设置多条飞行航线及各航迹点信息，可针对标图人员的训练层次和训练水平，灵活设置训练难易程度。

2）播报空情信息。依据训练方案、空情报知规则，生成空情信息编码，并进行语音播报。

3）标绘空情信息。由受训者实施，依据播报的空情信息，在标图白板标绘对应的航线点迹。

4）开展训练讲评。由施训者实施，依据设置的航线点迹，通过比对受训者的标绘航线点迹，评判训练成绩、分析存在问题。

1.2 使用条件需求

由于日常战备值班、野外综合演训均有空情标图业务需求，因此，空情标图训练的使用需求如下：

1）可在环境干扰较弱的室内开展训练，也可在环境干扰较强的野外开展训练。

2）可在传统标图白板上开展手工标图，也可借助计算机训练平台上开展电子标图。

3）训练设备器材可拆装、轻便、牢固，便于携行。

2 训练器架构设计

2.1 硬件架构

针对空情标图训练的使用条件需求，采用野战化、小型化的思路［6］，设计了训练器的硬件架构，由1 台系统主机、1 台调频发射机和无线耳机组成，如图1 所示。系统主机生成空情语音后，通过调频发射机发射，受训者通过无线耳机收听。

2.2 软件架构

图1 空情态势报知训练器硬件架构

针对空情标图训练的功能需求，采用施训者和受训者轮流作业、所见即所得图上操作的思路［7-8］，设计了面向施训者的“空情态势报知训练组织软件”和面向受训者的“空情态势报知训练作业软件”，两个软件在训练信息系统公共平台（提供地图、军队标号等基础功能）的基础上，通过“空情态势报知训练数据库”进行交互。软件架构如图2 所示。

图2 空情态势报知训练器软件架构

空情态势报知训练组织软件和训练作业软件的主要功能如图3 所示。

图3 空情态势报知训练组织软件和作业软件功能模块

各主要模块的功能设计如下：

1）飞行航线管理模块。施训者在数字地图上标注飞行航线，首先标注航线各航迹点基础信息：机型、数量、路迹和时间（出现和消失时间），然后标注航迹点附加信息：起点、高度改变、类型数量改变、积极干扰、消极干扰、复合干扰、干扰消失、击落敌机、我机遇险、分批与合批，训练组织软件可保存、修改、删除飞行航线。

2）训练方案设置模块。设置对受训者的训练内容和难度，包括：航迹数量、播报间隔、播报速度、99方格显示设置。

3）空情编码生成模块。依据空情报知的格式，包括：情报类别密语、方格坐标、高度、型别数量和时间（发现/消失）等信息的基本格式，对飞行航迹点信息进行编码，并存储至数据库中。

4）训练成绩评定模块。从数据库中读取受训者的空情态势标绘作业，通过对比施训者的空情态势报知信息，依据评估模型给出受训者的训练成绩，并讲评作业。

5）空情态势播报模块。依据态势报知情报编码、态势报知习惯、方案设置的播报间隔和速度，采用语音合成技术向受训者播报编码。

6）空情标图作业模块。受训者依据系统播报的空情态势报知情报，在9×9 的方格白板上听抄和标绘空情态势情报，听抄内容包括：目标属性、情报密语、批号、99 方格编码、高度、飞机类型、飞机架数、空情时间，标绘内容包括：目标批号、高度、飞机类型、飞机架数、空情时间。

7）标图作业上传模块。保存空情态势报知作业信息至数据库，用于施训者评定成绩。

8）空情编码输出模块。以文本形式，输出训练方案航线各点的空情播报编码，用于受训者自查听抄信息。

3 训练器关键技术

3.1 基于层次化结构的空情信息表示规则

空情信息的表示主要依托飞行航线（航迹点），不同飞行航迹点需要播报不同的空情信息，如：航迹起点、航迹终点、分批点、合批点、目标性质变化航迹点、高度变化航迹点、各类干扰的航迹点、各类敌情的航迹点，这些不同航迹点的空情信息需要用多类空情播报格式表示［2］，如表1 所示。

为完整体现、灵活设置复杂多变的空情信息，飞行航线（航迹点）表示规则的设计是研究的首要内容，经分析不同航迹点上空情的播报格式和要素，多次航迹点拟制实践，对飞行航迹（航迹点）采用层次化架构设计，结构如图4 所示，首先，规划所需航线，设置航线的基本信息，为航迹点的生成提供基础；然后，为每条航线设置所需的航迹点，形成连续的航线；最后，为航线上的航迹点附加各种类型的空情信息，满足复杂空情的训练需求。

表1 各类典型航迹点编组方式表

3.2 基于Speech SDK 的空情语音播报

空情语音播报是将数字为0～9 的空情信息编码，在转化为数字军语（幺两三四五六拐八勾洞）字符串文本的基础上，采用语音合成技术向受训者自动播报。训练器采用微软语音开发包Speech SDK 5.1 提供、基于COM 标准开发的语音应用程序接口IspVoice，将数字军语字符串文本转换成连续自然的语音流。该语音开发包对中文字符串文本的识别准确率高，可以灵活设置语音类型和播报速度，具有较好的清晰度和韵律［9-11］，开发步骤如下：

图4 空情信息层次化架构

1）初始化COM 端口，通过调用CoInitializeEx（）函数实现；

2）创建语音对象，获取IspVoice 接口，使TTS（Text to Speech）引擎处于工作状态；

3）设置语音播报的音量和速度，通过调用SetVolume（）函数和SetRate（）函数实现；

4）空情信息语音播报，通过调用Spesk（）函数对中文字符串文本进行语音合成输出；

5）释放COM 端口，通过调用Release（）函数实现。

3.3 基于序列比对的训练成绩评定模型

训练成绩评定是检验训练效果、查找存在问题的有效途径［12］，在受训者进行空情播报信息的听抄、标绘练习，并提交训练作业后，采用自动比对代码序列的方法，对多条航迹中多个航迹点的听抄内容、标绘内容进行自动评分。

听抄成绩表示受训者听抄空情信息（航迹点信息）的正确程度，记为Res_Listen，用百分制表示，取值为［0 分，100 分］，计算公式如下：

由于不同的航迹点信息需要采用不同的格式、要素进行标绘，因此，听抄完成后，受训者需要判断该空情信息（航迹点）如何按规则有效标绘，而标绘成绩表示受训者标绘空情信息（航迹点）的正确程度，记为Res_Mark，也用百分制表示，取值为［0 分，100 分］，计算公式如下：

4 训练器实现及运用

4.1 训练器实现

训练器硬件实现如图5 所示，左下为系统主机，是一台联想品牌加固型平板电脑，防尘、防水、防震、耐冲击，采用10.1 寸电容式触摸屏，并配有内置手写笔，可直接基于液晶屏操作训练；右下为调频发射机，采用CXD-11 编码模块，SED560 调制模块，ELTP2008 发射模块；左上为无线耳机。

图5 空情态势报知训练器硬件实物图

训练器软件采用Microsoft Visual C++.NET 平台、BCG 界面库、SQL Server 数据库开发，训练组织软件和训练作业软件的实现界面如图6、图7 所示。

图6 训练组织软件界面

4.2 训练实施流程

基于该训练器开展空情标图训练时，施训者和受训者轮流作业［13］，实施流程如下页图8 所示：1）施训者设置所需的航线、航迹点和附加情报信息；2）依据训练大纲，针对不同层次训练水平要求，灵活设置训练方案；3）依据训练方案，训练器生成空情信息编码，转入受训阶段；4）开始自动空情播报；5）受训者依据空情播报信息，听抄空情播报内容、进行图上标绘空情；6）受训者提交空情标绘作业；7）转入训练讲评阶段；8）训练讲评，包括自动评分、播报航迹和标绘航迹比对等；9）成绩入库，结束训练。

图7 训练作业软件界面

图8 训练实施流程

5 结论

本文针对空情标图训练需求，设计了空情态势报知训练器的硬件架构和软件架构，解决了训练器研制过程中的关键技术问题。该训练器可满足播报各类典型空情信息、设置不同训练难度、开展手工标图（机下作业）和电子标图（机上作业）两种模式的训练需求，并可对电子标图作业自动评估训练成绩和辅助施训者讲评，经配发至多个相关单位使用，在标图专业的日常业务训练中发挥了较好的训练效益。下一步，考虑将训练器接入指挥信息系统，开展远程、网络化模式下的空情标图训练设备改进、研发。