短波电台数字化训练系统的设计

李鑫

（军委装备发展部军事代表局驻武汉地区军事代表室，江西九江 332000）

0.引言

数字化短波电台经过多年发展，形成了手键报、模拟话、数字话、数据流、数据报等多种通信业务。定频、跳频、自适应、自动控制等多种波形模式为一体的专业化数字通信设备。既可进行简单的模拟语音的呼叫，也可进行更加复杂的文件传输，多台设备组网通信等工作。因此专业化的短波电台需要专业而熟练的操作人员。本文通过设计一种使用网络接的短波电台模拟训练器设备，搭配教学训练软件和电脑，搭建一套可以在教室内完成的短波电台教学训练和练习考试的电台数字化网络教学系统，极大地方便了对短波电台操作人员的教学、训练和考核。

1.短波电台数字化模拟教学系统的设计

1.1 短波电台数字化模拟教学系统的整体构架设计

短波电台数字化模拟教学系统由一台数据库服务器、一套网络交换系统、一个教师席位和若干学员席位构成。其中数据库服务器用于数据库的搭载，用于存储训练题库、教学资料、学员信息等数据。网络交换系统由单个或多个交换机组成，完成全部设备的网络连接和数据传输控制。教师席位配备一台安装教学软件的的电脑终端，主要功能是为学员安排教学内容、监控学员电台操作情况、发布训练考试内容和查看学员成绩等。学员席位除配备一台安装教学软件的的电脑终端外还额外配备一台短波电台模拟训练器设备，电脑供学员接收教学内容、显示训练题目、训练结果、考试试卷等，短波电台模拟训练器设备供学员进行短波电台操作和使用的训练[1]。设备连接情况如图1所示。

图1 短波电台模拟系统连接框架图

1.2 短波电台模拟训练器的设计

短波电台使用的频率范围为2MHz～30MHz的短波频段，其通信特点为通信距离远、通信波长长，主要使用天波进行通信。其常用的短波电台的功率范围有20W、125W、400W、1000W等。这也是真实短波电台不适宜进行集中教学训练的地方，因此短波电台模拟训练器在设计上需要去除天线信号发射部分的功能，用有线网络连接的方式模拟实际无线连接，用网络数据包的传输来模拟无线电数据的传输。这样可以简化真实短波电台中天线、天调、功率放大器的设计，使室内进行多台短波电台通信实验的教学训练变为可能。

短波模拟电台教学系统是对真实电台使用环境的模拟，教学和训练的科目方式也应该与真实电台环境使用内容保持一致，该模拟电台前面板完全按实物电台的仿制。其对外接口和实物电台采用完全相同型号的连接器件，采用传输数据的格式和协议也和实装电台完全一致，还可以与其他模拟训练器进行组网训练，模拟实物电台在野外组网通信的实际效果，实现真正意义上数据交互和语音通信。

短波电台操作的核心在对短波电台面板的操作和对各种业务流程和通信模式的熟悉上。短波电台模拟训练器的外观部分和实际真实电台保持一致，拥有相同的显示屏、按键、接口以及结构造型设计。同样，短波电台模拟训练器的显示界面也完全仿照实物电台设计。以此确保学员在使用模拟电台学习操作和训练时有和实际真实电台相同的认知效果和操作手感[2]。

短波电台模拟训练器采用网线进行连接，需要额外的网络接口进行网络连接，此网口应能完成模拟无线电数据包的传输和短波电台模拟训练器的相关信息和操作数据的上报工作。短波模拟训练控制系统软件结构设计合理、操作简单、易于学习。同时，通过配置整个系统的网络参数便于模拟训练器之间实现数据或语音通信。

短波电台模拟训练器的设计框图如图2所示。

图2 短波电台模拟训练器的设计框图

短波电台模拟训练器由前面板单元、主控转换单元、综合业务单元和后面板单元组成，模拟训练器通过网口连接到以太网交换机与其他设备交互信息。

主控转换单元中的ARM控制器和可编程逻辑器件（CPLD）共同完成了界面显示数据、音频数据和接口数据的控制，将这些数据数字化、协议化后的数据通过网口传输给微处理器，微处理器作为短波电台模拟训练器的数据核心完成对应的数据运算、功能处理，将需要界面反馈的数据通过网络回送给ARM控制器，由ARM控制器进行显示输出、音频输出和接口数据输出，以完成对实物电台的真实模拟。其中界面的显示输出和音频材料均采集自实物电台，使用与实物电台相同的图片字体资源，录音自实物电台的效果音，流程设计也仿照实物电台操作流程，可全面完美地模拟实物电台的实际效果。

所有在短波模拟电台教学系统网络内的短波电台模拟训练器，均由独立的IP地址通过网络接口模拟实物电台间的无线数据传输，将通过无线信道传输的无线波数据转换为以网线为载体，网络包数据传输进行传输，通过有线连接环境来模拟实物电台的无线连接环境。

1.3 短波电台模拟训练器教学软件的设计

短波电台模拟训练器教学软件的设计是短波电台模拟训练器教学系统的重要组成部分。安装于教师席位及学员席位的电脑的上，是网络化教学的主要教学工具。

短波电台模拟训练器教学软件能够为教员教学提供训练计划、操作评判服务，为学员提供训练、考试服务，具备安全防护设计，提供信道控制模拟，增强用户实际操作体验。短波电台模拟训练器教学软件由教师终端软件和学员终端软件组成。

教师终端软件由教学控制功能模块、服务器数据安全功能模块和信道控制模拟功能模块组成，教学控制功能模块包括学员信息管理、题库录入编辑、试卷生成与分发、试卷自动评分、学员成绩归档查询、数据发送、状态监控、参数配置、通信组网、生成管理日志、模拟训练中心通信和接口协议处理功能。服务器数据安全备份功能模块包括数据接收、数据存储、数据备份和和接口协议处理功能功能。信道控制模拟功能包括话音质量控制、数据误码控制、干扰等级控制、频谱检测控制和和接口协议处理功能[3]。

学员终端软件由电台操作训练功能模块和电台操作考试功能模块组成。训练功能模块与考试功能模块均包括学员登录、试题显示、答题及提交试卷、试卷评分结果显示、试题详解、问题反馈和和接口协议处理功能。

软件框架结构图如图3所示。

图3 软件框架结构图

1.4 短波模拟电台教学系统的教学实现

短波模拟训练器就是对实装电台的真实模拟，该模拟训练器的训练内容应该与实装电台训练内容一致。因此该模拟训练器不仅能够进行基础参数设置操作，还可以与其他模拟训练器进行组网功能训练，实现真正意义上的数据交互和语音通信，达到对实装电台真实使用情况的模拟，使得学员能够真正学习到如何使用真实电台[4]。

短波模拟电台教学系统的教学实现主要采用教学科目的下发训练与学员完成训练的考核为主。教师和学员采用网络通信来完成教学工作，由教师设计好教学内容，学员可以在终端上自行操作学习。教学过程可分为单设备操作的础的参数设置教学和多设备联动的功能组网训练教学。

其基础的参数设置教学流程操作流程为：

（1）教学系统内教师和学员分别在各自席位上登录账号，获取各自账号信息和操作权限。

（2）教师在教师终端软件从数据库服务器获取基础参数教学材料，并规划本次课程的教学内容和选择电台操作训练课题。

（3）学员在学员终端上获取到教学内容后开始学习相关知识，并可根据教学进程选择电台操作课题进行训练。

（4）学员进行电台操作题目的训练，学员终端软件将会根据训练题目对模拟电台进行数据参数重置，使得模拟电台设备进入符合训练课题的设置状态，完成参数设置后提示学员可以开始做题。

（5）学员可在模拟电台上进行本训练课题的操作训练，如电参数设置、通信呼叫、组网传输等操作。操作完成完成后，学员在学员终端界面上单击“答题完毕”。

（6）学员终端获取学员在模拟电台上的操作数据，并和从数据库获取的标准操作流程进行对比打分，显示评判结果并上报教师终端。

（7）教师终端把训练过程中的所有题目、成绩、错误信息均保存在数据库服务器中，便于学员教学训练中的评估和查询。

功能组网训练教学主要包括点对点和组网呼叫建链操作、手键报、模拟话、数字话、数据流和数据。报传输功能的基本训练流程如下：

（1）教学系统内教师和学员分别在各自席位上登录账号，获取各自账号信息和操作权限。

（2）教师在教师终端软件从数据库服务器获取组网教学材料，并规划本次组网训练的席位和呼叫组网的顺序等组网科目相关的内容。

（3）学员在学员终端上获取到教学内容后开始根据题目规定的呼叫设备号提示进行呼叫组网训练学习。

（4）学员开始训练，重置模拟训练器，模拟训练器重置全部参数。学员在模拟训练器配置工作参数完毕，模拟训练器上报状态及参数至导调控制服务器。

（5）学员在模拟训练器上单设备操作完成后，开始进行通信呼叫训练题，先确认模拟训练器参数配置完成，点击呼叫，模拟训练器把配置参数信息上传学员终端，学员终端把配置参数信息上传数据库服务器接收配置参数信息并进行分析比对，通知学员终端显示错误信息，学员终端通知电台模拟器停止呼叫通信流程，并在用户终端上提示错误信息，学员可以重新配置参数。短波电台模拟器根据呼叫命令的地址参数，将呼叫命令转发到对应地址即另一个学员席位上的的短波模拟训练器。

（6）被呼叫席位的学员可以接通呼叫，完成短波电台的建链操作。呼叫双方的学员进行呼叫建链应答过程中，双方命令直接在2台或多台电台模拟器之间传送，建链后双方可进行常规话音和数据通信业务，也可进行信道控制模拟下的话音和数据通信业务。2个席位之间所有的交互数据操作均会由各自的席位上的短波模拟训练器上传至学员终端。

（7）本题训练操作结束，学员在用户终端上单击“答题完毕”，用户终端上报数据信息给数据库服务器。

（8）数据库服务器根据接收到的数据信息进行分析对比，计算出本题训练分数。

（9）教师终端把训练过程中的所有题目、成绩、错误信息均保存在数据库服务器中，便于学员教学训练中的评估和查询。

（10）数据库服务器发送本次训练题目成绩、错误信息至教师终端上，教师终端显示本次训练题目成绩、错误信息。训练过程中的所有成绩、错误信息均保存在数据库服务器数据库中，便于教师教学训练中的评估。

2.结论

本文通过设计一种通过网络连接的短波电台模拟设备，以实物教学，网络训练的方式完成短波电台的操作教学工作，解决了对专业化的短波电台设备教学难、训练难、考核难的问题。短波模拟电台教学系统可以通过模拟设备仿照真实电台使用环境进行操作教学训练，并可通过数据库和教学软件形成规范的标准的教学方式和训练考核内容，可用于军事院校、各军区通信站点的通信装备培训、学习、考核评判。对学员进行通信装备训练评估、考核评估的功能。通过分析学员的操作过程和通信结果评估学员的操作训练水平，帮助学员提高实装操作的能力对成批量培养和训练合格的电台操作人员有着极大的帮助。