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1嵌入式訓(xùn)練的概念及特點(diǎn)

1．1嵌入式訓(xùn)練的概念

嵌入式訓(xùn)練就是嵌入到裝備內(nèi)部的訓(xùn)練。它是指在作戰(zhàn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、或設(shè)備上嵌入或增加的能夠使操作人員更加熟練的掌握各項(xiàng)技能而進(jìn)行的訓(xùn)練。它的實(shí)質(zhì)是將訓(xùn)練集成到裝備中，即通過對(duì)裝備軟硬件的改造，在裝備中嵌入一種能力，使得訓(xùn)練人員能夠通過虛擬與仿真技術(shù)，在實(shí)裝中“看到”操作的效果，并通過與裝備其他子系統(tǒng)的交互實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練、任務(wù)轉(zhuǎn)換、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示和評(píng)估等功能，從而使訓(xùn)練人員獲得與實(shí)戰(zhàn)相符的心理與生理適應(yīng)性，提升訓(xùn)練質(zhì)量。

1．2嵌入式訓(xùn)練的特點(diǎn)

嵌入式訓(xùn)練可以理解為模擬訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)裝的結(jié)合，它結(jié)合兩者各自的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的真實(shí)性和時(shí)效性，能在很大程度上滿足日益擴(kuò)展的軍事訓(xùn)練需求，具體來說，主要有以下優(yōu)點(diǎn):

1．2．1降低了訓(xùn)練門檻

現(xiàn)有模擬訓(xùn)練器材大都與實(shí)裝相分離，單獨(dú)放置在模擬教室或是訓(xùn)練場(chǎng)，移動(dòng)比較困難，極大地限制了部隊(duì)訓(xùn)練的時(shí)間和空間。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)裝一體，擺脫了模擬器的限制，使得部隊(duì)可以在野外、在陌生地域隨時(shí)隨地進(jìn)行訓(xùn)練，降低了訓(xùn)練門檻。

1．2．2減少了開發(fā)成本

隨著裝備門類的增多和自動(dòng)化智能化程度的提高，模擬器的開發(fā)也更加復(fù)雜，每研制一種新裝備，就開發(fā)一套模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，耗資巨大，而且存在一定的浪費(fèi)。利用計(jì)算機(jī)的軟件模擬和實(shí)裝的硬件環(huán)境，安裝嵌入式的訓(xùn)系統(tǒng)，可以大幅降低成本，提高了訓(xùn)練的效費(fèi)比。

1．2．3拓展了訓(xùn)練的范圍

由于訓(xùn)練地域和實(shí)裝本身的限制，實(shí)際訓(xùn)練環(huán)境比較固定，與作戰(zhàn)地域有一定差距，且不便于開展多地形的訓(xùn)練。利用仿真和虛擬技術(shù)搭建的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，可以根據(jù)想定設(shè)定各類作戰(zhàn)環(huán)境參數(shù)，獲得逼真的訓(xùn)練效果，可以仿真各類環(huán)境和敵情，提高模擬目標(biāo)的逼真程度，從而減少訓(xùn)練空間的限制，獲得更好的效果。

1．2．4便于實(shí)時(shí)評(píng)估

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)更多的依賴計(jì)算機(jī)的仿真和模擬，因此對(duì)訓(xùn)練人員操作和效果的記錄、對(duì)各項(xiàng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享與處理更加便捷，可以對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估反饋，從而準(zhǔn)確的掌握訓(xùn)練的真實(shí)情況，為下一步訓(xùn)練決策提供有效的數(shù)據(jù)支持。

2數(shù)字化裝甲分隊(duì)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的基本原理

數(shù)字化裝甲分隊(duì)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)就是通過對(duì)裝甲車輛的軟硬件設(shè)備進(jìn)行改造和升級(jí)，將原來獨(dú)立的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入到實(shí)裝中，實(shí)現(xiàn)兩者功能的結(jié)合。硬件部分一方面是對(duì)車載計(jì)算機(jī)、電源等部件進(jìn)行升級(jí)，提高計(jì)算機(jī)的處理能力，另一方面是為數(shù)據(jù)采集提供接口，其采集來源是信息系統(tǒng)中的通用傳輸服務(wù)部分。數(shù)據(jù)庫(kù)部分主要是按照車載計(jì)算機(jī)的平臺(tái)與標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行改造和升級(jí)，并以此為基礎(chǔ)搭建各類訓(xùn)練和評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)，為系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)支撐。主控軟件改造主要是以實(shí)裝的原有軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，加入模擬訓(xùn)練模塊，主要包括訓(xùn)練模式選擇，數(shù)據(jù)采集管理軟件、數(shù)據(jù)處理共享軟件、虛擬環(huán)境仿真軟件和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成軟件等，為受訓(xùn)人員搭建逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境;通過評(píng)估軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練效果的實(shí)施評(píng)估反饋;通過對(duì)受訓(xùn)人員操作的記錄與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練過程的回放;戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、訓(xùn)練效果的評(píng)估和過程回放都通過人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示出來。

3系統(tǒng)需求分析

近年來，通過大規(guī)模的整體換裝和綜合集成改造，數(shù)字化裝甲分隊(duì)的信息化程度已經(jīng)有了大幅提高，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改造。

3．1功能性需求

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，就是通過改造車載計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)備，加入模擬訓(xùn)練模塊，將車外模擬訓(xùn)練系統(tǒng)搬到車載計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)成員在實(shí)裝中、在實(shí)際的操作席位上的訓(xùn)練，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的態(tài)勢(shì)顯示和效果評(píng)估。其主要功能有:1)訓(xùn)練任務(wù)計(jì)劃編輯將大綱中的各個(gè)訓(xùn)練科目以想定的形式存儲(chǔ)在電腦中，供訓(xùn)練者選擇。按照不同的想定，選擇對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練任務(wù)，包括作戰(zhàn)環(huán)境選擇、作戰(zhàn)任務(wù)選擇、虛擬兵力生成、時(shí)間列表設(shè)置等。2)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)模擬與顯示訓(xùn)練系統(tǒng)能夠根據(jù)想定的訓(xùn)練場(chǎng)景和任務(wù)計(jì)劃，實(shí)時(shí)仿真生成真實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境下的地形、氣候、地面/空中威脅、友鄰等數(shù)據(jù)信息，并能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行顯示。3)實(shí)時(shí)評(píng)估反饋能夠?qū)τ?xùn)練人員的操作和決策信息進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，對(duì)其效果進(jìn)行顯示，支持操作回放，能以鳥瞰視角觀察訓(xùn)練全階段的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。4)自由對(duì)抗訓(xùn)練可將已有較為成熟的坦克分隊(duì)對(duì)抗游戲加載到訓(xùn)練系統(tǒng)中，作為其中的一個(gè)子模塊，訓(xùn)練人員在完成基礎(chǔ)的科目后，可以進(jìn)行自由對(duì)抗訓(xùn)練，增加訓(xùn)練的趣味性。

3．2性能需求

1)系統(tǒng)兼容性嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)以車載計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用Oracle8．1．7數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。2)可靠性系統(tǒng)可靠性應(yīng)不低于改裝前系統(tǒng)可靠程度，訓(xùn)練系統(tǒng)46h任務(wù)可靠度不低于95%。3)可維護(hù)性便于日常管理和維護(hù)，即使系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤也能人工或自動(dòng)的方法得到解決。4)環(huán)境適應(yīng)性符合GJB367A中有關(guān)裝甲車載設(shè)備嚴(yán)酷等級(jí)規(guī)定的要求，在各種復(fù)雜條件下滿足使用要求。5)易操作性環(huán)境界面友好，便于操作使用。

4系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)裝平臺(tái)的基本構(gòu)架和嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的主要需求，數(shù)字化裝甲分隊(duì)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、功能層、運(yùn)行支撐環(huán)境層和數(shù)據(jù)層組成。應(yīng)用層為教練員和受訓(xùn)人員直接操作的系統(tǒng)，包括管理維護(hù)系統(tǒng)、基礎(chǔ)訓(xùn)練系統(tǒng)、組網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)、綜合演練系統(tǒng)和自由對(duì)抗系統(tǒng)5個(gè)部分，依托運(yùn)行支撐環(huán)境層，集成功能層的各類軟件，滿足不同的訓(xùn)練需求。其中管理維護(hù)系統(tǒng)主要為教練員和管理人員分發(fā)想定內(nèi)容、導(dǎo)調(diào)訓(xùn)練進(jìn)程、講評(píng)訓(xùn)練效果、維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)提供支持;受訓(xùn)人員根據(jù)訓(xùn)練進(jìn)度安排和自身實(shí)際，可以選擇基礎(chǔ)訓(xùn)練、組網(wǎng)訓(xùn)練、綜合演練或自由對(duì)抗等模式進(jìn)行訓(xùn)練。功能層主要是支持系統(tǒng)具體功能的應(yīng)用軟件的集合，是應(yīng)用層的組成部分。包括運(yùn)行監(jiān)護(hù)、隨機(jī)導(dǎo)調(diào)、進(jìn)程控制、模式選擇、想定分發(fā)、態(tài)勢(shì)顯示、操作數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理共享、實(shí)施評(píng)估、效果反饋、態(tài)勢(shì)回放和管理維護(hù)等應(yīng)用軟件。仿真運(yùn)行支撐環(huán)境提供了一系列由“接口規(guī)范”定義的服務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)接口和通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)交互，達(dá)到各模型之間信息的交互，并保證時(shí)鐘的統(tǒng)一。仿真運(yùn)行支撐環(huán)境分為3層，第1層操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境層，根據(jù)不同車型，分為Windows和VxWorks操作系統(tǒng)，第2層的數(shù)據(jù)引擎主要保證各軟件間的信息交換，第3層為應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)運(yùn)行提供各類公共服務(wù)。數(shù)據(jù)層主要功能是完成數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)和處理，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、想定數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)和自由對(duì)抗數(shù)據(jù)庫(kù)等。此外，系統(tǒng)應(yīng)按照有關(guān)裝甲車載設(shè)備嚴(yán)酷等級(jí)的規(guī)定，滿足可靠性、安全性等要求，安全保密與系統(tǒng)管理貫穿整個(gè)過程。

5系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

嵌入式訓(xùn)練技術(shù)是以電子和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及計(jì)算機(jī)、圖形顯示、訓(xùn)練、裝備運(yùn)用等多種技術(shù)的綜合技術(shù)。本文所研究的坦克嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)。

5．1主控軟件改造的技術(shù)路線

嵌入式訓(xùn)練是在實(shí)際裝備內(nèi)部的嵌入，改造后的裝備既要保持原有的作戰(zhàn)效能不受影響，又能夠進(jìn)行逼真的模擬訓(xùn)練。因此在作戰(zhàn)模式和訓(xùn)練模式切換的過程中，必須保證系統(tǒng)與外部的交互和控制不受影響，確保系統(tǒng)的安全性。對(duì)主控軟件的改造是實(shí)現(xiàn)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。對(duì)原有軟件系統(tǒng)的改造，主要是在新版主控系統(tǒng)中加入仿真模型板塊。系統(tǒng)在作戰(zhàn)模式下軟件的運(yùn)行控制與原有系統(tǒng)相同，控制信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成相應(yīng)的控制。在訓(xùn)練模式下，根據(jù)受訓(xùn)人員選擇的不同訓(xùn)練模塊，操作面板輸入的控制信號(hào)輸出到仿真模塊，模擬出產(chǎn)生的效果，并生成實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)進(jìn)行顯示。在軟件改造過程中，在每個(gè)控制器上增加額外的通信模塊，完成操作信號(hào)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)與訓(xùn)練仿真模塊之間的屏蔽，從而在作戰(zhàn)模式下，能夠按照實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行顯示和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)在訓(xùn)練和操作模式下的安全切換。

5．2車載計(jì)算機(jī)的升級(jí)

嵌入式計(jì)算機(jī)是硬件改造的核心。坦克車載計(jì)算機(jī)受車內(nèi)空間限制，體積較小，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、處理速度、存儲(chǔ)空間、圖形顯示等性能與車外獨(dú)立的計(jì)算機(jī)還有較大差距，需要大幅度升級(jí)改造。因此，在遵守車載設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)該升級(jí)內(nèi)存、處理器等計(jì)算機(jī)的核心部件，滿足高速運(yùn)算和存儲(chǔ)要求;加裝足夠的外設(shè)接口，能實(shí)時(shí)生成復(fù)雜的虛擬態(tài)勢(shì)目標(biāo)，并支持多接口的數(shù)據(jù)傳輸;為滿足逼真的視景仿真需求，還應(yīng)該配備專門的圖形處理器，支持圖形加速和DirectX渲染引擎，在顯示虛擬場(chǎng)景時(shí)，評(píng)估刷新率要達(dá)到至少25幀/s。

5．3數(shù)據(jù)的采集與處理

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的功能，主要是通過由訓(xùn)練系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬效果與實(shí)際裝備運(yùn)行模式的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵技術(shù)就是在訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)際裝備之間搭建起一個(gè)穩(wěn)定的信息交互通道，實(shí)現(xiàn)信息的收集、處理和傳輸?shù)取＞唧w功能包括短報(bào)文信息采集、文電信息采集、實(shí)時(shí)報(bào)文信息采集、數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?shù)據(jù)采集管理主要是對(duì)數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)行配置，對(duì)采集的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提供采集的訪問接口，對(duì)所采集的作業(yè)信息進(jìn)行控制和記錄，并將傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理端，寫入采集數(shù)據(jù)庫(kù)。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)所處裝備環(huán)境的特殊性，對(duì)信息采集提出了更高的要求，既要滿足各個(gè)功能對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的要求，又要防止數(shù)據(jù)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的失真和紊亂，因此，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理，是實(shí)現(xiàn)嵌入式指揮訓(xùn)練的一個(gè)難點(diǎn)。

5．4實(shí)時(shí)評(píng)估顯示

依托數(shù)字化裝備中信息系統(tǒng)提供的軟硬件環(huán)境和支撐數(shù)據(jù)，完成對(duì)受訓(xùn)人員操作指揮能力的評(píng)估是嵌入式指揮訓(xùn)練中最重要的環(huán)節(jié)，其結(jié)果的準(zhǔn)確與否將直接影響教練員對(duì)真實(shí)訓(xùn)練情況的掌握，從而對(duì)后續(xù)訓(xùn)練的決策產(chǎn)生影響。難點(diǎn)在于運(yùn)用復(fù)雜系統(tǒng)和辯證法的思想，建立起適應(yīng)指揮訓(xùn)練特點(diǎn)的指標(biāo)體系，進(jìn)行科學(xué)有效地評(píng)估，并不斷應(yīng)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)評(píng)估和反饋功能的智能化。評(píng)估效果和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)顯示負(fù)責(zé)根據(jù)想定生成戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，生成虛擬作戰(zhàn)目標(biāo)，實(shí)時(shí)匯集參訓(xùn)武器平臺(tái)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過二維和三維的形式實(shí)時(shí)顯示敵方目標(biāo)、友鄰目標(biāo)、作戰(zhàn)過程和打擊效果，使受訓(xùn)人員獲得類似實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)的心理感受;能夠?qū)崟r(shí)顯示評(píng)估效果并進(jìn)行保存，為指揮訓(xùn)練事后講評(píng)回放提供依據(jù)。

6結(jié)束語(yǔ)

依托數(shù)字化裝備的信息系統(tǒng)，將模擬訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入到主戰(zhàn)裝備中，實(shí)現(xiàn)兩者功能的優(yōu)化組合，已經(jīng)成為今后重點(diǎn)發(fā)展的訓(xùn)練模式之一。本研究以陸軍數(shù)字化裝甲分隊(duì)為對(duì)象，在分析嵌入式訓(xùn)練概念和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的基本原理，研究了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的主要需求，進(jìn)行了系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)和功能的具體分析，并對(duì)實(shí)現(xiàn)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。本研究?jī)H對(duì)數(shù)字化裝甲分隊(duì)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的改造做了原理性的探索，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)還有許多技術(shù)和機(jī)制方面的工作，主要包括裝甲車輛內(nèi)部設(shè)施的改造、計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)施的升級(jí)、軟件系統(tǒng)的改裝等，還需要大量深入細(xì)致的研究。

作者：彭文成 高韶祎 徐豪華 單位：裝甲兵工程學(xué)院陸軍裝備作戰(zhàn)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室