預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)態(tài)勢控制子系統(tǒng)設(shè)計

夏棟，高偉亮，王文博

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041；2.海軍參謀部電子局，北京100841）

預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)態(tài)勢控制子系統(tǒng)設(shè)計

夏棟1，高偉亮1，王文博2

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041；2.海軍參謀部電子局，北京100841）

態(tài)勢控制子系統(tǒng)是預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的重要組成部分，在為訓(xùn)練系統(tǒng)提供態(tài)勢數(shù)據(jù)的同時控制整個訓(xùn)練過程的開展，并將整個訓(xùn)練系統(tǒng)的實時狀態(tài)反饋給教練員。針對預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的需要，對態(tài)勢控制子系統(tǒng)設(shè)計進行研究。應(yīng)用實踐表明，設(shè)計方法完全滿足預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練的需要。

預(yù)警雷達；作戰(zhàn)訓(xùn)練；系統(tǒng)仿真；態(tài)勢生成

0 引言

由于部隊訓(xùn)練開展受到各種自然、人為、經(jīng)濟、安全因素的制約，各種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的替代訓(xùn)練越來越受到重視[1]，預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)就是其中一項典型的應(yīng)用[2]。預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)由態(tài)勢控制子系統(tǒng)和各個雷達模擬子系統(tǒng)組成，態(tài)勢控制子系統(tǒng)完成訓(xùn)練科目的下達和態(tài)勢數(shù)據(jù)的分發(fā)以及對整個訓(xùn)練過程的控制[3]，對整個系統(tǒng)的訓(xùn)練效果起著至關(guān)重要的作用。態(tài)勢控制子系統(tǒng)是整個訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的發(fā)起者與掌控者，教員通過態(tài)勢控制子系統(tǒng)實現(xiàn)訓(xùn)練與考核科目的設(shè)置，以及整個訓(xùn)練過程的控制，同時態(tài)勢控制子系統(tǒng)還要向教員提供訓(xùn)練過程中態(tài)勢與學(xué)員操作的實時顯示，訓(xùn)練結(jié)束后態(tài)勢控制子系統(tǒng)要存儲當(dāng)前操作學(xué)員的訓(xùn)練或考核成績。態(tài)勢控制子系統(tǒng)的設(shè)計包括功能設(shè)計、組成模塊設(shè)計、界面設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計。

1 態(tài)勢控制子系統(tǒng)組成模塊研究

態(tài)勢控制子系統(tǒng)需要完成訓(xùn)練科目的設(shè)置與下達、訓(xùn)練過程控制、訓(xùn)練態(tài)勢顯示、學(xué)員操作情況顯示（便于教練掌握學(xué)員操作情況）等內(nèi)容，具備以上功能的態(tài)勢控制子系統(tǒng)的組成模塊（圖1）。

圖1 態(tài)勢控制子系統(tǒng)組成

1.1 科目設(shè)置

科目設(shè)置主要對學(xué)員的訓(xùn)練內(nèi)容進行設(shè)置，包括分機故障設(shè)置、態(tài)勢設(shè)置和科目管理3個子模塊。

（1）雷達故障設(shè)置是為了訓(xùn)練和考核地勤人員開機、雷達自檢、故障處理、天線校正等內(nèi)容，具體內(nèi)容包括：①雷達分機故障設(shè)置，包括信號處理子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)、TR組件、波控子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、鏈路狀態(tài)、環(huán)控系統(tǒng)和TR溫度等。②TR組件工作特性設(shè)置，包括天線接收/發(fā)射下的幅度特性、相位特性的設(shè)置。雷達故障設(shè)置后會影響到雷達各器件的狀態(tài)，控制臺應(yīng)適時將更改后的新狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到模擬臺，雷達故障狀態(tài)信息內(nèi)容及格式見網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計部分。

（2）態(tài)勢設(shè)置是為了訓(xùn)練和考核空勤人員目標(biāo)起批、建區(qū)、抗干擾等操作而對雷達工作環(huán)境進行的設(shè)置，具體內(nèi)容包括：①平臺航跡規(guī)劃[4]，主要完成飛機平臺執(zhí)行任務(wù)的航線規(guī)劃，包括飛行路線、飛行速度、飛行高度等。平臺航跡規(guī)劃和目標(biāo)航跡設(shè)置一般是在控制臺軟件畫面地面背景上完成設(shè)置，也可以通過經(jīng)緯度數(shù)值設(shè)置，詳細設(shè)置方法見軟件設(shè)計對應(yīng)部分。②氣象環(huán)境設(shè)置，主要完成飛機飛行過程中天氣的影響，主要包括云雨和海況的設(shè)置，云雨設(shè)置內(nèi)容包括云雨中心經(jīng)緯度、高度、面積等，海況設(shè)置包括海上風(fēng)速、風(fēng)向、海況級別，訓(xùn)練過程中可動態(tài)改變氣象環(huán)境設(shè)置。③目標(biāo)設(shè)置，完成訓(xùn)練過程中所需目標(biāo)屬性、類型、航跡等信息的設(shè)置[5]，設(shè)置方法與平臺航跡基本一致，訓(xùn)練過程中可動態(tài)增加或改變目標(biāo)航跡。④干擾源設(shè)置，完成訓(xùn)練過程中多個干擾源的設(shè)置，內(nèi)容包括干擾類型、干擾功率、干擾平臺綁定，干擾源開關(guān)機時刻可在訓(xùn)練過程中實時控制，訓(xùn)練過程中可以啟動或停止干擾源，也可動態(tài)增加或刪除干擾源。

（3）科目管理完成對設(shè)置科目的管理。為了減少科目設(shè)置的工作量，需通過文件或數(shù)據(jù)庫的方式將設(shè)置好的科目相關(guān)信息（包括雷達系統(tǒng)信息、氣象、目標(biāo)、平臺航跡等所有相關(guān)信息）進行保存，系統(tǒng)可通過載入已有的科目文件完成科目的完整設(shè)置。

1.2 態(tài)勢顯示

態(tài)勢顯示完成訓(xùn)練過程中環(huán)境、平臺、目標(biāo)、干擾等信息的動態(tài)顯示，顯示內(nèi)容包括背景地圖、平臺圖標(biāo)、平臺航跡、目標(biāo)圖標(biāo)、目標(biāo)航跡、干擾圖標(biāo)、云雨圖標(biāo)等，可通過命令顯示或隱藏平臺和目標(biāo)的航跡。

1.3 操作實時顯示控制臺軟件界面中可實時顯示出學(xué)員當(dāng)前的操作情況，便于教員掌握學(xué)員的操作情況。

1.4 訓(xùn)練數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)能夠運行起來，需要態(tài)勢控制子系統(tǒng)將雷達狀態(tài)、平臺信息、目標(biāo)信息等內(nèi)容發(fā)送給模擬臺，模擬臺根據(jù)這些信息模擬出雷達天線接收到的真實回波并進行處理。控制臺發(fā)送給模擬臺的數(shù)據(jù)包括：①雷達系統(tǒng)信息，包括故障碼、TR組件特性數(shù)據(jù)等，這些信息影響了雷達的工作狀態(tài)，需要實時發(fā)送給控制臺。②訓(xùn)練態(tài)勢數(shù)據(jù)，包括平臺位置、氣象數(shù)據(jù)、目標(biāo)位置、干擾信息等，這些信息隨訓(xùn)練過程實時變化，需要周期發(fā)送給模擬臺，發(fā)送周期≤1 s。

1.5 訓(xùn)練過程控制

控制臺能夠?qū)崿F(xiàn)對訓(xùn)練過程進度的控制，控制內(nèi)容包括訓(xùn)練開始、結(jié)束、暫停、快進、回放等。

1.6 成績顯示

訓(xùn)練過程中，模擬臺提供給控制臺學(xué)員成績和操作列表，控制臺對這些內(nèi)容進行顯示，便于教員掌握學(xué)員的操作情況，操作列表中包括操作發(fā)生的時間、操作內(nèi)容以及對操作的評價。

2 態(tài)勢控制子系統(tǒng)界面設(shè)計

態(tài)勢控制子系統(tǒng)軟件界面為窗口風(fēng)格，界面組成元素包括標(biāo)題欄、菜單欄、快捷工具欄、態(tài)勢顯示區(qū)、狀態(tài)信息欄、操作情況顯示區(qū)等內(nèi)容（圖2）。其中標(biāo)題欄與普通桌面程序標(biāo)題基本一致，由程序圖標(biāo)、程序名稱、系統(tǒng)最小化、最大化/還原、關(guān)閉等按鈕組成；操作情況顯示區(qū)顯示學(xué)員訓(xùn)練操作情況，是一個單獨的子窗口，可通過菜單或快捷工具欄控制其顯示或隱藏。界面各組成部分實現(xiàn)功能如下所述：

2.1 菜單欄

菜單欄由各種不同類型的命令和操作菜單組成，實現(xiàn)對整個控制臺軟件的控制和操作。包括“系統(tǒng)控制”、“畫面顯示”、“故障操作”、“態(tài)勢設(shè)置”、“科目管理”、“成績管理”等菜單。“系統(tǒng)控制”菜單實現(xiàn)對整個訓(xùn)練系統(tǒng)的管理和監(jiān)控，包括“預(yù)警雷達管理”、“開始訓(xùn)練”，“暫停訓(xùn)練”，“過程快進”，“結(jié)束訓(xùn)練”，“程序退出”等命令；“畫面顯示”菜單控制程序界面的顯示情況，包括“學(xué)員操作記錄”、“平臺航跡線”、“目標(biāo)航跡線”、“干擾圖標(biāo)”、“云雨圖標(biāo)”、“地圖縮放”、“地圖漫游”、“地圖顯示控制”，“經(jīng)緯網(wǎng)格線”等命令；“故障操作”菜單完成對雷達故障和天線TR組件性能的設(shè)置，包括“分機故障設(shè)置”和“TR組件設(shè)置”命令；“態(tài)勢設(shè)置”菜單完成訓(xùn)練環(huán)境的設(shè)置，包括“平臺航跡規(guī)劃”、“氣候設(shè)置”、“目標(biāo)設(shè)置”、“干擾源設(shè)置”等命令。“科目管理”菜單完成訓(xùn)練科目的存儲、瀏覽、調(diào)用等功能，包括以“保存當(dāng)前科目”，“載入科目”等命令；“成績管理”菜單，彈出“學(xué)員訓(xùn)練考核成績”對話框，在彈出的對話框中可以瀏覽和編輯 記錄學(xué)員的成績和錯誤操作列表。

圖2 界面組成元素圖

2.2 快捷工具欄

快捷工具欄由一些常用的快捷命令按鈕組成，按鈕以圖標(biāo)的形式顯示在快捷工作欄中。快捷工具欄命令按鈕包括科目設(shè)置類、過程控制類、畫面顯示類等按鈕。

2.3 態(tài)勢顯示區(qū)

態(tài)勢顯示區(qū)是整個程序界面的主體部分，對整個訓(xùn)練過程中預(yù)警機平臺、目標(biāo)的地理位置和運行軌跡以及自然環(huán)境和干擾情況進行顯示，便于教員對整個訓(xùn)練過程進行掌握和控制。顯示內(nèi)容包括地圖背景、預(yù)警機平臺圖標(biāo)與航跡、目標(biāo)圖標(biāo)與航跡、干擾圖標(biāo)、云雨圖標(biāo)。

（1）地圖背景。地圖背景通過載入地圖文件生成，支持地圖漫游和縮放。地圖文件的選擇有2種，一是背景地圖通過地圖矢量文件生成，地圖矢量文件及開發(fā)方法有現(xiàn)成的代碼，開發(fā)工作量較小。二是地圖背景為衛(wèi)星地圖方式，相對于矢量平面地圖，衛(wèi)星地圖更加形象，缺點是沒有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)，需要開發(fā)方在谷歌地圖中下載。

（2）平臺和目標(biāo)圖標(biāo)及航跡。預(yù)警機平臺圖標(biāo)建議選用固定翼飛機圖標(biāo)，預(yù)警平臺航跡線選用醒目顏色表示并加粗，以助于與目標(biāo)航跡相區(qū)分。目標(biāo)圖標(biāo)跟目標(biāo)類型有關(guān)，空中目標(biāo)采用飛機或?qū)棃D標(biāo)，海面目標(biāo)采用軍艦圖標(biāo)，地面目標(biāo)用坦克表示。

（3）干擾和云雨圖標(biāo)。有源干擾圖標(biāo)可采用閃電，也可用其他輻射狀圖標(biāo)，當(dāng)干擾機工作是，干擾圖標(biāo)應(yīng)處于閃爍狀態(tài)。云雨圖標(biāo)采用云朵，當(dāng)云雨面積較大時，可采用多個云朵圖標(biāo)表示。

2.4 狀態(tài)信息欄

狀態(tài)信息欄對訓(xùn)練過程中的一些重要信息進行顯示，主要包括光標(biāo)當(dāng)前位置經(jīng)緯度、平臺當(dāng)前經(jīng)緯度、地圖比例尺、干擾機是否開機、訓(xùn)練進行時間。

2.5 學(xué)員操作情況窗口

學(xué)員操作情況窗口以列表的形式顯示了學(xué)員每一步操作情況，列表中每一行包含“操作時間”、“操作內(nèi)容”和“操作評價”，這些信息由模擬臺通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制臺（圖3）。

圖3 “學(xué)員操作情況”對話框示例

圖3為該對話框的一個示例，教員可以在該對話框中輸入學(xué)員姓名，并根據(jù)當(dāng)前訓(xùn)練內(nèi)容的特點輸入當(dāng)前學(xué)員訓(xùn)練或考核的科目，如“系統(tǒng)開機”、“通電檢查”、“分機故障排查”、“天線校正”、“目標(biāo)跟蹤”、“抗雜波”、“抗干擾”等選項。“學(xué)員成績”一項由模擬臺提供，但是訓(xùn)練結(jié)束后教員可以根據(jù)學(xué)員的表現(xiàn)對該成績進行修改。點擊“保存成績”按鈕時，學(xué)員成績將會保存到數(shù)據(jù)庫中，點擊“丟棄成績”按鈕該次訓(xùn)練成績不記錄，每次訓(xùn)練的記錄數(shù)據(jù)包括：“學(xué)員姓名”、“科目名稱”、“訓(xùn)練日期”、“學(xué)員成績”4項內(nèi)容。訓(xùn)練結(jié)束后直接退出該對話框的默認操作為不記錄學(xué)員成績。

3 態(tài)勢控制子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信

為了保證訓(xùn)練系統(tǒng)的流暢性，態(tài)勢控制子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)臺之間采用UDP異步通信的方式完成數(shù)據(jù)交換。由于態(tài)勢控制子系統(tǒng)只運行于1臺設(shè)備上，向多個模擬子系統(tǒng)提供態(tài)勢數(shù)據(jù)，態(tài)勢子系統(tǒng)對外通信采用廣播（組播）方式。

3.1 數(shù)據(jù)包格式設(shè)計

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)各計算機之間通信數(shù)據(jù)包格式簡潔，每個通信數(shù)據(jù)包都有包頭和數(shù)據(jù)兩部分組成。其中，報頭包括了數(shù)據(jù)包總長度、數(shù)據(jù)類型和收發(fā)IP地址信息，數(shù)據(jù)部分則是要網(wǎng)絡(luò)傳遞的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)包包頭格式統(tǒng)一，總共有16字節(jié)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下。

typedef struct tagPaketHeader//協(xié)議報文頭

{

UINT msTotalLen;//數(shù)據(jù)包總長度，單位：字節(jié)

UINT ucDataType;//數(shù)據(jù)類型//:0：故障代碼，1:TR幅相，2：

unsigned char ucSendIP[4];//發(fā)方地址

unsigned char ucRecvIP[4];//收方地址

}PACKETHEADER，*LPPACKETHEADER;

3.2 控制臺到模擬臺數(shù)據(jù)

控制臺發(fā)送給模擬臺的數(shù)據(jù)包括2類，具體為：①雷達系統(tǒng)信息，包括模擬臺位控制指令、故障碼、TR組件特性數(shù)據(jù)等，這些信息影響了雷達的工作狀態(tài)，需要實時發(fā)送給控制臺。②訓(xùn)練態(tài)勢數(shù)據(jù)，包括平臺位置、氣象數(shù)據(jù)、目標(biāo)位置、干擾信息等，這些信息隨訓(xùn)練過程實時變化，需要周期發(fā)送給模擬臺，發(fā)送周期≤1 s。

模擬臺位控制指令向各模擬臺位發(fā)送臺位分配和程序開關(guān)指令，命令內(nèi)部包括雷達ID、雷達型號、模擬臺位、控制命令等內(nèi)容，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

//***********模擬臺位控制指令*******

typedef struct tagSimulatorControl

{

PACKETHEADERheadPacket;//數(shù)據(jù)包頭

UINTusRadarID;//雷達編號，用于區(qū)分不同雷達

UINTusRadarType;//雷達型號ID，區(qū)分不同型號雷達，取值見數(shù)據(jù)庫

UINTusSimulatorNoID;//模擬臺位號，0：不分配臺位，1～3：臺位1～臺位3

UINTusSimulatorControlCode；//模擬臺程序控制指令，1：程序啟動，2，程序退出

}SIMULATORCONTROL，*LPSIMULATORCONTROL;

//***********END**************

分機故障數(shù)據(jù)包為控制臺發(fā)送給各模擬臺位的分機故障信息，包含信息包括故障類型、故障分機號等。

TR組件特性數(shù)據(jù)包為控制臺發(fā)給模擬臺的TR組件特性數(shù)據(jù)，每個TR組件特性數(shù)據(jù)包發(fā)送一組TR組件特性，包括組件ID、組件特性數(shù)值。

態(tài)勢數(shù)據(jù)包為訓(xùn)練過程中雷達平臺位置、目標(biāo)位置、干擾、氣象等信息的動態(tài)數(shù)據(jù)，由控制臺周期發(fā)送給各模擬臺位，發(fā)送周期暫定為1 s。其中，平臺信息包括雷達平臺位置、高度、速度、航向等，目標(biāo)信息包括各設(shè)置目標(biāo)的位置、高度、RCS、速度、航向、俯仰角、敵我屬性等，氣象信息包括云雨和海況，干擾信息包括干擾類型、干擾平臺、方位、距離、頻率、帶寬、干擾功率等。

3.3 模擬臺到數(shù)據(jù)臺數(shù)據(jù)

模擬臺位發(fā)送到態(tài)勢控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也包括2類：①學(xué)員操作信息。②模擬臺文字信息。學(xué)員操作數(shù)據(jù)包為各模擬臺位發(fā)送給控制臺學(xué)員操作數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

//學(xué)員操作情況數(shù)據(jù)包

typedef struct tagStudentOperation

{

PACKETHEADERheadPacket;//數(shù)據(jù)包頭

SYSTEMTIMEstTime;//操作時間

charstrOperation[50]；//操作內(nèi)容

charstrAppraise[50]；//操作評價

floatfScore;//成績

}STUDENTOPERATION，*LPSTUDENTOPERATION;

//END

模擬臺文字消息為模擬臺反饋的提示或異常信息，當(dāng)控制臺收到該類數(shù)據(jù)時，應(yīng)通過彈出消息框顯示該文字消息，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

//模擬臺文字消息

typedef struct tagSimulatorMessage

{

PACKETHEADERheadPacket；//數(shù)據(jù)包頭

charmessage[60]；//文字消息

}SIMULATORMESSAGE，*LPSIMULATORMESSAGE；

//END

4 結(jié)論

態(tài)勢控制子系統(tǒng)提供了支撐整個預(yù)警雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)正常運行的態(tài)勢數(shù)據(jù)，對訓(xùn)練效果起著至關(guān)重要的作用。將態(tài)勢控制子系統(tǒng)劃分為科目設(shè)施、態(tài)勢顯示、操作實時顯示、數(shù)據(jù)發(fā)送、訓(xùn)練過程控制、訓(xùn)練成績評定6個模塊可滿足態(tài)勢訓(xùn)練的各種要求。采用窗口形式的顯示界面更方便教練員的操作和使用，同時采用UDP作為數(shù)據(jù)傳輸樣式保證了系統(tǒng)運行的流暢性。

［1］夏棟，察豪，秦華，等.基于實采數(shù)據(jù)的海雜波與氣象雜波模擬[J].現(xiàn)代雷達，2012，34（5）：77-80．

［2］朱元昌，邸彥強.雷達裝備通用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研究[J].兵工學(xué)報，2005，26（1）：94-99．

［3］朱宇峰，晉華義，劉健.作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中導(dǎo)調(diào)框架的設(shè)計[J].艦船電子工程，2008，28（10）：139-143．

［4］周易，鄧歌明，田杰榮.機載火控雷達作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的研制[J].微計算機信息，2009，25（7）：225-226，214．

［5］曾安里，黃華，張懷天，等.防空反導(dǎo)作戰(zhàn)想定分發(fā)與推演訓(xùn)練系統(tǒng)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2013，4（3）：8-15，24．

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.48