北斗车载型用户机模拟训练系统设计与实现

尹旭日

(蚌埠汽车士官学校运输勤务系，安徽蚌埠233011)

北斗车载型用户机是北斗卫星定位导航系统的用户终端设备，可以安装在各种不同的车辆上，是连接用户与用户、用户与上级指挥中心的重要设备，是北斗卫星定位导航系统发挥预定战术技术指标、达到实战应用目标的关键设备之一。近几年，随着军队信息化建设逐步推进，北斗车载型用户机已经开始陆续装备到全军汽车运输部(分)队。

通过部队调研以及教学工作实践，发现北斗车载型用户机在部队训练和院校教学的过程中还存在一些突出问题:一是配发的设备数量有限，训练中不能保证一车一套或一人一套，导致训练效率低下;二是设备保密性要求高，北斗车载型用户机工作时，需要安装保密卡，保密卡属于机密级，在训练中存在丢失或损坏的安全隐患;三是设备价格昂贵，许多部队或教学单位在训练中怕损坏设备，不愿意使用实际设备进行训练，影响了战斗力形成;四是训练时需要配套装备，在实装训练中，只有随车携带北斗车载型用户机执行运输任务时，其导航功能才能正常发挥作用，这给实训者的组织与管理带来不便。

模拟训练以其在指挥决策、训练演习和理论研究上特有的科学性，逐步成为信息时代提高作战效能和加强军队质量建设的必然途径［1］。基于计算机和网络技术的数字化模拟训练系统，正越来越多地出现在部队的各项训练中，已成为军事训练的助推器。目前，在军内已有不少与军事训练相关的模拟系统的研究成果［2－5］，也有北斗车载型用户机模拟训练系统的研制报道，但主要是针对北斗车载型用户机硬件的各个组成部分的结构、关系以及相互连接进行模拟训练［3］。根据查新报告显示，目前尚无基于功能操作的北斗车载型用户机模拟训练系统的研发应用报道，因此，研究开发基于功能操作的北斗车载型用户机模拟训练系统已成为亟待解决的问题。

1 模拟训练系统总体设计

1.1 系统功能设计

北斗车载型用户机具有定位、导航、通信和授时4大主要功能［6］，作为基于功能性模拟训练，北斗车载型用户机模拟训练系统(以下简称:模拟训练系统)的功能涵盖实际北斗车载型用户机的主要功能。因此，研发的模拟训练系统包括定位模拟、导航模拟、通信模拟、授时模拟以及训练管理5部分。

(1)定位模拟。主要模拟单次定位、连续定位、紧急定位、定位设置以及定位信息等功能。系统能够通过定位申请指令实时提供其所在位置的经度、纬度与高程，并以标准格式显示(经度、纬度:度—分—秒;高程:米;时间:年—月—日—时—分—秒)。系统模拟设定北斗自动定位频度，服务频度根据用户机类别定位于1～60 s之间。

(2)导航模拟。导航功能模拟包括罗盘导航、文字导航、地图导航、偏航指示、航线管理、路标管理、航迹管理以及导航设置等。具有航路点、航线的录入、编辑功能，能计算出当前方位及当前位置到目的地的距离与时间。

(3)通信模拟。通信功能模拟具有电文键入、编辑、发送、接收和显示功能，模拟用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字报文通信。其中，通信信息含通信时间、发信地址和通信电文，接收的通信信息可人为锁定存储、解锁和删除。模拟用户终端可向中心控制系统查询其他用户发给本用户的通信电文。

(4)授时模拟。授时功能模拟有两种方式:一种模拟手动设置系统时间;另一种模拟同步北斗卫星时间。

(5)训练管理。包括模拟流程控制、学员训练过程的记录以及训练效果的评判。

1.2 系统硬件部署设计

模拟训练系统硬件部署如图1所示。学员训练用机通过模拟训练系统的客户端软件，进行北斗用户机功能性模拟训练，完成信息的接收、显示、发送以及部分数据计算工作。教员专用机为每个教室的教员提供本教室学员训练情况的查询和统计等功能。数据库服务器用于存放模拟训练系统数据，包括用户通信、用户当前的训练状态、训练历史以及系统数据维护等信息。通信服务器模拟北斗卫星地面控制站功能，负责信息的接收、存储、发送等。导调专用机用来对模拟训练系统流程进行控制和管理，保证系统按照指定的训练课目要求进行模拟训练。

图1 模拟训练系统硬件部署

1.3 系统软件总体框架

模拟训练系统采用Client/Server结构模式(如图2所示)。学员通过客户端软件进行模拟训练，主要的逻辑运算功能放在客户端来进行;服务器端软件完成地面控制站以及训练过程管理的功能，负责通信信息和控制信息的中转、处理、存储及分发。这种配置结构有利于分担服务器的工作负载，确保了训练系统的实时性。

图2 模拟训练系统软件构成

基于系统的功能设计以及用户训练要求，系统采用广泛使用的Access 2003数据库系统进行系统数据管理。基于系统的体系结构，可将系统数据库分为客户端数据库和服务器端数据库。客户端数据库包括地址表、航线表、航标表、短信表、导航信息表和定位信息表。服务器端数据库主要包括通信信息表、训练成绩表和系统管理表。

客户端软件的用户为学员，包括定位模拟、导航模拟、通信模拟、常用工具和系统设置5个主要模块。以数据库为桥梁，实现模块与模块之间、学员与学员之间、学员与教员之间数据交换或通信交流。

服务器端软件的用户为教员，包括通信管理、成绩管理、训练评价和训练控制4个主要模块。其中，训练评价模块用于对学员在某个课目训练的总评价，主要考评点包括训练所用的时间、不正确操作的次数以及完成任务的准确度等。

2 模拟训练系统功能模块设计

模拟训练系统的主要功能模块包括定位、通信、导航、系统和工具等。本文重点介绍导航和通信功能模块的设计。

2.1 导航功能模块设计

北斗车载型用户机的导航功能通常是在给定航线的基础上，实时分析并显示车辆的实时位置、速度、航向以及与航线中的关键航点的偏离程度等信息。

2.1.1 偏距计算

为了判别车辆当前位置与目标点的偏离程度，需要计算两点间距离。设地球上任意两点坐标为 A(lng1，lat1)与 B(lng2，lat2)，其中，lng1和lng2分别为A、B点的经度，lat1和 lat2分别为A、B点的纬度，则用下式可获得A、B两点间距离d。

式中a、b为中间变量。

2.1.2 多线程技术

系统需要自动生成航迹信息，然后经导航模拟模块处理后，对导航信息进行实时显示，这两项工作几乎是同时进行的。为此，在系统中引入多线程技术。在导航模拟训练中，还应根据需要随时开始导航，或在暂停后再继续导航。模拟训练系统中导航模拟的算法框图如图3所示。

图3 模拟系统中导航模拟算法

2.2 通信功能模块设计

北斗车载型用户机的信息主要是通过报文形式传输的，可以实现用户机之间以及地面站与用户机之间的通信联络。通过计算机局域网络能很好地对通信功能进行模拟，客户端模拟用户机，服务器端模拟地面站，客户端通过服务器端的信息交换实现报文通信。服务端程序在一个固定地址监听对服务的请求，当一个客户对该服务的地址提出连接请求时，服务端被唤醒并对客户的请求作出反应。通信功能模拟步骤如图4所示。

图4 模拟系统中通信模拟主要步骤

图5 模拟训练系统工作流程

3 模拟训练系统实现

3.1 模拟训练系统工作流程

模拟训练系统工作流程如图5所示。

系统启动后，首先进行初始化工作，然后等待学员选择训练课目。系统根据相应课目进行相关数据读入，例如，在导航模拟课目中，需读入上级指定运输路线、运输开始与结束时间、车速等信息。系统读入初始信息后，学员开始模拟训练。期间系统需要进行模拟训练的辅助计算工作，例如，在导航模拟课目中，需要根据算法产生运输的实时位置点坐标、偏距、偏角、实时速度、预计到达目的地时间等信息。一旦训练结束，系统立即进行训练效果评定并给出参考成绩。

3.2 模拟训练系统实现

使用Visual C++编程环境，研制完成了北斗车载型用户机模拟训练系统，其运行环境为基于Windows XP操作系统和TCP/IP的局域网。以导航模拟为例，设计PARAM结构:

typedef struct PARAM

{HWND hWnd;//窗口句柄

int nData;//航点下标

int N;//航点数

BOOL bExit;//是否退出}

PARAM m_ThreadParam;

根据算法，可以实现开始导航或在导航暂停后再继续导航的操作，其程序如下:

CWinThread* m_pThread=AfxBeginThread(NaviThreadProc，＆m_ThreadParam，

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL，0，CREATE_SUSPENDED);

m_pThread－＞m_bAutoDelete=FALSE;

m_pThread－＞ResumeThread();

在导航模拟过程中，也可以根据需要，随时停止或暂停导航，其程序如下:

m_ThreadParam.bExit=TRUE;

::WaitForSingleObject(m_pThread－＞m_hThread，INFINITE);

图6为模拟训练系统软件的部分界面。鉴于篇幅，图(b)—(e)只截取用户界面的上半部分。其中，图(a)为系统主界面;图(b)为文字导航界面;图(c)为单点定位界面;图(d)为收件箱界面; 图(e)为卫星校时界面。

图6 北斗车载型用户机模拟训练系统部分界面

4 结语

本文探讨了基于功能的北斗车载型用户机模拟训练系统的设计与实现，该系统具有以下特点。

(1)系统用户界面设计友好。采用先进的界面设计技术，保证了模拟操作与实际操作一致，模拟界面与实际界面一致。

(2)便于实装训练组织与管理。模拟系统采用多线程技术，通过预存车辆不同的运行轨迹来模拟车辆的实际运行，使得导航功能的操作训练简便易行;同时，该系统是基于计算机网络环境的软件系统，训练的用户规模只受计算机数量的限制，保证了全员参训，一人一机，提高了教学训练效果。

(3)增强了训练中的安全保密性。系统不需要请领或安装保密卡，采用软加密模式在军队内部局域网环境中进行通信，因此，对做好军事训练中安全保密工作具有积极作用。

目前，该系统已经在我单位部分学员队教学中投入使用，学员普遍反映该系统易于使用，界面友好，对提高训练效果有很好的促进作用，它既能够用于军队院校相关专业学员的学习培训，也可在汽车部(分)队战备训练中进行推广应用。

［1］ 袁富国，王丽，贺元丰.拓展模拟训练方式提高军交运输系统适应打仗需求能力［J］.军事交通学院学报，2014，16(5):79-81.

［2］ 尹旭日，史新生，徐泉峰.模拟训练系统中自动评判技术的研究［J］.微计算机信息，2008(15):245-246.

［3］ 王教东，王伉.北斗车载型用户机模拟训练系统设计与实现［J］.后勤科技装备，2013(6):47-49.

［4］ 史新生，尹旭日，徐泉峰.军事交通运输模拟训练系统设计［M］.北京:海潮出版社，2009:16-19.

［5］ Yin X R.Application of serious game in military transportation simulation training system［J］.Lecture Notes in Information Technology，2012(31):69-73.

［6］ 北京星地恒通信息科技有限公司.北斗1号一体式车载型用户机使用维护手册［M］.北京:北京星地恒通信息科技有限公司，2011:21.