预警雷达操作模拟训练系统设计

李连华，胡 沛，李广强，陈 龙

(空军预警学院，湖北 武汉 430019)

0 引 言

在信息化发展日新月异的今天，信息化战场已成为未来战争中的主战场，谁能主宰信息化战场，谁就能获得胜利。雷达是获取战场信息的主要探测手段，是打赢信息化战争的关键[1-2]，世界各国都非常重视雷达的发展。随着高新技术在雷达领域的不断运用，雷达的战术性能不断提升；相对应地，要发挥出雷达战术性能，提高装备的战斗力，关键在于提高雷达操作人员的训练水平。由于新型雷达装备体制新,技术含量高，系统结构复杂，操作、使用专业性更强，对人员的素质和能力提出了更高的要求。传统的训练模式、方法、手段已不能完全适应新装备发展要求，急需创建新的训练模式。

随着计算机仿真技术的快速发展，模拟训练已成为武器装备训练的发展趋势。当前国内雷达训练模拟系统都侧重雷达情报的测报训练，针对雷达的操作训练的模拟训练器材较少。为此，针对现阶段的雷达装备训练需求，设计研究了一种新型雷达操作模拟训练系统。该系统运用计算机模拟仿真及网络技术研制开发，以浏览器/服务器(B/S)架构实现，最终形成了一个以多个型号装备模拟操作为中心的人机交互系统。最后，通过分析系统在装备教学中的使用效果，进一步验证了系统的实用性，这对于提升雷达训练水平、发挥雷达作战效能具有很大的应用价值[3-8]。

1 新型雷达操作模拟训练系统需求分析

1.1 雷达操作训练分析

当前部队只能依托实装组训，在训练中存在以下问题：一是训练时间有限，雷达部队担负任务重，装备开机时间较长，机上训练时机和训练时间不能完全满足训练需要；二是训练器材不足，人多机少，只有在机上的人员才能进行操作训练，而在机下的人员无法有效开展操作训练，参训人员只能轮流上机操作训练，导致一个科目的训练时间大大延长，影响整个训练周期；三是无法开展复杂空情下的操作训练，雷达站驻地训练尚无有效手段和办法设置复杂电磁环境，复杂空情的掌握与对抗手段的运用训练受制约，没有这些情况的处置经历，导致操作人员的训练水平达到一定程度后，很难得到提高；四是机上训练不安全，特别是刚进行机上训练的参训人员，在训练过程中，可能会因操作不熟、处置不及时，出现漏情、错情，导致战备事故，或者因错误操作导致雷达装备受损，出现装备事故等。

由此不难看出，传统组训模式存在组训难度大、消耗高、不安全、效益低等突出问题，这些问题的存在将严重制约雷达操作训练水平的提高，亟待解决。

1.2 功能需求

为了解决上述问题，提高新型雷达操作训练水平，有必要运用现代教育技术，采取模拟化、多媒体化、网络化手段，研制雷达操作训练模拟系统。该系统通过建立雷达模型、雷达回波模型和雷达操作模型等营造出一种逼真的训练环境，使参训人员能够掌握雷达的全功能操作方法以及各类战斗操作方法，以此缩短操作人员的培训周期，提高训练质量。为此，系统应具备以下功能：

(1) 理论学习功能

新型雷达具有较好的战技术性能，只有先掌握装备的理论知识，才能更好地开展训练。通过将型号装备的相关电子资料上传到系统中，参训人员无需再去查阅大量的相关书本资料，直接在系统中就可以学到型号雷达的相关知识，避免繁琐的翻书步骤，提高了学习效率，有助于人员快速掌握相关的理论知识。

(2) 模拟操作功能

雷达装备的操作方法分为全功能操作方法和战斗操作方法，其中全功能操作包括雷达终端界面的基本操作和键盘操作，内容很多很杂；战斗操作包括雷达在各种空情处置下的操作，操作内容比较专业，难度较高。系统通过模拟实装的正常工作状态下的全功能操作方法和战斗操作方法，在近似实装的操作界面下，参训人员进行雷达装备的各种操作训练，同时采用引导的方式，让学员大胆操作，激发学员的操作积极性，不断熟练操作步骤，最后掌握雷达的操作方法，为实际机上操作打下坚实的基础。

(3) 考核评估功能

考核是检验学习的最佳途径，系统的考核可分为理论考核和操作考核。通过参加考核，参训人员可了解自身的学习情况。系统提供了较为丰富的考核题库，组卷方式灵活，可以自行组卷，也可以智能组卷。教员可以针对参训人员近期学习内容进行自行组卷，检验人员的学习情况，也可以在单位周考核、月考核以及半年考核中进行智能组卷，检验本单位人员的考核情况，以此评估本单位人员的操作训练水平。

2 新型雷达操作模拟训练系统的硬件结构构成

新型雷达操作模拟训练系统是以浏览器/服务器的架构实现的，该系统通过服务器、交换机和若干个训练席位的计算机连成一体，其硬件组成结构如图1所示。

图1 新型雷达操作模拟训练系统硬件组成结构图

计算机主要用于对各型雷达装备进行模拟训练和考核，也可用于管理员对系统进行维护和管理。

主要硬件模块的功能如下：

(1) 服务器

系统的服务器由两部分组成：一台作为Web服务器，用于存储操作模拟训练系统平台和新型雷达训练软件；另一台作为数据服务器，用于存储训练想定、科目以及训练和考核过程正误的实时记录和成绩等数据。

(2) 计算机终端

系统的用户分为管理员、教员和学员3种不同级别，通过在计算机终端进入系统，根据权限登录到对应界面后进行操作。其中，管理员主要供开发人员使用，用于后台系统维护；教员登录以后，可以根据实际需要实现学员管理、组卷管理、考试管理、成绩分析等功能；学员登录以后，可以实现理论学习、模拟训练、模拟考核和成绩查询等功能。

3 新型雷达操作模拟训练系统的软件结构构成

3.1 软件结构的总体构成

新型雷达操作训练模拟系统是一个以操作为中心的人机交互系统，在统一平台下，包括系统管理子系统、设备管理子系统、学员管理子系统、模拟操作训练子系统、理论知识学习子系统、考核子系统和成绩统计评估子系统。软件总体构成如图2所示。

图2 新型雷达操作训练模拟系统组成框图

3.2 各子系统的功能

(1) 系统管理子系统

系统管理子系统主要完成本训练系统的操作管理和维护，包括日志管理、管理员管理和系统类目管理3个功能模块。其中，日志管理模块负责记录教员、学员的管理登录、训练登录、考核登录等关键日志；管理员管理模块负责权限分配管理；系统类目管理模块负责系统参数配置管理和设定系统开放、维护、关闭状态。

(2) 设备管理子系统

设备管理子系统主要完成对训练设备的相关操作。该系统包含了两坐标、三坐标、测高和航管等16种新型骨干雷达装备，针对每型装备操作训练内容，提供了丰富的训练科目；同时根据需要，管理员登录后可以进行装备的添加和删除，也可以对某型装备的训练内容进行修改和添加；教员登陆后可根据任务需要授权某学员/班级使用哪套设备训练或考核。

(3) 学员管理子系统

学员管理子系统主要实现对学员相关信息的管理，包括学员信息管理、信息公告、在线答疑3个功能模块。其中，学员信息管理模块负责生成学员信息，包括学员考试成绩的查看、个人信息编辑和修改、学员新增或删减，同时具有批量导入的功能；信息公告模块为学员提供操作记录情况、考试安排以及考试成绩等相关信息；在线答疑模块为学员提供在线交流的平台。

(4) 模拟操作训练子系统

模拟操作训练子系统主要完成学员对某型雷达装备的操作模拟训练。该子系统主要由基本操作、战斗操作和人机对话操作3个功能模块组成。基本操作模块负责新型雷达装备的全功能操作内容，如开关机操作、监控界面的操作和P显终端的操作，通过训练可提高学员对基本操作的掌握能力；战斗操作模块负责雷达装备的战斗操作内容，可根据训练需要设置不同场景，如监视敌机飞行、保障我机训飞、复杂环境下战斗操作、低慢小和高快隐目标如何探测等。通过训练，不断提高学员对雷达的综合运用能力。人机对话操作模块提供了可视化的操作界面供学员进行具体操作训练，训练场景和操作方法与实际设备基本一致。其操作训练主界面如图3所示，每一个训练内容都以具体的操作想定形式给出，便于选择训练内容进行训练以及用计算机进行成绩评估。

图3 操作训练主界面

(5) 理论知识学习子系统

理论知识学习子系统主要用于理论学习，包括知识库和习题库2个功能模块。知识库模块负责电子学习资料的管理，支持录入(上传)文字(大篇幅图文使用PDF)、图片和视频等，学员可在知识库界面进行资料的查询。习题库模块负责习题的管理，题型分为“主观题”和“客观题”2种：客观题的题型包含单项选择题、多项选择题、判断题；主观题的题型包含问答题或简述题。

(6) 考核子系统

考核子系统用于完成理论部分的考试，主要由考试组卷、考试安排、考试状态标识和判卷4个功能模块组成。其中，考试组卷模块负责组卷，具有人工组卷和智能组卷的功能，理论考试题型与习题库内题型一致，操作考试题型与模拟操作训练题型一致；考试安排模块负责安排考试，可以选择参考人员、考试试卷，设置开考时间和答题时间等；考试状态标识模块负责考试题目的标记，考生在考试过程中，可对“难题”和“未完成题”进行标记；判卷模块主要负责判卷，考生提交试卷后，由计算机自动判决即可给出客观分数值。理论考试的主观题由人工判卷(纸卷)给分，经管理员输入后，可由系统得出最终得分。考试列表主界面如图4所示，可以查看考试类型、考试人数、考试时间、考试成绩等信息，同时能够进行考试内容和参考人员的修改和删除。

图4 考核列表主界面

(7) 成绩统计评估子系统

成绩统计评估子系统主要完成对学员训练、考核成绩的统计和分析功能，主要由考核明细、成绩统计、成绩分析和成绩上报4个功能模块组成。其中，考核明细模块主要提供学员操作、学习、考核等详细情况记录，可以查看每个学员的考试情况，为全面掌握学员情况提供全程跟踪；成绩统计模块负责成绩的统计，能够统计和记录每名学员每次考试的成绩，提供学员考核成绩记录、查询等；成绩分析功能主要实现对学员按场次、按考试类型(理论、操作)的成绩进行排名和可视化统计分析；成绩上报模块可按要求格式生成成绩报表。

3.3 新型雷达操作训练模拟系统的运行流程

新型雷达操作训练模拟系统软件运行流程如图5所示。系统启动后，教员用户进行系统管理与维护，设置学员登录账号，授权学员参加指定型号装备的训练或者考核；若要实施考核，需要进行组卷和发布试卷，设定考试时间和考试日期，发布考试信息，同时针对学员的考试成绩进行合理的分析。学员获得授权后，通过输入给定账号进行登录；针对所学雷达装备，灵活选择训练内容；既可以进行理论学习，也可以进行操作训练；收到教员发布的考试信息后，可进行考试；考试结束后能够查询自己的考试成绩，查看自己失分点；针对自身弱项强化训练，以此不断提高自身训练成绩。

图5 系统软件运行流程图

4 教学效果分析

新型雷达操作模拟训练系统研制完成后，便在院校的装备教学中进行了实践运用。为了分析系统的训练效益，采用了成绩对比的方法对系统使用前和使用后学员的学习成绩进行比较，分别选取了某型雷达装备在2017年和2019年装备教学中的50名学员的装备成绩进行比较。其中，在2017年的装备教学中未使用该模拟训练系统，50名学员的学习成绩如表1所示。2019年的装备教学中使用了该模拟训练系统，50名学员的学习成绩如表2所示。两种成绩对比分析如图6所示。

表1 2017年某型雷达装备学员成绩表

表2 2019年某型雷达装备学员成绩表

图6 两者成绩对比分析图

从图6中可以看出2019年的成绩要比2017年的成绩高一些，为了进一步分析对比成绩结果，选择平均值、最大值和优秀率3个指标进行衡量。未使用系统时，50名学员的平均成绩为82分，最高成绩为96分，共有11名学员的成绩达到90分以上，优秀率为22%；使用系统后，50名学员的平均成绩为86.48分，最高成绩为98分，共有19名学员的成绩达到90分以上，优秀率为38%。

由此可见，在装备教学中使用新型雷达操作模拟训练系统后，学员的装备学习成绩得到了一定提高。通过分析原因有以下3点：

一是系统具有较为逼真的操作环境，学员能够放心大胆地进行装备操作，增强了自主学习的能力；

二是模拟教学与实装教学同步实施，有效克服了人多机少的弊端，极大提高了教学效率；

三是系统提供了丰富的操作训练科目，学员在训练中能够反复操作练习，不断提高操作水平，为实装操作夯实基础。

5 结束语

根据雷达操作模拟训练的需求，提出了新型雷达操作模拟训练系统的构建思路，从系统的硬件构成和软件构成阐述了系统的组成原理和运行流程，最后分析了该系统在院校的雷达装备教学中的运用效果。使用该系统开展装备模拟教学，能够提高教学效率，增强学员的自主学习能力，进一步提高训练成绩。由此可见，新型雷达操作模拟训练系统的研制和运用将改变传统组训模式只能依托实装进行的现状，填补了雷达部队在模拟环境下进行装备训练的空白，构建了雷达装备训练模拟的新模式。使用新型雷达操作模拟训练系统，有利于提高训练效率和水平，节省训练费用，对部队的军事训练具有很大的应用价值并带来一定的经济效益。