文/蔡錦華 祝義榮 張戊

1 引言

便攜式防空導(dǎo)彈具備機(jī)動(dòng)靈活、制導(dǎo)精確、發(fā)射后不管、操作簡便、效費(fèi)比高等許多方面的優(yōu)點(diǎn)，受到各國軍方的廣泛重視。由于便攜式防空導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，實(shí)戰(zhàn)演練將耗費(fèi)大量資金和軍用物資且安全性差，而基于虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)研制的訓(xùn)練模擬器通過建立虛擬戰(zhàn)場環(huán)境來輔助訓(xùn)練，可以大大降低訓(xùn)練費(fèi)用、縮短訓(xùn)練周期、調(diào)高訓(xùn)練質(zhì)量，防止環(huán)境污染。

我軍已研制了一批便攜式防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練裝置，能夠促進(jìn)受訓(xùn)人員快速熟悉裝備、有效提高發(fā)射技能，一定程度上滿足了部隊(duì)在不動(dòng)用實(shí)裝的情況下進(jìn)行發(fā)射訓(xùn)練的需要。但隨著我軍便攜式防空導(dǎo)彈裝備的發(fā)展和仿真技術(shù)的提高，現(xiàn)有訓(xùn)練裝備在適用范圍、技術(shù)水平、訓(xùn)練手段上與我軍便攜式防空導(dǎo)彈裝備種類數(shù)量的不斷擴(kuò)大還不相適應(yīng)：技術(shù)上，同類訓(xùn)練裝備通用性差、規(guī)范化低、水平良莠不齊；開發(fā)方式上，基本上停留在針對單一型號、單一任務(wù)的狀態(tài)。

針對當(dāng)前我軍便攜式防空導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，本文提出了一種能夠適應(yīng)不同訓(xùn)練彈種、不同訓(xùn)練場地、不同訓(xùn)練模式的便攜式防空導(dǎo)彈通用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了通用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的總體技術(shù)方案、工作原理和結(jié)構(gòu)組成，研究了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，提出了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

2 系統(tǒng)總體技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成

通用的便攜式防空導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝備主要由瞄準(zhǔn)訓(xùn)練控制臺、瞄準(zhǔn)訓(xùn)練單元（多種型號）和瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置軟件組成，如圖1所示。

其中瞄準(zhǔn)訓(xùn)練控制臺主要是訓(xùn)練的控制及評估中心，主要完成科目設(shè)置、訓(xùn)練過程控制、訓(xùn)練監(jiān)控和訓(xùn)練評估等功能；瞄準(zhǔn)訓(xùn)練單元用于替代實(shí)裝導(dǎo)彈完成對射手的瞄準(zhǔn)訓(xùn)練，主要完成射手操作信息采集、導(dǎo)彈姿態(tài)采集、導(dǎo)彈發(fā)射流程控制等功能。

2.2 訓(xùn)練場景

瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝備支持在虛擬場景訓(xùn)練、實(shí)景訓(xùn)練和投影場景訓(xùn)練等三種訓(xùn)練場景進(jìn)行訓(xùn)練。

在虛擬場景下，訓(xùn)練目標(biāo)和戰(zhàn)場環(huán)境為安裝在瞄準(zhǔn)訓(xùn)練彈上的虛擬視景裝置通過視景軟件模擬產(chǎn)生，射手可通過對虛擬視景裝置產(chǎn)生的目標(biāo)場景進(jìn)行瞄準(zhǔn)訓(xùn)練。在實(shí)景訓(xùn)練下，訓(xùn)練目標(biāo)為飛行靶機(jī)或信號彈，在訓(xùn)練實(shí)施過程中，射手操作瞄準(zhǔn)訓(xùn)練彈對訓(xùn)練目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)訓(xùn)練。在投影場景下，訓(xùn)練目標(biāo)和戰(zhàn)場環(huán)境為視景軟件模擬并通過投影儀投射在投影幕布上產(chǎn)生，射手對投影幕布上飛行目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)訓(xùn)練。以上場景瞄準(zhǔn)訓(xùn)練彈均可產(chǎn)生相應(yīng)的聲光效果，監(jiān)控評定軟件對訓(xùn)練過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和評估。如圖2所示。

2.3 工作原理

瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝備訓(xùn)練過程可分為訓(xùn)練準(zhǔn)備、訓(xùn)練實(shí)施和訓(xùn)練評估三個(gè)階段，主要流程如下：

訓(xùn)練準(zhǔn)備階段，組訓(xùn)人員通過監(jiān)控評定軟件制定訓(xùn)練方案，選擇訓(xùn)練模式、訓(xùn)練課目、設(shè)置戰(zhàn)場環(huán)境和選取目標(biāo)航路；訓(xùn)練數(shù)據(jù)管理模塊做好參訓(xùn)人員信息、裝備信息、目標(biāo)航路等訓(xùn)練數(shù)據(jù)的維護(hù)管理工作；瞄準(zhǔn)訓(xùn)練彈完成裝備展開、裝備上電、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通等操作，等待訓(xùn)練開始。

訓(xùn)練實(shí)施階段，監(jiān)控評定軟件根據(jù)設(shè)定的戰(zhàn)場環(huán)境、目標(biāo)航跡和類型、訓(xùn)練模式生成訓(xùn)練場景畫面；接收訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，圖形化顯示訓(xùn)練過程和效果；組訓(xùn)人員通過訓(xùn)練控制顯示模塊，控制訓(xùn)練進(jìn)程；射手根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行射擊訓(xùn)練，響應(yīng)按鍵操作，完成訓(xùn)練課目。

訓(xùn)練評估階段，訓(xùn)練效果評估模塊基于訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)對訓(xùn)練進(jìn)程進(jìn)行自動(dòng)評估，形成訓(xùn)練成績，輸出評估報(bào)告，訓(xùn)練數(shù)據(jù)管理模塊能夠進(jìn)行訓(xùn)練進(jìn)程回放；通過數(shù)據(jù)分析對訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)和訓(xùn)練成績進(jìn)行圖形化分析，為部隊(duì)作戰(zhàn)和訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)支撐。

3 通用化設(shè)計(jì)

為了滿足通用化設(shè)計(jì)要求，瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置分別從結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)入手，采用“模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”設(shè)計(jì)思路，確保裝備能夠同時(shí)滿足多種型號的便攜式防空導(dǎo)彈訓(xùn)練需求。

3.1 結(jié)構(gòu)通用化設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通過分析對比各型便攜式防空導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將瞄準(zhǔn)訓(xùn)練單元?jiǎng)澐譃橥ㄓ貌考蛯Ｓ貌考纱箢?，如圖3所示。通用部件開發(fā)采用除滿足基本功能外還要求能夠通過合適的電氣接口和機(jī)械接口適配多種型號的專用部件，做到結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)環(huán)相扣，可整體或單獨(dú)拆卸進(jìn)行維修替換，方便設(shè)備組裝、檢測和維修的工作。

圖1：瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝備系統(tǒng)組成圖

圖2：系統(tǒng)支持的三種訓(xùn)練場景

如圖4所示，結(jié)構(gòu)內(nèi)硬件設(shè)計(jì)采用分艙式串聯(lián)拼接設(shè)計(jì)方案，各艙緊密結(jié)合功能需求，通過靈活配置不同的硬件模塊，承擔(dān)不同訓(xùn)練功能，實(shí)現(xiàn)硬件的功能復(fù)用。

3.2 軟件通用化設(shè)計(jì)

在軟件通用化設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)軟件和功能模塊采用參數(shù)配置和動(dòng)態(tài)加載方式，實(shí)現(xiàn)所需功能和應(yīng)用模式的動(dòng)態(tài)調(diào)整，滿足組訓(xùn)人員針對不同彈種的訓(xùn)練需求；采用界面功能分離的設(shè)計(jì)理念，減小界面功能的耦合度，利用插件化設(shè)計(jì)思路，增加界面靈活定制和流程定制。

瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置軟件主要由監(jiān)控評定軟件、瞄準(zhǔn)訓(xùn)練彈軟件和場景模擬器軟件組成，如圖5所示。從中可以看出，除毀傷計(jì)算模塊、訓(xùn)練評估模塊和操作采集模塊由于各型彈業(yè)務(wù)差異導(dǎo)致不能通用外，均可以通用。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)建通用的便攜式防空導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置，其涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)和研究內(nèi)容包括以下幾種關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 系統(tǒng)總體集成技術(shù)

本系統(tǒng)由于需要滿足多型便攜式防空導(dǎo)彈的訓(xùn)練需求，使得訓(xùn)練裝備結(jié)構(gòu)內(nèi)部較為復(fù)雜，包含大量光學(xué)、傳感、陀螺以及VR眼鏡等精密儀器設(shè)備，因此成熟的總體集成技術(shù)，是確保工程質(zhì)量和裝備戰(zhàn)斗力的重中之重，涉及諸如陀螺同步、目標(biāo)跟蹤與識別、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換、無線通信組網(wǎng)等多種技術(shù)。

4.2 目標(biāo)檢測跟蹤技術(shù)

瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝備室內(nèi)投影訓(xùn)練和室外瞄準(zhǔn)訓(xùn)練的作戰(zhàn)目標(biāo)均具有距離遠(yuǎn)近不定、姿態(tài)不定和飛行背景不定等特點(diǎn)，因此一種具有良好精確性、實(shí)時(shí)性和魯棒性的跟蹤算法成為影響訓(xùn)練效果和訓(xùn)練成績的重要因素。

4.3 基于Unity3D的紅外場景仿真技術(shù)

便攜式防空導(dǎo)彈夜間作戰(zhàn)是其十分重要的一環(huán)，為了逼真還原部隊(duì)夜間訓(xùn)練場景，滿足部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化要求，在虛擬場景訓(xùn)練時(shí)，要求場景模擬器軟件能夠仿真模擬出與實(shí)際環(huán)境一致的紅外效果。因此基于Unity3D的紅外場景仿真技術(shù)成為系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

4.4 實(shí)時(shí)姿態(tài)測量技術(shù)

模擬訓(xùn)練彈與目標(biāo)的相對位置以及視線角速度是確定實(shí)際彈道相對理論彈道的偏差，產(chǎn)生初制導(dǎo)信號，修正比例導(dǎo)引指令的關(guān)鍵信息，模擬訓(xùn)練彈位置及姿態(tài)測量的精度對訓(xùn)練裝備目標(biāo)跟蹤、截獲時(shí)機(jī)判斷、作戰(zhàn)效能評估、成績評定的準(zhǔn)確性具有決定性的作用。

4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)

通過對自動(dòng)化采集的訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)和訓(xùn)練主體數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，能夠完成對裝備操作使用性能、射手快速反應(yīng)能力、組織成績影響因素等多方面進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，為組訓(xùn)人員掌握產(chǎn)生訓(xùn)練結(jié)果的原因、訓(xùn)練數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，受訓(xùn)人員能力素質(zhì)與訓(xùn)練結(jié)果的關(guān)系提供有效的支撐，為訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)提供有效管理和挖掘，探索訓(xùn)練規(guī)律，提高訓(xùn)練效率。

5 結(jié)論

本訓(xùn)練裝備按照裝備統(tǒng)型化思想，通過結(jié)構(gòu)和軟件的通過化設(shè)計(jì)，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、目標(biāo)識別與跟蹤技術(shù)和傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，通過競標(biāo)參與的方式使軍民優(yōu)勢相結(jié)合，獲得了較高的效費(fèi)比，可實(shí)現(xiàn)提高部隊(duì)訓(xùn)練質(zhì)量、增加訓(xùn)練頻率、降低訓(xùn)練成本，滿足在不同訓(xùn)練彈種、不同訓(xùn)練場地、不同訓(xùn)練模式下便攜式防空導(dǎo)彈訓(xùn)練需求，促進(jìn)射手作戰(zhàn)能力的生成。

圖3：結(jié)構(gòu)通用設(shè)計(jì)

圖4：瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置硬件分艙式設(shè)計(jì)

圖5：瞄準(zhǔn)訓(xùn)練裝置軟件組成圖