基于操作路徑評分的某雷達參數測量考試系統

王國師，武 文，陳學良，張朝偉，何成偉

（1.空軍預警學院，武漢 430019；2.解放軍94969部隊，上海 200040）

0 引言

某型雷達技術新，探測性能好，已在部隊部署了上百部，是我軍的主戰雷達之一。雷達能否穩定可靠地工作，在很大程度上取決于雷達技師的維修保障能力水平。參數測量是反映雷達技師維修能力水平的一項重要內容，也是雷達技師的必修科目。某型雷達參數多、測量過程復雜、難以掌握，需要進行嚴格有效的訓練及考核。目前，院校和部隊主要通過以下幾種方式來進行某型雷達參數測量的訓練及考核:方式1是背記相關理論，然后采用紙質試卷進行考核；方式2是在雷達裝備上進行維修保障訓練及考核；方式3是采用半實物的模擬訓練系統。這些方式都存在一些不足:方式1缺乏實踐操作，不能有效提高和反映技師的實際動手能力；方式2雖然能夠使得學員最大限度地在裝備上進行實踐操作訓練，訓練效果也最佳，但一方面由于雷達裝備價格昂貴，一個院?；蚰硞€部隊同型號的雷達一般只部署幾部，部分雷達還要擔負值班任務，且其方艙內部空間僅容納3人～5人，參訓人員只能依次輪流進行訓練或考核，耗時較長，訓練及考核效率非常低下；另一方面在實裝上訓練或考核，如果操作不當容易導致裝備故障，甚至燒毀裝備部件，縮減裝備壽命。方式3也能夠模擬實裝場景進行訓練及考核，訓練及考核效果也不錯，但半實物的訓練系統研制成本較高，不能在部隊或培訓機構普及配備。因此，目前這幾種訓練及考核方法都限制了雷達技師裝備維修保障能力的提高。

利用先進的計算機技術研制一套對某型雷達參數測量進行模擬訓練及考核的軟件系統，既能節約成本，又能提高訓練效率。目前國內外對于模擬訓練軟件系統的研究并不罕見。如:文獻［1］開發了基于試卷的開放式考試平臺，實現傳統考試流程的網絡化、自動化和無紙化；文獻［2］針對傳統考試耗時耗力等缺點，提出基于解離散優化問題蟻群算法思想的智能考試系統模型；文獻［3］利用仿真技術開發了開放式模擬電子技術課程計算機考試系統。這些機器考試系統將傳統紙質考試、人工閱卷的方式智能化、自動化，提高了考試效率。但這些只對答題結果進行記錄與評分的理論考試系統，不能適用于既要對操作過程又要對操作結果進行記錄與評分的某型雷達參數測量進行模擬訓練及考核系統。鑒于此，本文研制一套低成本，既能夠記錄操作過程又能記錄考試結果且能對其進行評分的某型雷達參數測量模擬訓練及考核軟件系統，系統可以部署到多臺計算機上，使得雷達技師能同時在計算機上進行模擬訓練及考試，從而節約成本，提高訓練效率。

1 業務需求分析

某型雷達維修保障時需要測量的參數很多，本文先選擇了其中最常用也是最重要的6種參數（波形產生器波形、顯示觸發脈沖波形、發射機同步脈沖波形、基準時鐘波形、一本振平均功率、發射激勵平均功率）進行模擬操作訓練及考核，涉及到的儀器儀表有示波器和功率計，其余參數的測量訓練及考核在后期不斷完善。通過梳理總結得出某型雷達參數測量的主要步驟，如圖1所示。

第1步，接口選擇。在雷達裝備上找到需要測試的接口位置；

第2步，儀表選擇。根據測試參數的特性選擇相應儀器儀表；

第3步，線纜選擇。通過觀察測試接口端子類型和儀器儀表端子類型選擇合適線纜；

第4步，連接測試接口與儀表。用選擇好的線纜將測試接口與儀器儀表連接好；

第5步，操作儀表。接通并打開儀器儀表電源，操作儀器儀表；

第6步，讀數并記錄。讀取并記錄儀器儀表數據；

第7步，交卷并評分。

圖1 波形產生器波形測試模擬操作考核實現流程

某型雷達參數測量模擬訓練及考核軟件系統主要有以下特點:

1）某型雷達參數測量涉及到雷達裝備的多個接口、多種線纜及多種儀器，每種參數測量所涉及到的儀器、線纜、測試步驟都不相同。為了盡量向學員展示真實的參數測量場景，系統需要大量圖片展示參數測量的相關細節，并通過軟件操作控制相關圖片。每種參數測量所涉及到的圖片都不相同，因此，必須針對各類參數逐一開發，軟件復用度沒有現有的理論考試系統軟件高［4-5］。

2）現有的考試系統一般無需記錄操作過程，只需記錄答題結果并與正確答案比較即可對訓練或考核作出評分，但某型雷達參數測量涉及到復雜的儀器操作，不僅要記錄結果，還需要記錄每一個操作步驟，且要對操作步驟、操作步驟的順序及操作結果都要進行評分。

2 系統總體結構及功能模塊

某型雷達參數測量模擬訓練及考核系統采用C/S（客戶端/服務器端）結構，即考生在客戶端進行模擬操作訓練及考核，模擬操作的過程及結果記錄在服務器中，提交試卷后根據本系統設計的評分策略進行評分，教員及系統管理員可以對服務器數據進行管理。

2.1 總體結構

某型雷達參數測量訓練及考核系統采用C/S（客戶端/服務器）結構，總體結構如圖2所示，主要包括考核、訓練、管理及數據庫相關等功能。其中，數據庫中存放訓練及考試數據（含正確答案）、用戶及人員信息數據；訓練及考核功能是對雷達技師進行參數測量模擬操作的過程及結果進行訓練及考核，部署在客戶端；管理功能是對數據庫、用戶及其權限、人員信息等進行管理，部署在服務器端。

2.2 主要功能模塊

某型雷達參數測量訓練及考核系統軟件主要包括模擬操作訓練客戶端、模擬操作考核客戶端及數據庫管理服務器端，其功能組成如圖3所示。

圖3 某型雷達參數測量訓練及考核系統功能組成模塊

2.2.1 模擬操作訓練客戶端

模擬操作訓練客戶端主要包括:波形產生器波形測量模擬操作訓練子模塊、顯示觸發脈沖波形測量模擬操作訓練子模塊、發射機同步脈沖波形測量模擬操作訓練子模塊、基準時鐘波形測量模擬操作訓練子模塊、一本振平均功率測量模擬操作訓練子模塊、發射激勵平均功率測量模擬操作訓練子模塊等6個子模塊，各子模塊主要功能是對相應參數測量進行模擬操作訓練。

2.2.2 模擬操作考核客戶端

模擬操作考核客戶端包括:波形產生器波形測量模擬操作考核子模塊、顯示觸發脈沖波形測量模擬操作考核子模塊、發射機同步脈沖波形測量模擬操作考核子模塊、基準時鐘波形測量模擬操作考核子模塊、一本振平均功率測量模擬操作考核子模塊、發射激勵平均功率測量模擬操作考核子模塊等6個子模塊，各子模塊主要功能是對相應參數測量的模擬操作進行考核。

2.2.3 數據庫管理服務器端

數據庫管理服務器端主要是對用戶信息及權限、人員信息、考試成績、考試數據等進行管理。其中，考試數據管理是指教員在每次考試前都可以通過管理端對某型雷達訓練及考核的數據參數進行重新設置，以防止學員記住歷史數據而使得考試成績失去公平性。

3 數據庫設計

數據庫設計是整個系統的基礎，數據庫的設計對整個系統的建設起著關鍵性的作用［6］。本系統數據庫基于SQL Server 2005平臺設計，主要包括9個數據表:用戶表、人員信息表、成績表、波形產生器波形數據表、顯示觸發脈沖波形數據表、發射機同步脈沖波形數據表、基準時鐘波形數據表、一本振平均功率數據表和發射激勵平均功率數據表。各表結構及其之間關系如圖4所示。

圖4 數據表結構及其之間的關系

4 基于操作路徑的評分策略

評分策略關系到考試結果的公平性，需要認真研究制定。某型雷達參數測量模擬操作訓練及考試系統，不僅要記錄考試結果，而且還要記錄考試過程。在與第1部分提到的某型雷達參數測量的6個步驟息息相關，即如果前一個步驟操作錯誤，則后續操作均無效。為了解決此問題，本文提出一種基于操作路徑的評分策略對學員的操作步驟及結果進行評估打分，具體模型如下:

學員考核總成績用Score表示，0≤Score≤100，則Score可表示為:

式中，i≥0，j≤5；αi表示第 i步操作所得分值的權重；aj表示第j步操作的正確性，如果第j步操作正確，則 aj=1，否則 aj=0；式∏ij=0aj代表了歷史操作路徑的正確性。如果第j步之前操作正確，第j步操作錯誤，則式（1）只累加了第j步之前的分數，第j步及之后的操作得0分，這正好與某型雷達參數測量訓練及考試的實際相符合。式（1）中各變量的具體取值見表1。

表1 αi取值

α4表示第5步儀器儀表操作得分，如式（2）所示。

式中，K表示電源開關狀態，如果正確打開電源開關，K=1；否則K=0；如果參數測量所用儀器為示波器，則S=2，所用儀器為功率計，則S=1，βm表示第m步儀器儀表操作所得分值的權重，其具體取值見表2。bm表示儀器儀表第m步操作的正確性，如果儀器儀表第m步操作正確，則bm=1，否則bm=0。

α5表示第6步讀取并記錄數據的得分，如式（3）所示。

式中，T值由所選測量參數類型決定，具體見表3，γn表示第n步讀取并記錄數據所得分值的權重，其具體取值見表4。cn表示讀取并記錄數據第n步操作的正確性，如果讀取并記錄數據第n步操作正確，則 cn=1，否則 cn=0。

表2 βm取值

表3 T取值

表4 γn取值

5 系統實現及測試

系統在.NET平臺下用C#語言開發。某型雷達參數測量的模擬操作訓練和模擬操作考核實現思路大致相同，所不同的是:訓練時采用按步驟提示的方式進行，操作不正確不進行下一步，而在考核時則不進行任何提示，即使操作錯誤，也可以繼續進行下去，提交試卷后，查詢記錄的操作過程并根據本文設計的基于操作路徑的評分策略進行評分。本文受篇幅限制，下面僅以模擬操作考核為例，說明本系統的實現方法并展示部分界面，其他模塊均采用比較成熟的技術實習，本文不再贅述。

某型雷達參數測量模擬操作考核實現流程如圖5所示。具體實現步驟描述如下:

第1步，根據待測參數類型要求從給定的選項中選擇一個測試接口；

第2步，根據選擇結果，依據評分策略計算分值；

第3步，根據待測參數類型選擇一種儀器；

第4步，根據選擇結果，依據評分策略計算分值；

第5步，通過觀察測試接口端子類型和儀器儀表端子類型選擇合適線纜；

第6步，用選擇的線纜連接待測接口和儀器，此處采用圖片切片觸發事件的方式實現，即通過點擊測試接口圖片的端子切片和儀器儀表圖片的端子切片來觸發線纜連接的事件；

圖5 波形產生器波形測試模擬操作考核實現流程

第7步，根據操作結果，依據評分策略計算分值；

第8步，操作儀表，儀表操作的實現采用動態波形或數據，且需要通過儀器上各種功能旋鈕、按鍵操作后才能得出正確結果。圖6所示為波形產生器波形測量過程中的初始化波形界面，初始波形在橫縱坐標上偏小，且波形不穩定，需要通過調整時間刻度、電壓刻度、觸發電平等旋鈕，使得波形穩定且適合讀數時，才算操作正確，否則在下一步計算分數時依據評分策略扣除錯誤操作步驟的分數；

圖6 波形產生器波形測試模擬操作考核部分界面

第9步，根據示波器操作過程并依據評分策略計算分值；

第10步，依據評分策略得出總分。

6 結論

本文提出采用開發相關軟件系統來解決當前某型雷達參數測量訓練及考核手段存在的不足。首先，在分析了業務需求的基礎上，對系統的總體結構和功能模塊進行了設計和劃分，并設計了系統的數據庫；然后，針對目前考試系統只對考試結果進行評分，不能適用于本系統的問題，提出一種基于操作路徑的評分策略，該策略可以對操作步驟及結果同時進行評分；最后，對系統進行了實現和測試。系統已經投入應用，實踐證明:本系統能夠節約成本，有效提高訓練效率。