大型无人机模拟训练系统类型对比及特点分析

吕松天 王超 牟洋

随着无人机技术的发展，大型无人机在军用领域大放异彩，我国“彩虹”等大型察打一体无人机在中东战场获得较为突出的战果。在民用领域，我国大型无人机在应急测绘、森林防火、地质勘探、海洋监测等领域广泛应用。相较小型无人机，大型无人机拥有更重的任务载荷、更远的航程和更长的续航时间，更适合执行远程持久情报、監视、侦察等任务。相较有人机，无人机的使用维护成本更低。因此，诸多领域对大型无人机及其操控员的需求持续增加，大型无人机模拟训练系统的使用需求也相应快速增长。

小型无人机操控简单、场地要求低、使用维护成本低、事故附带损伤小。因此，小型无人机操控员通常可利用实装进行飞行操控训练。相比之下，大型无人机飞行受场地、空域限制较大，使用、维护及燃油成本高，若出现飞行事故，危害和影响较大。操控员完全依靠实装进行训练，损耗大、风险高、训练成本高。因此，大型无人机操控员通常采用仿真与实飞相结合的方式开展飞行训练。虽然模拟训练无法完全替代实飞训练，但仍是一种重要的训练手段。下面对桌面型、专用型、机动型及实装型四种大型无人机模拟训练系统的特点及差异性进行分析。

桌面型模拟训练系统

桌面型模拟训练系统主要适用于初学者进行无人机基础理论学习、无人机基础操控技能训练及无人机操控员筛选。其主要功能是，让初学者了解无人机基本操控原理及操控流程，熟悉无人机操控方式。

通过安装不同训练软件，桌面型模拟训练系统可实现飞行控制、航线规划、任务载荷控制、数据链路监控及机务维护等不同课目的基础技能仿真训练，具有较强的通用性。

桌面型模拟训练系统的硬件通常为商用台式机或单屏显控台，根据使用需要还可配备操纵杆。相比于专用型模拟训练系统，桌面型模拟训练系统硬件组成简单且无须高性能硬件设备，使用商用电脑及操纵设备即可完成简易系统搭建，建设成本低，建设周期短，可在短期内大规模部署，适合有无人机基础培训需求的培训机构、院校、训练中心使用。

专用型模拟训练系统

专用型模拟训练系统针对特定型号无人机及其任务载荷训练需求而设计，外观设计参考了实装指控舱内部布局。相比于桌面型模拟训练系统，专用型模拟训练系统的训练针对性更强，功能更加丰富，具有与实装一致的软硬件操作界面，真实还原了操控环境及人机交互接口，培养使用者正确操控无人机及分配注意力。使用者完成模拟训练后，能快速熟悉实际装备，缩短实飞训练时间。专用型模拟训练系统主要用于特定型号无人机系统的专业技能训练、战术训练及岗位转换训练。

专用型模拟训练系统的硬件设备通常由多个操控席位、导调席位及仿真运行系统组成，如图2所示。

操控席位主要用于学员操控仿真训练，其外观设计应参考实装，席位应与实装具有相同的外形尺寸、操纵设备及人机交互界面，真实还原实装操控环境。同时，操控席位应安装与实装相同的操作界面软件和功能软件，从而实现控制仿真。所装载软件通常包含飞行控制、任务控制、火控、链路监控、任务规划、抬头显示（HUD）、态势显示等软件。使用者利用各席位安装的不同功能软件来实现不同操控岗位的仿真功能。根据实装配置及训练需求，席位应配置不同类型的席位，例如飞行控制、任务控制、链路监控、情报处理等席位。

导调席位主要用于教员对训练过程的监控，通常为多屏显控台。多个屏幕可同时显示仿真数据、仿真图像、二维或三维战场态势及导调控制软件主界面。在训练过程中，教员利用多屏显控台，全面掌握学员的训练情况。在软件功能上，导调席位应包含具有场景设置、任务设置、环境设置及特情设置等功能的导调控制软件及战场态势显示软件，从而实现训练过程监控、管理及训练课目设置。

仿真运行系统是模拟训练系统的运算核心，通常根据操控席位及软件需求，配置多台计算机及高性能仿真工作站用于软件运行、数据处理、仿真运算及仿真三维场景生成，除此之外，还须要交换机、视频编码器、视频矩阵等硬件设备，以处理和分发数据及图像等信息。

专用型模拟训练系统对人机交互界面的真实性及运算能力要求较高，无法使用商用货架产品进行简易搭建，通常由相应型号总体单位或专业仿真训练设备研发单位设计和生产。相比于桌面型模拟训练系统，专业型模拟训练系统构成复杂、造价较高、建设周期长，但其功能丰富、仿真程度高。同时，对无人机应用单位而言，仿真训练不受时间、空间、场地及空域限制，飞行损耗小，安全风险低，训练效费比大幅提升。因此，专用型模拟训练系统适合具有特定型号训练需求的培训机构、院校及无人机使用单位等专业用户。

机动型模拟训练系统

机动型模拟训练系统的主要功能、组成与专用型模拟训练系统相似。机动型和专用型的最大差别在于，机动型的硬件设备部署于与实装相似的方舱内，而非部署于教室或训练中心等室内环境。机动型模拟训练系统专为部分长期野外作业或机动转场单位的训练需求而设计，其方舱设计满足军用方舱的标准，内部设备均采用抗振加固设备。该系统可快速完成机动转场部署，能在野外、高低温、雨、雪、风沙等恶劣条件下正常工作，舱内环控系统可为使用者提供舒适的训练环境。

机动型模拟训练系统具有与指控方舱相似的操控席位、强大的仿真运算能力，除用于作业人员日常训练外，还具有任务预演及数据处理等功能。在任务执行前，作业人员将任务航线上传至模拟训练系统，并根据现场实际情况，对光照、天气、能见度、风速、风向等进行设置，从而对任务进行仿真预演，对作业过程可能存在的风险进行预判，利用特情注入等功能对应急预案进行预先演练，提高任务的成功率。在任务结束后，作业人员将飞行数据导入舱内仿真计算机，利用舱内三维仿真系统对数据进行回放，并直观展示任务执行过程，辅助作业团队对本次任务进行总结及讲评。

机动型模拟训练系统的机动性、可靠性及环境适应性优于专用型模拟训练系统，机动型的应用模式也有所扩展，但机动型基于军用方舱进行集成，同时采用了大量加固设备并加装了环控系统。因此，该系统造价相对较高且建设周期較长。综上所述，机动型模拟训练系统更适用于航空物探、森林防火、环境监测、消防、边防等野外长期作业或驻训单位使用。

实装型模拟训练系统

操控员在实装指控方舱中开展模拟训练，是常见的无人机训练方式之一。部分型号无人机指控方舱具有模拟训练的基础功能，如果一些无人机使用单位在实装指控方舱内安装仿真软件，那么实装指控方舱将具有一定的仿真训练能力，在一定程度上减少了外场训练的时间。

与前三种系统相比，实装指控方舱模拟训练系统可提供最为真实的操控环境。同时，经过仿真验证的航线及参数配置文件可直接应用于实际飞行任务。任务结束后，飞行数据也可直接上传到仿真系统进行数据回放，并且用户无须单独进行硬件建设，也无须考虑仿真设备转场运输及维护工作。但是，实装型在应用中也具有一定的局限性，首先，实装指控方舱硬件设备具有较高的可靠性及较强的环境适应性，通常不具备复杂仿真运算及三维场景渲染能力。因此，在战场环境仿真、三维效果渲染、仿真数据实时处理等方面，实装型与配备了高性能仿真工作站的专用型模拟训练系统存在一定差异；其次，学员利用实装指控方舱开展日常训练，尤其是高频率、长时间训练，容易导致操纵杆、油门台、鼠标、键盘、键鼠切换按键等常用部件过度损耗甚至故障，影响装备的完好性；第三，若初学者利用实装指控方舱进行训练，容易发生学员误删、配置文件及参数误改等情况，同时，模拟训练过程还会产生大量模拟训练用参数配置文件、航线文件等数据，若文件管理不当则容易与实飞任务文件产生混淆，影响飞行任务执行甚至产生飞行安全隐患；第四，各单位的实装指控方舱保有数量通常较少，学员依托实装指控方舱进行训练，会导致“人多装少”的困境；第五，实装型模拟训练系统的造价远高于专用型、机动型模拟训练系统，不适合大规模建设。

因此，实装型模拟训练系统适用于长期外场作业的固定团队进行日常操控训练、数据仿真及数据回放，可作为缺少专用型模拟训练系统条件下的一种补充，不适用高强度仿真训练。

各类模拟训练系统的特点对比

本文介绍了常用大型无人机模拟训练系统的特点及适用性。下面对桌面型、专用型、机动型及实装型四种系统的设备造价、建设周期、机动性、使用环境、使用场景及适用单位等方面进行对比，详见表1。 ■