實(shí)戰(zhàn)化的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)

吳瑾穎, 席建祥, 郭金庫(kù), 胡來(lái)紅

(1. 火箭軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈工程學(xué)院, 陜西 西安 710025;2. 西北工業(yè)大學(xué) 無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)研究院, 陜西 西安 710000)

戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境下軍事訓(xùn)練是推進(jìn)我軍向信息化轉(zhuǎn)變的重要切入點(diǎn)[1]。軍事院校戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程通過(guò)教授戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境基本理論及其對(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練影響的相關(guān)內(nèi)容,對(duì)培養(yǎng)學(xué)員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的認(rèn)知和運(yùn)用能力、促進(jìn)學(xué)員形成對(duì)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的立體認(rèn)識(shí)方面具有重要的作用。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程內(nèi)容橫跨多個(gè)學(xué)科,涉及雷達(dá)、通信、光電、衛(wèi)星以及電子對(duì)抗等多個(gè)專業(yè),內(nèi)容廣、主線多;然而本科學(xué)員專業(yè)知識(shí)積累不夠,對(duì)內(nèi)容的理解和消化難度大。另外,該課程涉及裝備發(fā)展、部隊(duì)訓(xùn)練以及環(huán)境構(gòu)建等多方面,單純的課堂理論教學(xué)與部隊(duì)實(shí)際情況結(jié)合困難,使教學(xué)脫離和滯后部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練[2-3]。為適應(yīng)當(dāng)前部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化軍事訓(xùn)練的要求,建設(shè)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng),進(jìn)而采用案例式教學(xué),使學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠感同身受,對(duì)于切實(shí)提高實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 建設(shè)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)的目的

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)目的是有效推進(jìn)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)保障條件建設(shè),突出實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)，即：

(1) 構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)可視化。戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境本身具有不可見、難以掌握的特點(diǎn),因此戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)可視化應(yīng)當(dāng)能夠直觀、形象、逼真地反映出一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間內(nèi)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境空域、時(shí)域、頻域、能域上的特點(diǎn)和分布,能夠根據(jù)實(shí)戰(zhàn)化戰(zhàn)場(chǎng)敵我電磁輻射源分布,反映戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化。戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)的可視化能夠輔助學(xué)員更加深刻的理解戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的構(gòu)成、特征和復(fù)雜性特點(diǎn),對(duì)電磁環(huán)境有更為直接的感性認(rèn)識(shí)[4]。

(2) 實(shí)現(xiàn)裝備和軍事行動(dòng)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估。在實(shí)戰(zhàn)化要求下,作戰(zhàn)訓(xùn)練以及教學(xué)應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注裝備體系和軍事行動(dòng)的戰(zhàn)場(chǎng)級(jí)電磁環(huán)境適應(yīng)性以及由此引發(fā)的裝備和行動(dòng)效能評(píng)估優(yōu)化問(wèn)題。將裝備和武器平臺(tái)置于裝備體系、敵我對(duì)抗和戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境等作戰(zhàn)條件下,進(jìn)行綜合指標(biāo)論證和效能評(píng)估,從而優(yōu)化裝備作戰(zhàn)運(yùn)用邊界條件等。

(3) 對(duì)基于案例推演的戰(zhàn)法與方案進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化。將課堂教學(xué)與戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的情境深度融合,結(jié)合作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場(chǎng)景、武器裝備等,通過(guò)案例推演的方式,實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)法、電磁環(huán)境仿真以及評(píng)估的結(jié)合,對(duì)不同戰(zhàn)場(chǎng)背景條件下的戰(zhàn)法進(jìn)行研究和創(chuàng)新討論。利用直觀呈現(xiàn)的電磁態(tài)勢(shì),探討戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境輔助決策指揮;在一定戰(zhàn)場(chǎng)部署情況下,根據(jù)己方現(xiàn)有裝備來(lái)制定、評(píng)估和優(yōu)化通信方案、臺(tái)站選址方案、電子攻防對(duì)抗方案等。

2 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)方案

2.1 教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)以GIS為基礎(chǔ),按模型層、計(jì)算層、應(yīng)用層進(jìn)行架構(gòu)。上層架構(gòu)以下層架構(gòu)為依托,各層次之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行調(diào)用,有較高的靈活性和適應(yīng)性。系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

基礎(chǔ)層主要是指基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(GIS系統(tǒng)),地理信息系統(tǒng)提供衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、地形高程數(shù)據(jù),進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)電磁氣象數(shù)據(jù)的管理和顯示,并為計(jì)算層提供電磁計(jì)算所需要的地形高程數(shù)據(jù)支持。

模型層主要包括用頻武器裝備的電磁模型、武器平臺(tái)的運(yùn)行及作戰(zhàn)模型、電波傳播計(jì)算模型。

計(jì)算層主要包括電磁計(jì)算引擎、計(jì)算數(shù)據(jù)管理、作戰(zhàn)想定制作、軍事行動(dòng)推演、檢驗(yàn)評(píng)估等模塊。

應(yīng)用層包括戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)顯示、裝備和軍事行動(dòng)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估和典型教學(xué)案例模塊。

2.2 教學(xué)系統(tǒng)功能組成

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)具有5個(gè)主要功能模塊[5]。

(1) 地理信息平臺(tái)模塊。主要功能是地形數(shù)據(jù)管理及顯示、影像數(shù)據(jù)管理及顯示、氣象環(huán)境設(shè)置與顯示、大氣/海洋/雨雪等環(huán)境效果、地形分析與計(jì)算。

(2) 電磁模型管理模塊。該模塊用于推演仿真系統(tǒng)調(diào)用和加載的各種模型,功能包括：電磁模型庫(kù)及管理、電磁裝備組裝編輯、輻射源模型庫(kù)、自然地貌地物模型庫(kù)等。

(3) 作戰(zhàn)想定和教學(xué)案例模塊。該功能模塊將部隊(duì)想定內(nèi)容轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)仿真想定,實(shí)現(xiàn)與區(qū)域、階段、行動(dòng)路線和任務(wù)相關(guān)的仿真想定設(shè)計(jì);負(fù)責(zé)構(gòu)建表征部隊(duì)、武器平臺(tái)和用頻網(wǎng)系的相關(guān)仿真模型實(shí)體;實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例制作和管理。具體功能包括：兵力編輯與部署、兵力編隊(duì)及管理、編制關(guān)系管理、兵力行動(dòng)規(guī)劃與推演、教學(xué)案例制作與管理。

(4) 電磁計(jì)算模塊。該模塊的功能包括：裝備在電磁環(huán)境下的適應(yīng)性評(píng)估、雷達(dá)設(shè)備適應(yīng)性評(píng)估、通信設(shè)備電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估、電波傳播模型及計(jì)算、電磁環(huán)境計(jì)算機(jī)可視化。

(5) 綜合態(tài)勢(shì)顯示模塊。基于視景可視化技術(shù)和統(tǒng)計(jì)圖表,動(dòng)態(tài)顯示推演過(guò)程,直觀展現(xiàn)推演過(guò)程中武器平臺(tái)、通信與雷達(dá)網(wǎng)系的工作情況和電磁裝備帶電磁效能發(fā)揮情況,功能包括：電磁環(huán)境構(gòu)成實(shí)體態(tài)勢(shì)、電磁環(huán)境特征態(tài)勢(shì)、電磁環(huán)境效應(yīng)態(tài)勢(shì)、態(tài)勢(shì)顯示與推演控制。

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)功能組成如圖2所示。

3 基于戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)的案例式教學(xué)

3.1 教學(xué)應(yīng)用流程

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)作為戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程案例教學(xué)的支撐平臺(tái),可以通過(guò)仿真案例演示,幫助學(xué)員深刻理解戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的概念、特點(diǎn),掌握頻譜管控以及電磁環(huán)境應(yīng)對(duì)方法,對(duì)武器裝備和軍事行動(dòng)的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境進(jìn)行初步的適應(yīng)性評(píng)估,為戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境控制手段融入作戰(zhàn)指揮和軍事訓(xùn)練提供思路和教學(xué)訓(xùn)練[6-7]。戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境課程案例式教學(xué)流程如圖3所示。教員首先根據(jù)課程內(nèi)容講解理論基礎(chǔ)知識(shí)，選擇或設(shè)計(jì)想定案例。新設(shè)計(jì)教學(xué)案例應(yīng)當(dāng)包括設(shè)定敵我對(duì)抗環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)武器平臺(tái)部署及行動(dòng)規(guī)劃、戰(zhàn)場(chǎng)輻射源參數(shù)設(shè)置并與武器平臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)等步驟;按照想定案例的設(shè)定運(yùn)行想定推演,在推演的過(guò)程中根據(jù)電磁計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行案例講解。在此過(guò)程中,可根據(jù)需要修改想定設(shè)定參數(shù),進(jìn)行推演優(yōu)化和對(duì)比;最后,學(xué)員應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)和案例推演進(jìn)行研討,如有需要可組織學(xué)員設(shè)計(jì)案例并仿真,以驗(yàn)證研討結(jié)論。

圖2 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)功能組成

圖3 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程案例式教學(xué)流程

3.2 典型案例及應(yīng)用

3.2.1 頻譜管控案例

在掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境概念和電波傳播基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上,利用戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)制作頻譜管控案例,在想定的敵我雙方對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下,計(jì)算并渲染戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)的分布情況。由教員按照時(shí)間、頻率、空間、能量各個(gè)域,分別展示并講解電磁環(huán)境的分布特點(diǎn)及管控策略;根據(jù)我方的兵力部署和敵方干擾分布,講解如何制定頻譜分配方案;根據(jù)仿真數(shù)據(jù)講解如何利用頻譜監(jiān)測(cè)設(shè)備定位和監(jiān)控?cái)撤捷椛湓础D4為頻譜管控案例運(yùn)行的截圖。

圖4 頻譜管控案例運(yùn)行截圖

3.2.2 臺(tái)站選址優(yōu)化案例

根據(jù)雷達(dá)、軍用移動(dòng)通信、無(wú)線電監(jiān)測(cè)等無(wú)線電臺(tái)站的電磁特性,綜合復(fù)雜地理?xiàng)l件、電波傳播因素和其他臺(tái)站部署情況,根據(jù)輻射范圍和監(jiān)測(cè)范圍、干擾/受干擾程度部署難易度等,進(jìn)行臺(tái)站選址的優(yōu)化和評(píng)估。通過(guò)該案例,學(xué)員可以對(duì)各頻段電磁波的傳播特性、輻射影響因素有更直觀的理解和感受,對(duì)于通信和雷達(dá)等臺(tái)站的選址及作戰(zhàn)運(yùn)用有更深刻的理解。圖5為臺(tái)站選址優(yōu)化案例運(yùn)行的截圖。

圖5 臺(tái)站優(yōu)化選址案例截圖

3.2.3 通信方案評(píng)估與優(yōu)化案例

該案例根據(jù)地形、植被、氣象氣候條件以及敵我作戰(zhàn)部署、電磁臺(tái)站分布、通信要求、交通條件等各方面因素,優(yōu)化選擇機(jī)動(dòng)通信車/臺(tái)站的合適部署位置和方式;需要結(jié)合所處戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境頻譜使用狀況,并根據(jù)上級(jí)或協(xié)同單位頻譜分配情況和要求,制訂所屬單位的頻譜作戰(zhàn)規(guī)劃和方案[8];根據(jù)部隊(duì)電磁頻譜監(jiān)測(cè)情況,分析敵方干擾源對(duì)我方的干擾和傾向情況等。根據(jù)上述因素綜合制訂優(yōu)化通信方案并進(jìn)行合理評(píng)估。圖6為通信方案評(píng)估與優(yōu)化案例運(yùn)行的截圖。

3.2.4 電子攻防對(duì)抗案例

該案例利用戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)的信號(hào)仿真功能,通過(guò)構(gòu)建武器平臺(tái)雷達(dá)導(dǎo)引頭與敵方雷達(dá)目標(biāo)及干擾間的攻防對(duì)抗想定,通過(guò)想定推演,分析對(duì)抗各個(gè)階段的具體情況。通過(guò)該案例,學(xué)員可以對(duì)理論教學(xué)中的雷達(dá)對(duì)抗、光學(xué)對(duì)抗、通信對(duì)抗有更為直觀的感受和理解。圖7為電子對(duì)抗攻防對(duì)抗案例運(yùn)行的截圖。

圖6 通信方案評(píng)估與優(yōu)化案例截圖

圖7 電子攻防對(duì)抗案例截圖

3.2.5 衛(wèi)星偵察與反偵察案例

該案例依托戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng),在GIS平臺(tái)的基礎(chǔ)上,利用集成的精確衛(wèi)星軌道計(jì)算和外推算法,根據(jù)選擇或者導(dǎo)入的衛(wèi)星軌道和偵察參數(shù),對(duì)衛(wèi)星偵察過(guò)境區(qū)域、時(shí)間、偵察范圍等進(jìn)行預(yù)報(bào),評(píng)估軍事行動(dòng)面臨的各種衛(wèi)星偵察威脅。學(xué)員利用該案例可以直觀地看到衛(wèi)星偵察與反偵察的手段和效果,并思考如何在作戰(zhàn)和訓(xùn)練中綜合考慮反衛(wèi)星偵察的措施和如何實(shí)施。圖8為衛(wèi)星偵察與反偵察案例運(yùn)行的截圖。

圖8 衛(wèi)星偵察與反偵察案例截圖

3.3 教學(xué)應(yīng)用效果

(1) 理論教學(xué)與實(shí)戰(zhàn)化的深度結(jié)合。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)就是專業(yè)理論涉及面廣,有限的課時(shí)內(nèi)很難做到理論與實(shí)踐、理論與實(shí)戰(zhàn)的結(jié)合,理論知識(shí)缺少實(shí)踐的機(jī)會(huì),學(xué)員往往是機(jī)械地接受專業(yè)理論和片面地獲得感性認(rèn)識(shí)。運(yùn)用戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)戰(zhàn)化的案例,為學(xué)員在知識(shí)層面上理論和實(shí)踐的結(jié)合提供了手段和工具,從而能夠很好地引導(dǎo)學(xué)員利用理論知識(shí)解決實(shí)戰(zhàn)化中的問(wèn)題,促進(jìn)其利用所學(xué)去思考和擴(kuò)展課本知識(shí)的動(dòng)力[4,9]。

(2) 利用案例式教學(xué)促進(jìn)師生互動(dòng)和教學(xué)相長(zhǎng)。在利用戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行案例式教學(xué)過(guò)程中,在不斷地修改參數(shù)、優(yōu)化方案并深入討論的循環(huán)過(guò)程中,教員和學(xué)員間的角色也在不停地轉(zhuǎn)換。教員改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法,更注重傾聽、分析和引導(dǎo);而學(xué)員從被動(dòng)的接受轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿鳌⒆穯?wèn)和主動(dòng)的設(shè)計(jì)者。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程教學(xué)由傳統(tǒng)的教學(xué)方式真正轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒?dòng)、教學(xué)相長(zhǎng)[10-12]新型教學(xué)方式。

(3) 面向崗位需求和人才特點(diǎn)因材施教。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程教學(xué)不僅面向生長(zhǎng)干部學(xué)員,還包括大量的任職培訓(xùn)和崗位培訓(xùn)學(xué)員。學(xué)員的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和崗位任職經(jīng)歷差別較大,對(duì)課程的期望和需求也有很大不同的。基于戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng),利用不同深度的案例,控制授課和討論的深度,可以有效地提高授課效率和針對(duì)性,實(shí)現(xiàn)教學(xué)深度和廣度的靈活調(diào)節(jié),滿足學(xué)員的不同求知需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)需要,探討了戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)問(wèn)題,論述了戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)目的以及具體建設(shè)方案,結(jié)合課程案例式教學(xué)需求,介紹了基于該系統(tǒng)的案例式教學(xué)思路,并初步在本科教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用。實(shí)踐表明,該系統(tǒng)有利于學(xué)員掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境課程的內(nèi)容,能夠有效提高學(xué)員靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,課堂教學(xué)質(zhì)量有明顯的提升,為部隊(duì)培養(yǎng)戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)指揮員發(fā)揮積極作用。