指挥通信车模拟仿真训练系统的设计与实现

2020-07-29张伟学付婕

计算机与网络 2020年13期

张伟学付婕

摘要：针对指挥通信车的指挥通信方舱空间狭小、卫星通信设备易损坏、实装教学和训练难以组织的问题，研发模拟仿真训练系统。系统采用模拟仿真和实装设备相结合、硬件仿真和软件模拟相结合的设计方法，分为模拟设备集成墙和控制端两大模块，使用无线网络连接。模拟设备集成墙包括集成墙设备架、模拟硬件设备和实装硬件设备3部分；控制端包括电脑及部分通信设备。系统实现了模拟操作训练、错误操作提示、模拟通联过程和模拟操作考核的功能。

关键词：指挥通信车；模拟仿真；训练系统；设计与实现

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）13-64-4

0引言

指挥通信车由于指挥通信方舱空间较为狭小，不能容纳多人进行教学演示和实操训练，实施教学和组织训练时效较低，而且频繁由初学者操作设备，容易损坏设备，影响部队遂行多样化任务。使用指挥通信车模拟仿真训练系统[1]，可以短时间培训大量指挥通信车操作员，解决院校教学装备少、空间小及时效低的问题；同时降低实装损耗，确保指挥通信车处于良好的战备状态[2]，军事效益明显。

1研发背景

1.1指挥通信车

指挥通信车具有通信手段复合、要素高度集成和指控功能齐全的特点，该车以卫星通信为核心手段，有效结合短波通信、超短波通信、数字集群通信、微波图像传输和有线通信手段[3]，既能保障指挥员对任务现场进行高效灵活的指挥，又可实现远程语音、数据及图像等业务的传输，为部队遂行多样化任务提供了有力的信息通信保障[4]。

1.2实装在部队的装备及应用

指挥通信车是部队遂行多样化任务信息通信保障的主战装备，在“十一五”期间配备少量单位，经使用单位反馈意见装备定型生产；“十三五”期间支队级单位全部配齐，覆盖最广、数量最大、应用最多。既是在职通信技术干部和生长干部学员学习培训的主要机动通信系统装备，也是信息通信士官学员操控使用的重点车型[5]。

1.3实装训练存在的问题

指挥通信车在院校教学和部队训练中一直使用实装操作，由于大型信息通信装备技术复杂、制作精密、价格昂贵、生产周期长及维修维护难，存在指挥方舱空间小、实操教学难组织、频繁操作易损坏、卫星通信资源紧及实通训练占信道等问题[6]。院校使用实装教学时效性比较差，不能同时展开多班次和大容量教学。部队使用实装进行训练与装备战备管理要求矛盾极为突出，装备不够用、不敢用。院校教学和部队训练迫切需要配套的模拟仿真训练系统[7]，以提高实操技能、降低装备损耗、节约卫星通信资源、提高教学训练效益。

2系統研发

2.1总体思路

项目组在需求分析、资料搜集、研发试验和综合论证的基础上，使设计原则和备布局、操作流程及实现功能与原车基本设计要求一致，利用模拟仿真技术[8]和软硬件结合，实现教学演示、模拟训练和操作考核功能。

2.2技术方案

采用模拟仿真和实装设备相结合、硬件仿真和软件模拟相结合的系统设计方法[9]，把系统分为模拟设备集成墙和模拟固定通信台站两大模块，使用无线网络连接，系统按软硬件功能模块分别进行研制开发[10]。研究项目包括：单片机物理仿真、上下位机通信、计算机代码多线程检测和差时逻辑比对等。技术原理包括：卫星通信技术、单片机时分复用、Session会话机制应用、软件开发、虚拟仿真制作和物理仿真制作等。系统拓扑结构如图1所示，系统连接关系如图2所示。

2.2.1模拟设备集成墙

模拟设备集成墙设计制作采用整体塑型、模块设计、外观仿真、实装嵌入、功能模拟及总线控制的方法。根据实装结构和系统功能区分，模拟设备集成墙分为集成墙设备架、模拟硬件设备和实装硬件设备[11]3个部分。

（1）集成墙设备架

模拟设备集成墙设备架的设计要点是外观与实装高度一致，尺寸比例为1：1，由拼接结构组成，易于拆解拼装、便于运输。

（2）模拟硬件设备

模拟硬件设备是系统硬件模拟仿真的重点内容。各单元分别由模拟显示屏、模拟按键、模拟开关和指示灯及特殊功能接口等外置硬件，内置硬件由功能模拟MCU模块及接口模块等组成。原车各实装单元的功能由模拟MCU模块与中控系统组合模拟实现，其操作、显示以及操作结果与实装一致[12]。

（3）实装硬件设备

原车中低值的信息通信设备在模拟仿真训练系统中使用实装，重要外置设备力求与原车一致。对不影响学习者认知的实装设备则注重其功能，选择性价比高的产品，节省费用。模拟设备集成墙如图3所示，空白部分为实装硬件设备。

2.2.2控制端

（1）控制端硬件设备

控制端又称教员机，由主控单元和信息通信设备两部分组成。主控单元是一台笔记本电脑，内装数据通信、训练和考核软件。笔记本电脑底座内置2.4 GB微波通信设备和语音网关，外连电话机、传真机和摄像机。控制端实现对模拟设备集成墙的真实控制和模拟通信功能，同时兼备命题、考核和历史记录的管理功能[13]。

（2）控制端系统软件

系统软件基于Windows系统和嵌入式Wince系统平台，采用汇编语言、C/C++语言和PHP语言进行开发，由嵌入式模块控制、上位机控制、中心控制、Web访问接口、数据库、系统管理及考核控制等软件组成，支持系统控制、教学演示、模拟训练、操作考核及学员管理等功能[14]。

嵌入式模块控制软件主要通过LCD屏显示、指示状态显示控制和电源开关的状态控制实现各仿真模块的功能，并负责与上位机控件系统进行通信，向上位机发送各控制的状态指示信息，接收并执行上位机指令[15]。上位机控制软件主要负责与各仿真功能模块的嵌入式系统进行通信，发送指令，并将相关状态信息写入数据库。中心控制软件主要用于协调各单片机、上位机并行工作。Web访问接口软件采用PHP语言开发，实现通过Web方式访问、控制各模拟仿真设备，并能够进行考核设置[16]。数据库软件主要用于存储各子系统配置信息、状态信息和考核结果等。系统管理软件结构如图4所示，包括系统登录、教员管理、学员管理、教学资源、模拟训练、操作考核和成绩报表等。考核控制软件用于协调控制端和模拟设备集成墙之间进行考核，对考核结果进行评定，包括考核设置、成绩评定及存储打印等[17]。

3系统研发创新解决的问题

（1）应用于大型信息通信装备训练

以往通信装备的模拟仿真只限于小型单体装备。指挥通信车模拟仿真训练系统采用物理仿真和软件模拟相结合，解决指挥通信车大型综合性信息通信装备实车训练的4个难题：①指挥通信方舱小，教学班次容量低；②实装训练造成装备损耗，影响装备战备完好率；③实联实通训练占用卫星通信资源[18]；④实车实装训练费用高、效率低、效益差。

（2）引导受训者自主训练

采用面向对象的设计方法，判断设备连贯操作的逻辑正确性，将对应题目的标准操作步骤从数据库中反序列化成计算机所能识别的链状对象集合，然后把标准操作与受训者的操作进行比对。当操作错误时产生错误代码，触发报警系统发出语音提示，引导受训者使用帮助功能，以正确的步骤完成操作。实现自主学习，严格标准和分步细训[19]。

（3）解决评判公正性问题

系统考核模式评分时将标准操作步骤与考生的每个操作点进行操作顺序、时间间隔及反馈状态等方面进行比对，来判断考生操作是否正确，不加提示，自动扣分。自动化的训练考核系统应用解决了考核环境因素影响、卫星信道资源受限和评判标准不统一问题，保证随机考核、自动评判、标准一致。

4结束语

该系统定型生产，列装了20个单位，并获得战区部队级科技进步二等奖。在保证实装良好的战备状态情况下，通过模拟训练培养了5 000多名指挥通信车操作人员，促进了部队战斗力生成，产生了良好的军事经济效益。

参考文献

[1]陈树新，温祥西，邓妍.基于网络环境的电台模拟训练系统设计与实现[J].科学技术与工程，2008，8（15）：4335-4338.

[2]靳树昌，郭样宇.某型炮兵气象雷达模拟训练系统总体设计[J].兵工自动化，2011，30（3）：36-38，44.

[3]付贵华.基于短波电台的无线数据传输方案的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.

[4]应宏，李梦蛟，刘福明，等.基于GridFTP的数据传输设计与实现[J].计算机科学，2006，33（5）：146-147，155.

[5]董志明，王凯，彭文成，等.新型指控通信装备仿真训练系统设计与实现[J].系统仿真学报，2010，22（1）：93-95，101.

[6]彭勇，李勃，尤春兰.基于计算机网络的车载电台模拟训练系统设计与实现[J].装甲兵工程学院學报，2014，28（1）：63-68.

[7]王彤，卢世超，武智晖.训练模拟器总体设计技术及应用[J].国防技术基础，2010（4）：43-45，49.