基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)

田斌 劉倩倩 盧甜

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

《雷達(dá)裝備與實(shí)踐》課程是針對學(xué)員未來崗位任職需求開設(shè)的一門課程，旨在通過該門課程的教學(xué)，提高學(xué)員通用雷達(dá)裝備操作與維修的能力。由于《雷達(dá)裝備與實(shí)踐》課程內(nèi)容與實(shí)際設(shè)備聯(lián)系緊密，目前，教學(xué)單位可以用于本課程的通用雷達(dá)教學(xué)設(shè)備缺乏、雷達(dá)相關(guān)高頻模塊使用條件受限，導(dǎo)致開展通用雷達(dá)裝備操作和維修教學(xué)難度大大增加。如果僅采用單純講授方式，可能會(huì)產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容不直觀等問題，教學(xué)效果會(huì)大打折扣。為了解決上述問題，可以采用I-LVC理念，設(shè)計(jì)開發(fā)基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)，有效支持學(xué)員開展通用雷達(dá)裝備的自主學(xué)習(xí)。

一、LVC訓(xùn)練理念及發(fā)展現(xiàn)狀

實(shí)況—虛擬—構(gòu)造（LVC）訓(xùn)練是指融合實(shí)兵訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練、構(gòu)造訓(xùn)練技術(shù)于一體，構(gòu)建出近似實(shí)際的模擬仿真訓(xùn)練環(huán)境，并使全體人員能夠以不同身份在這一虛實(shí)結(jié)合的訓(xùn)練環(huán)境中參與、執(zhí)行如同真實(shí)環(huán)境上相同、相近的任務(wù)之中，從而達(dá)到提高部隊(duì)整體戰(zhàn)斗力水平的目的。實(shí)兵訓(xùn)練所突出的是真實(shí)的人使用實(shí)際裝備在實(shí)際環(huán)境中的訓(xùn)練，模擬訓(xùn)練所突出的是真實(shí)的人操縱設(shè)備在虛擬環(huán)境中所進(jìn)行的訓(xùn)練，構(gòu)造訓(xùn)練所突出的是虛擬的人操縱虛擬的設(shè)備在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行的訓(xùn)練。

在LVC訓(xùn)練領(lǐng)域，美軍走在世界各國的前列，而國內(nèi)雖然在實(shí)兵訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練、構(gòu)造訓(xùn)練等領(lǐng)域開展了相關(guān)研究，但將三者融合以及在雷達(dá)專業(yè)教學(xué)上起步較晚。目前，美軍將LVC技術(shù)廣泛應(yīng)用于概念演示、復(fù)雜武器系統(tǒng)研制試驗(yàn)床、武器裝備試驗(yàn)鑒定、作戰(zhàn)試驗(yàn)與訓(xùn)練等領(lǐng)域。美國國防部下一代訓(xùn)練戰(zhàn)略提出將集成LVC能力和提升駐地聯(lián)合訓(xùn)練等主流訓(xùn)練手段的精度水平作為建立多樣化聯(lián)合作戰(zhàn)部隊(duì)主要任務(wù)。美國空軍擬將虛擬仿真訓(xùn)練作為其下一代訓(xùn)練計(jì)劃的基石；美國海軍將繼續(xù)推進(jìn)信息優(yōu)勢部隊(duì)的建設(shè)，需要建模與仿真為情報(bào)、信息作戰(zhàn)、氣象學(xué)、海洋學(xué)部門和信息專業(yè)部門提供人員訓(xùn)練裝備；美國海軍航空兵仿真2030年計(jì)劃提出逐步提升虛擬訓(xùn)練在所有飛行訓(xùn)練中所占比例，提高各類仿真器精度和互聯(lián)程度。

根據(jù)LVC訓(xùn)練的特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)其非常適用于《雷達(dá)裝備與實(shí)踐》課程，考慮到完全達(dá)到LVC訓(xùn)練模式標(biāo)準(zhǔn)可能尚有差距，因此，可以借鑒LVC訓(xùn)練模式構(gòu)建思路完成基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作，為提升學(xué)員雷達(dá)裝備實(shí)踐能力提供支撐。

二、基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)主要由雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)、便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備以及通用型實(shí)裝雷達(dá)組成，分別對應(yīng)LVC模式的三個(gè)方向。

（一）雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)

雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)包含控制端、客戶端兩套子系統(tǒng)，控制端子系統(tǒng)是由教員負(fù)責(zé)操作，提供課程教學(xué)資源查詢、瀏覽、學(xué)習(xí)，虛擬場景創(chuàng)建，地點(diǎn)、時(shí)間、氣象、電磁等環(huán)境設(shè)置，故障類型選擇等功能。客戶端子系統(tǒng)是由學(xué)員負(fù)責(zé)操作，在控制端子系統(tǒng)設(shè)置的場景中完成裝置操作、突發(fā)故障處置等實(shí)踐內(nèi)容。

（二）便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備

便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備由故障控制單元、故障仿真單元、故障顯示單元等組成。其中，故障控制單元用于設(shè)置故障現(xiàn)象，通過故障控制碼輸送到故障仿真單元產(chǎn)生相應(yīng)的故障，同時(shí)，故障控制碼還輸送至故障顯示單元產(chǎn)生由相應(yīng)故障導(dǎo)致的故障現(xiàn)象。在實(shí)際使用中，故障控制單元還可接收雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)控制端發(fā)來的控制碼，從而使沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)的場景與便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備的狀態(tài)一致。此外，故障控制單元還可與實(shí)裝雷達(dá)相連，從而使實(shí)裝雷達(dá)也能產(chǎn)生相應(yīng)的實(shí)際故障；故障仿真單元，由若干個(gè)通用故障仿真模塊、電源轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)接口模塊組成。通用故障仿真模塊通過指示燈提示當(dāng)前故障點(diǎn)的狀態(tài)。紅燈為故障，綠燈為正常。電源轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)接口模塊，提供通用故障仿真模塊直流供電和數(shù)據(jù)接口。故障仿真機(jī)柜，根據(jù)雷達(dá)故障點(diǎn)的個(gè)數(shù)，靈活配置故障仿真單元。另外，故障仿真單元在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了現(xiàn)有機(jī)載、船載、岸基等平臺(tái)雷達(dá)電路單元的組成，將功能相近的單元進(jìn)行整合為相應(yīng)電路功能子模塊，之后通過不同電路功能子模塊的靈活組合構(gòu)建出滿足不同功能需要的故障仿真單元。因此，故障仿真單元不需要根據(jù)雷達(dá)實(shí)際形式設(shè)計(jì)成具體的樣式，使用時(shí)可通過其上的標(biāo)簽進(jìn)行識別，同時(shí)，故障仿真單元還具有涵蓋平臺(tái)廣、功能覆蓋強(qiáng)、組裝靈活性高等特點(diǎn)，非常適用于像雷達(dá)這樣體制復(fù)雜、功能多樣、設(shè)備繁多的裝備；故障顯示單元在無故障時(shí)的顯示畫面與實(shí)裝雷達(dá)畫面一致，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、地物雜波、海雜波、云雨雜波等信息。當(dāng)接收雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)、故障控制單元等發(fā)送的故障控制碼后，可產(chǎn)生由該故障導(dǎo)致的目標(biāo)丟失等畫面。

（三）通用型實(shí)裝雷達(dá)

通用型實(shí)裝雷達(dá)主要由雷達(dá)前端、回波采集分配單元、計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器等部分組成。其中，計(jì)算機(jī)主機(jī)通過部署的軟件，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)實(shí)時(shí)回波處理與顯示、報(bào)警信息顯示、回波與顯示、量程設(shè)置、增益調(diào)節(jié)、目標(biāo)跟蹤與信息顯示、矢量線、歷史軌跡、尾跡、基本海圖等功能。

三、基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)使用流程

（一）單方向應(yīng)用模式

基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)單方向應(yīng)用模式是雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)、便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備以及通用型實(shí)裝雷達(dá)三個(gè)組成部分獨(dú)立應(yīng)用的模式。教員可根據(jù)《雷達(dá)裝備與實(shí)踐》課程各章節(jié)的知識點(diǎn)利用通用型實(shí)裝雷達(dá)進(jìn)行裝備組成等內(nèi)容講解，利用雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)提供的教學(xué)資源講授裝備基本原理、工作原理等內(nèi)容，利用便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備向?qū)W員講解裝備拆解、架設(shè)、故障維護(hù)等內(nèi)容。學(xué)員也可利用雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)提供的教學(xué)資源、虛擬教室等功能按照課程大綱要求自主完成相關(guān)知識點(diǎn)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

（二）聯(lián)合方向應(yīng)用模式

1.教學(xué)模式

通用型實(shí)裝雷達(dá)中的雷達(dá)前端、回波采集分配單元等部分引接至便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備中，并將通用型實(shí)裝雷達(dá)中的計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器等部分與便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備中的相應(yīng)組成部分實(shí)現(xiàn)共用。

（1）教員根據(jù)課程知識點(diǎn)選擇相應(yīng)任務(wù)，并依據(jù)任務(wù)內(nèi)容通過雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)設(shè)置任務(wù)區(qū)域，氣象環(huán)境、電磁環(huán)境等初始及過程變化參數(shù)，故障類型、觸發(fā)事件等故障參數(shù)。

（2）學(xué)員操作雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)進(jìn)入教學(xué)場景，根據(jù)自己在場景中扮演的人物角色完成相應(yīng)的工作。

（3）當(dāng)任務(wù)推進(jìn)到觸發(fā)事件時(shí)，雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)向便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備、雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)發(fā)送故障碼指令，相關(guān)設(shè)備接收到故障碼后產(chǎn)生相應(yīng)故障，并在各自顯示單元上顯示由故障導(dǎo)致的相應(yīng)畫面。

（4）教員引導(dǎo)學(xué)員通過雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)提供的虛擬儀器儀表等工具，結(jié)合故障現(xiàn)象查找可能導(dǎo)致故障的原因。之后，學(xué)員利用便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備完成具體故障維修過程，如果需要更換板卡，則在備件區(qū)選擇相應(yīng)板卡進(jìn)行更換。

（5）當(dāng)學(xué)員完成排故操作后，便攜式雷達(dá)專業(yè)教學(xué)霧終端設(shè)備、雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)顯示雷達(dá)恢復(fù)正常畫面，學(xué)員繼續(xù)完成后續(xù)任務(wù)操作。

2.考核模式

教員可通過雷達(dá)教學(xué)沉浸式訓(xùn)練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)設(shè)置不同的考核任務(wù)，學(xué)員利用客戶端子系統(tǒng)自主完成考核任務(wù)，并可通過系統(tǒng)查詢自己的考核成績。

四、總結(jié)

從事雷達(dá)工程教學(xué)的教員在講授雷達(dá)裝備實(shí)踐類課程時(shí)多采用理論講授方式講解雷達(dá)基本原理、雷達(dá)裝備工作原理、雷達(dá)操作、雷達(dá)維修等內(nèi)容。由于缺少滿足實(shí)際需求的、數(shù)量眾多、型號復(fù)雜的雷達(dá)設(shè)備，使得學(xué)員無法進(jìn)一步深入微觀的了解雷達(dá)系統(tǒng)、無法進(jìn)一步定位故障類型與設(shè)備模塊的關(guān)系，理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作完全脫鉤；考核過程集中在紙面試卷，即使考核成績優(yōu)秀，也不能完全代表能夠承擔(dān)后期真正實(shí)裝操作和故障定位與維修任務(wù)。

針對上述問題，本文從雷達(dá)裝備類課程教學(xué)實(shí)際出發(fā)，充分考慮到由于實(shí)際雷達(dá)裝備發(fā)射等單元在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的電磁輻射，導(dǎo)致無法在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施故障教學(xué)和考核等雷達(dá)裝備教學(xué)的難點(diǎn)和痛點(diǎn)問題，引入LVC訓(xùn)練理念，設(shè)計(jì)了基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容既可按照訓(xùn)練、考核大綱進(jìn)行設(shè)置，也可根據(jù)個(gè)人教學(xué)情況進(jìn)行隨機(jī)設(shè)置，支持學(xué)生在設(shè)備通電狀況下開展發(fā)射、接收等單元的故障維護(hù)教學(xué)，從而解決了電磁輻射源工作條件下的人員教學(xué)安全問題。此外，該系統(tǒng)不僅能夠提供單型雷達(dá)“軟—軟”、“軟—硬”、“硬—硬”三種教學(xué)形式，還可提供跨平臺(tái)多類型雷達(dá)的聯(lián)動(dòng)教學(xué)形式，學(xué)員通過基于I-LVC模式的雷達(dá)教學(xué)訓(xùn)練考核系統(tǒng)除了可在沉浸式訓(xùn)練環(huán)境與實(shí)際設(shè)備訓(xùn)練環(huán)境中靈活切換，還可進(jìn)行多型號雷達(dá)編組訓(xùn)練與考核，極大地提高了雷達(dá)裝備教學(xué)的訓(xùn)練水平。