侦察、辅助侦察和短波干扰综合模拟训练平台的设计研究∗

2020-05-25陈英豪高美珍李金猛洪家平

舰船电子工程 2020年2期

陈英豪高美珍李金猛洪家平

（1.湖北师范大学计算机科学与技术学院黄石 435002）（2.湖北师范大学物理与电子科学学院黄石 435002）

（3.中国人民解放军91919部队黄冈 438000）

1 引言

模拟训练以安全、经济、可控、可重复、无风险、不受气候条件和场地空间限制、既能进行常规操作训练，又能培养应对各种事故的能力，以及训练的高效率、高效益等独特优势，一直受到各国军方的高度重视［1］，特别是当前军费缩减、武器装备日趋复杂和兵器采办费用不断增加的情况下，世界各国军事部门均将模拟训练视为军事训练必不可少的甚至是唯一安全、经济而有效的工具和手段加以重点发展［2］。模拟训练系统是目前各国军队大力发展的技术之一。美国早在1983 年开发出了“平台级的分布交互式仿真协议”。1995 年后，美军为了解决整个国防领域里的多种模型、仿真系统和C4I系统的互联互操作问题，又开发出“高层体系结构”（High Level Architecture，HLA）。再进一步则是开发在HLA 基础之上的“分布交互式仿真协议”DIS++［3］。

我国是发展和应用模拟训练技术较早的国家之一，先后研制成功了各种配套的飞行模拟器、防空导弹武器指挥控制模拟训练系统。20世纪90年代在分布式交互仿真（DLS）、虚拟现实（VR）技术和计算机生成兵力（CGF）技术等方面的研究和应用上获得了跨越式发展，例如:某军区成功研制了某型号飞行模拟训练器，建成了基于DLS 和HLA 混合体系结构和虚拟战场环境与人在回路的综合防空多武器平台仿真示范系统［4］。利用计算机进行载机建模、多目标仿真、DirectDraw 技术仿真生成雷达图像的机载火控雷达模拟训练器等［5］。

但是，目前的模拟训练器，主要偏向主战装备（如坦克、飞机、枪械等），对于技术装备的训练，还有很大的缺陷。目前在“模拟训练”上仍然存在的“散”、“差”、“窄”、“少”等问题，极大影响和制约模拟训练器/系统的迅速发展［6～7］，而作为战时主要通信工具的短波通信其相应的模拟训练器还未出现在部队的训练体系中［8］。

通信对抗在现代战争中扮演着非常重要的角色，而通信侦察与干扰作为通信对抗领域中最主动、最积极和最富有进攻性的一个重要方面［9］，影响自然不言而喻。同时，现在又是信息膨胀的时代，所以，在信息化战场上准确可靠获取敌方信息的侦察技术与破坏、攻击敌方信息的干扰技术将在战争中起到不可估量的积极作用［10］。因此，加强对通信侦察与干扰的训练，让大家熟练感知通信侦察与干扰的对抗效果，在战时能及时反应、及时辨别，并为采取有效的通信对抗措施做出正确的辅助决策就显得尤为重要［11］。

本文针对短波通信对抗业务训练需求，为提高通信训练水平，减少对现有设备的磨损，设计了一种集侦察、辅助侦察与干扰于一体的短波综合模拟训练平台。

2 系统总体方案

侦察、辅助侦察和干扰综合模拟训练平台系统整体设计功能框图如图1 所示。由教控台、侦察机柜模拟系统、辅助侦察机柜模拟系统和干扰机柜模拟系统四部分组成。其中侦察机柜模拟系统由短波数字搜索显示模块、通信信息处理模块、信号源生成模块、面板控制功能模块组成；辅助侦察机柜模拟系统由综合显控功能模块、短波数字分析接收机模块、面板控制功能模块组成、面板控制单元组成；干扰机柜模拟系统由干扰柜模拟台面板控制功能模块和干扰机柜面板控制单元组成。

3 软件开发平台和开发工具

本方案所采用的开发平台为Windows 操作系统，幵发工具为Visual C++及Matlab，Matlab 具有强大的科学计算与可视化功能及简单易用的开放式、可扩展环境以及多达30 多个面向不同领域而扩展的工具箱支持，这使得Matlab 在许多学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。Mathworks 公司为Matlab提供了多种应用程序接口，允许Matlab和其它应用程序进行数据交换，并且提供了数学和图形函数库，为在其他程序设计语言中调用Matlab的高效算法提供了可能。

图1 系统整体框图

Visual C++语言是新一代的基于面向对象（OOP）概念的高级程序设计语言，它的面向对象概念更加符合程序员开发软件的思维习惯。类封装、多态及继承派生的技术非常适合软件的移植和维护，因此使用Visual C++作为开发工具有助于提高软件工程的质量。

在本方案中Matlab 与Visual C++结合起来，实现混合编程，发挥各自的优势，将对在规定的时限完成模拟系统的开发、调试起到极大的推动作用［12］。

4 系统各组成模块的设计与实现

4.1 短波数字搜索显示模块

本模块实现对短波搜索接收机的模拟仿真，其硬件组成如图2 所示，包括显示及控制部分，实现模拟搜索接收机显示面板功能。

该模块软件部分功能为:模拟搜索接收机实装操作功能；模拟系统内部通信，完成综合显控设备对分机的远程控制和通信。其软件模块由装备训练模拟与训练考核通信两大子模块组成，前者包含信号搜索、ALE信号搜索、界面菜单模拟、信号瀑布图显示与信号参数设置等功能，后者主要由模拟信号接收、系统内部控制、用户操作记录与用户操作上报等功能。

4.2 通信信息处理功能模块

该部分模块用于实现在不同环境下的通信信号模拟，以及模拟对通信信号的检测、识别、特征分析以及参数提取，其软件模块主要由短波通信信道模拟与通信信号处理两部分组成，前者主要模拟了多普勒频移与扩展、多径时延以及高斯白噪声等信道特性，后者包括了通信信号的检测、设别、特征分析以及参数提取。

图2 短波数字搜索显示模块硬件组成图

该模块软件根据不同的需求设计相应的界面及子程序模块实现整个模块的功能。它采用多线程方式来并行执行。系统软件启动后，首先对软件进行初始化设置，如网络通信中相关协议、本地地址、本地端口、远端地址、远端端口等初始化；然后与教练台等工控机进行网络连接，如果连接成功，则可进行数据交互和通信。

4.3 信号源生成模块

该模块有背景信号生成子模块、目标信号生成子模块组成，用于模拟真实中的背景信号和目标信号，其软件主要由背景信号生成子模块与目标信号生成子模块组成，背景信号生成子模块模拟背景噪声环境、提供动态背景信号，目标信号生成子模块包括信号生成方案编辑、信号实时处理与信号状态记录。

在本方案中Matlab 与Visual C++通过混合编程可较容易实现背景信号生成子模块、目标信号生成子模块的功能。

根据国军标GJB2077-94 规定，调制解调方式采用低速的8FSK调制方式。多元FSK方式具有简单的调制方式和较强的抗干扰和衰落性能，是目前各种ALE系统完成通信联络的首选方式。

4.4 各机柜面板控制功能模块

侦察机柜面板控制功能模块实现对面板控制部分模拟，由控制子模块及键盘、输入子模块、输出子模块组成，其组成如图2 短波数字搜索显示模块硬件组成图所示。

干扰机模拟台面面板控制功能模块主要实现对控制电路的模拟仿真，主要由输入子模块、输出模块及控制子模块构成；辅助侦察机柜模拟台面面板控制功能模块主要实现模拟台面板控制功能的模拟仿真，主要由输入子模块、输出模块及控制子模块构成。其硬件组成均如图2所示。

4.5 综合显控功能模块

该模块主要实现对综合显控台的模拟仿真，主要由状态指示模块、显示模块及控制子模块构成，其硬件组成如图2 所示。该模块软件由装备功能模拟子模块与数据库管理子模块组成，装备功能模拟子模块主要模拟实装软件与系统内部通信。

综合显控功能模块操作界面采用搜索接收机前面板真实照片，模拟出真实搜索接收机界面，通过鼠标对搜索接收机进行操作。在鼠标上对搜索接收机进行操作时，获取鼠标的位置信息，判断鼠标位置对应模拟搜索接收机的位置，针对不同的位置，对模拟搜索接收机的按键或旋钮开关显示效果以及显示屏显示内容进行处理。不同的旋钮开关状态可以通过现场拍摄实装设备照片实现，采用Visual C++图形处理技术设置按键按下的效果，设计用户规定的搜索接收机显示屏的效果和内容。数据库采用SQL 5.1 MySQL。