数字化嵌入式训练系统设计.doc

数字化嵌入式训练系统设计 1嵌入式训练的概念及特点 1．1嵌入式训练的概念 嵌入式训练就是嵌入到装备内部的训练它是指在作战系统、子系统、或设备上嵌入或增加的可以使操作人员更加纯熟的掌握各项技能而进展的训练它的本质是将训练集成到装备中，即通过对装备软硬件的改造，在装备中嵌入一种才能，使得训练人员可以通过虚拟与仿真技术，在实装中"看到";操作的效果，并通过与装备其他子系统的交互实现训练、任务转换、战场态势显示和评估等功能，从而使训练人员获得与实战相符的心理与生理适应性，提升训练质量 1．2嵌入式训练的特点 嵌入式训练可以理解为模拟训练系统与实装的结合，它结合两者各自的特点，具有较强的真实性和时效性，能在很大程度上满足日益扩展的军事训练需求，详细来说，主要有以下优点: 1．2．1降低了训练门槛 现有模拟训练器材大都与实装相别离，单独放置在模拟教室或是训练场，挪动比拟困难，极大地限制了部队训练的时间和空间嵌入式训练系统与实装一体，摆脱了模拟器的限制，使得部队可以在野外、在生疏地域随时随地进展训练，降低了训练门槛 1．2．2减少了开发本钱 随着装备门类的增多和自动化智能化程度的进步，模拟器的开发也更加复杂，每研制一种新装备，就开发一套模拟训练系统，耗资宏大，而且存在一定的浪费。

利用计算机的软件模拟和实装的硬件环境，安装嵌入式的训系统，可以大幅降低本钱，进步了训练的效费比 1．2．3拓展了训练的范围 由于训练地域和实装本身的限制，实际训练环境比拟固定，与作战地域有一定差距，且不便于开展多地形的训练利用仿真和虚拟技术搭建的嵌入式训练系统，可以根据想定设定各类作战环境参数，获得逼真的训练效果，可以仿真各类环境和敌情，进步模拟目的的逼真程度，从而减少训练空间的限制，获得更好的效果 1．2．4便于实时评估 嵌入式训练系统更多的依赖计算机的仿真和模拟，因此对训练人员操作和效果的记录、对各项训练数据的实时共享与处理更加便捷，可以对训练效果进展实时评估反应，从而准确的掌握训练的真实情况，为下一步训练决策提供有效的数据支持 2数字化装甲分队嵌入式训练系统的根本原理 数字化装甲分队嵌入式训练系统就是通过对装甲车辆的软硬件设备进展改造和晋级，将原来独立的模拟训练系统嵌入到实装中，实现两者功能的结合硬件局部一方面是对车载计算机、电源等部件进展晋级，进步计算机的处理才能，另一方面是为数据采集提供接口，其采集来源是信息系统中的通用传输效劳局部数据库局部主要是按照车载计算机的平台与标准，对数据库进展改造和晋级，并以此为根底搭建各类训练和评估数据库，为系统功能的实现提供根底支撑。

主控软件改造主要是以实装的原有软件平台为根底，参加模拟训练模块，主要包括训练形式选择，数据采集管理软件、数据处理共享软件、虚拟环境仿真软件和战场态势生成软件等，为受训人员搭建逼真的战场环境;通过评估软件，实现对训练效果的施行评估反应;通过对受训人员操作的记录与存储，实现对训练过程的回放;战场态势、训练效果的评估和过程回放都通过人机交互界面实时显示出来 3系统需求分析 近年来，通过大规模的整体换装和综合集成改造，数字化装甲分队的信息化程度已经有了大幅进步，嵌入式训练系统以此为根底进展改造 3．1功能性需求 嵌入式训练系统，就是通过改造车载计算机的软硬件设备，参加模拟训练模块，将车外模拟训练系统搬到车载计算机中，实现成员在实装中、在实际的操作席位上的训练，并进展实时的态势显示和效果评估其主要功能有:1)训练任务方案编辑将大纲中的各个训练科目以想定的形式存储在电脑中，供训练者选择按照不同的想定，选择对应的训练任务，包括作战环境选择、作战任务选择、虚拟兵力生成、时间列表设置等2)战场态势模拟与显示训练系统可以根据想定的训练场景和任务方案，实时仿真生成真实作战环境下的地形、气候、地面/空中威胁、友邻等数据信息，并可以实时进展显示。

3)实时评估反应可以对训练人员的操作和决策信息进展实时评估，对其效果进展显示，支持操作回放，能以鸟瞰视角观察训练全阶段的战场态势4)自由对抗训练可将已有较为成熟的坦克分队对抗游戏加载到训练系统中，作为其中的一个子模块，训练人员在完成根底的科目后，可以进展自由对抗训练，增加训练的兴趣性 3．2性能需求 1)系统兼容性嵌入式训练系统以车载计算机的操作系统为根底，采用Oracle8．1．7数据库管理系统2)可靠性系统可靠性应不低于改装前系统可靠程度，训练系统46h任务可靠度不低于95%3)可维护性便于日常管理和维护，即使系统出现错误也能人工或自动的方法得到解决4)环境适应性符合GJB367A中有关装甲车载设备严酷等级规定的要求，在各种复杂条件下满足使用要求5)易操作性环境界面友好，便于操作使用 4系统框架设计 根据实装平台的根本构架和嵌入式训练系统的主要需求，数字化装甲分队嵌入式训练系统的功能构造由应用层、功能层、运行支撑环境层和数据层组成应用层为教练员和受训人员直接操作的系统，包括管理维护系统、根底训练系统、组网训练系统、综合演练系统和自由对抗系统5个局部，依托运行支撑环境层，集成功能层的各类软件，满足不同的训练需求。

其中管理维护系统主要为教练员和管理人员分发想定内容、导调训练进程、讲评训练效果、维护系统运营提供支持;受训人员根据训练进度安排和自身实际，可以选择根底训练、组网训练、综合演练或自由对抗等形式进展训练功能层主要是支持系统详细功能的应用软件的集合，是应用层的组成局部包括运行监护、随机导调、进程控制、形式选择、想定分发、态势显示、操作数据采集、数据处理共享、施行评估、效果反应、态势回放和管理维护等应用软件仿真运行支撑环境提供了一系列由"接口标准";定义的效劳，系统运行时，通过标准接口和通信机制实现交互，到达各模型之间信息的交互，并保证时钟的统一仿真运行支撑环境分为3层，第1层操作系统和网络环境层，根据不同车型，分为Windows和VxWorks操作系统，第2层的数据引擎主要保证各软件间的信息交换，第3层为应用软件实现运行提供各类公共效劳数据层主要功能是完成数据的采集存储和处理，包括根底数据库、想定数据库、评估数据库和自由对抗数据库等此外，系统应按照有关装甲车载设备严酷等级的规定，满足可靠性、平安性等要求，平安保密与系统管理贯穿整个过程 5系统关键技术研究 嵌入式训练技术是以电子和信息技术为根底，涉及计算机、图形显示、训练、装备运用等多种技术的综合技术。

本文所研究的坦克嵌入式训练系统主要包括以下关键技术 5．1主控软件改造的技术道路 嵌入式训练是在实际装备内部的嵌入，改造后的装备既要保持原有的作战效能不受影响，又可以进展逼真的模拟训练因此在作战形式和训练形式切换的过程中，必须保证系统与外部的交互和控制不受影响，确保系统的平安性对主控软件的改造是实现嵌入式训练系统的核心环节对原有软件系统的改造，主要是在新版主控系统中参加仿真模型板块系统在作战形式下软件的运行控制与原有系统一样，控制信号输入到对应的执行机构，完成相应的控制在训练形式下，根据受训人员选择的不同训练模块，操作面板输入的控制信号输出到仿真模块，模拟出产生的效果，并生成实时态势进展显示在软件改造过程中，在每个控制器上增加额外的通信模块，完成操作信号在执行机构与训练仿真模块之间的屏蔽，从而在作战形式下，可以按照实际战场态势进展显示和评估，实如今训练和操作形式下的平安切换 5．2车载计算机的晋级 嵌入式计算机是硬件改造的核心坦克车载计算机受车内空间限制，体积较小，计算机的内存、处理速度、存储空间、图形显示等性能与车外独立的计算机还有较大差距，需要大幅度晋级改造因此，在遵守车载设计要求的根底上，应该晋级内存、处理器等计算机的核心部件，满足高速运算和存储要求;加装足够的外设接口，能实时生成复杂的虚拟态势目的，并支持多接口的数据传输;为满足逼真的视景仿真需求，还应该装备专门的图形处理器，支持图形加速和DirectX渲染引擎，在显示虚拟场景时，评估刷新率要到达至少25帧/s。

5．3数据的采集与处理 嵌入式训练系统的功能，主要是通过由训练系统产生的虚拟效果与实际装备运行形式的结合来实现，其关键技术就是在训练系统与实际装备之间搭建起一个稳定的信息交互通道，实现信息的搜集、处理和传输等详细功能包括短报文信息采集、文电信息采集、实时报文信息采集、数据采集管理、数据传输等数据采集管理主要是对数据采集功能进展配置，对采集的状态进展监控，提供采集的访问接口，对所采集的作业信息进展控制和记录，并将传输到数据管理端，写入采集数据库嵌入式训练系统所处装备环境的特殊性，对信息采集提出了更高的要求，既要满足各个功能对数据实时共享的要求，又要防止数据在复杂电磁环境下的失真和紊乱，因此，数据的实时采集与处理，是实现嵌入式指挥训练的一个难点 5．4实时评估显示 依托数字化装备中信息系统提供的软硬件环境和支撑数据，完成对受训人员操作指挥才能的评估是嵌入式指挥训练中最重要的环节，其结果的准确与否将直接影响教练员对真实训练情况的掌握，从而对后续训练的决策产生影响难点在于运用复杂系统和辩证法的思想，建立起适应指挥训练特点的指标体系，进展科学有效地评估，并不断应用新技术实现评估和反应功能的智能化。

评估效果和战场态势的实时显示负责根据想定生成战场环境，生成虚拟作战目的，实时聚集参训武器平台的训练数据，通过二维和三维的形式实时显示敌方目的、友邻目的、作战过程和打击效果，使受训人员获得类似实际战场的心理感受;可以实时显示评估效果并进展保存，为指挥训练事后讲评回放提供根据 6完毕语 依托数字化装备的信息系统，将模拟训练系统嵌入到主战装备中，实现两者功能的优化组合，已经成为今后重点开展的训练形式之一本研究以陆军数字化装甲分队为对象，在分析嵌入式训练概念和特点的根底上，重点阐述了嵌入式训练系统的根本原理，研究了嵌入式训练系统的主要需求，进展了系统框架设计和功能的详细分析，并对实现嵌入式训练系统的关键技术进展了研究本研究仅对数字化装甲分队嵌入式训练系统的改造做了原理性的探究，到达实际应用目的还有许多技术和机制方面的工作，主要包括装甲车辆内部设施的改造、计算机等硬件设施的晋级、软件系统的改装等，还需要大量深化细致的研究 彭文成 高韶祎 徐豪华 单位：装甲兵工程学院陆军装备作战仿真重点实验室。