邱繼業(yè)

（洪都航空工業(yè)集團(tuán),江西 南昌 330024）

0 引言

在群雄逐鹿的國(guó)際教練機(jī)市場(chǎng)，要想占領(lǐng)足夠多的市場(chǎng)份額，必須關(guān)注教練機(jī)生產(chǎn)和研制的新動(dòng)向，及時(shí)改變和調(diào)整相應(yīng)對(duì)策，以適應(yīng)多變的市場(chǎng)需求。先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的更新?lián)Q代對(duì)飛行員的培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)，同樣也改變了軍用教練機(jī)的一些設(shè)計(jì)理念。新一代的高級(jí)教練機(jī)，除了要保持易于教學(xué)的優(yōu)良操縱品質(zhì)，還要不斷地融入一些新技術(shù)，如目前應(yīng)用的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)大多采用與武器系統(tǒng)相同的硬件軟件技術(shù)，可在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)軟件的更新?lián)Q代，從而大大降低訓(xùn)練系統(tǒng)的升級(jí)費(fèi)用。在嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有三種體系結(jié)構(gòu)可以選擇。第一種選擇是獨(dú)立的嵌入式仿真系統(tǒng)，它是一個(gè)完全獨(dú)立的子系統(tǒng)，有自己的處理器、圖像生成設(shè)備以及軟件，它通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)、視頻線(xiàn)和電源線(xiàn)與武器裝備相連。第二種結(jié)構(gòu)是集成式仿真系統(tǒng)，是集成式嵌入式使用武器裝備本身的設(shè)備，通過(guò)升級(jí)武器系統(tǒng)本身的設(shè)備與儀器完成嵌入式仿真的功能。第三種選擇是混合系統(tǒng)，即是前兩種體系結(jié)構(gòu)的混和結(jié)構(gòu)。

由于獨(dú)立嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研發(fā)難度小，與武器裝備的接口最少，并且在必要的時(shí)候可以卸載，所以，目前在研制現(xiàn)有武器裝備系統(tǒng)的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)常采用獨(dú)立嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，后兩種系統(tǒng)可以用于未來(lái)的武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

1 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用

美國(guó)是使用嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)較早的國(guó)家。1987年美國(guó)陸軍就把嵌入式訓(xùn)練確定為訓(xùn)練設(shè)備策略的首選方法。到1995年6月，美國(guó)陸軍宣布把嵌入式訓(xùn)練作為21世紀(jì)部隊(duì)的關(guān)鍵訓(xùn)練計(jì)劃之一，任何新系統(tǒng)都必須具有嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。美軍認(rèn)為，通過(guò)加裝嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)即采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可展現(xiàn)一個(gè)虛擬且十分逼真的三維世界，在視覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等人的全部感覺(jué)作用下，可猶如“身臨其境”般全身投入到“真實(shí)”訓(xùn)練中。

后來(lái)，空軍也在教練機(jī)上采用嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，其目的是為了降低飛行訓(xùn)練成本和提高飛行訓(xùn)練效能。美國(guó)空軍將采用嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)作為空軍飛行訓(xùn)練轉(zhuǎn)型的一種方式，因?yàn)榍度胧接?xùn)練提供給飛行員的身體感知和情景意識(shí)與傳統(tǒng)地面模擬器有本質(zhì)的不同。使用嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的飛機(jī)，訓(xùn)練在空中真實(shí)地進(jìn)行，飛行員通過(guò)實(shí)際的操作界面進(jìn)行飛機(jī)操控，飛機(jī)反饋的是真實(shí)的氣動(dòng)和機(jī)動(dòng)特性，飛行員的身體感知和環(huán)境情景意識(shí)是真實(shí)的。而地面模擬器僅能提供為數(shù)不多、限制很大的動(dòng)作響應(yīng)。特別是在各種機(jī)動(dòng)方面，嵌入式訓(xùn)練提供的真實(shí)訓(xùn)練環(huán)境及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)是傳統(tǒng)地面上模擬器無(wú)法比擬的。

飛行訓(xùn)練效能被看作是減少飛行學(xué)員在戰(zhàn)斗改裝部隊(duì)的飛行時(shí)間，在成本相對(duì)便宜的教練機(jī)上訓(xùn)練的科目越多，則在后續(xù)昂貴前線(xiàn)飛機(jī)上訓(xùn)練科目就會(huì)減少。飛行學(xué)員經(jīng)高級(jí)訓(xùn)練之后到部隊(duì)接受作戰(zhàn)應(yīng)用訓(xùn)練的費(fèi)用約占整個(gè)飛行訓(xùn)練總成本的一半以上，像中國(guó)空軍飛行學(xué)員使用殲7三代雙座型飛機(jī)進(jìn)行作戰(zhàn)訓(xùn)練的費(fèi)用占到整個(gè)飛行訓(xùn)練總成本的90%。近些年發(fā)展的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)，擴(kuò)展了教練機(jī)的使用功能和訓(xùn)練能力，使現(xiàn)代高級(jí)教練機(jī)能夠完成更多的作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)，與新一代戰(zhàn)斗機(jī)特性更好地銜接起來(lái)。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)已展現(xiàn)了其良好的發(fā)展前景，目前已廣泛使用的教練機(jī)如意大利的MB339和M346、英國(guó)BAE系統(tǒng)公司的“鷹”、韓國(guó)T-50和俄羅斯的雅克130都配置了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。使用這些教練機(jī)，飛行學(xué)員在飛行訓(xùn)練中可模擬先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的特性和作戰(zhàn)環(huán)境，諸如虛擬多功能雷達(dá)、電子戰(zhàn)、空空和空地武器的發(fā)射、紅外和光電傳感器、武器和任務(wù)管理系統(tǒng)等，減少在戰(zhàn)斗教練機(jī)上的訓(xùn)練時(shí)間，提高訓(xùn)練效能，這在地面模擬器上是無(wú)法做到的。

在意大利空軍MB-339C/D戰(zhàn)斗入門(mén)教練機(jī)上曾使用過(guò)的系統(tǒng)—嵌入式訓(xùn)練模擬系統(tǒng)（ETS），后又在M-346教練機(jī)上得到應(yīng)用。MB-339C/D上配備的MIL-1553B數(shù)據(jù)總線(xiàn)和一個(gè)內(nèi)嵌全球定位系統(tǒng)的環(huán)行激光陀螺平臺(tái)，采用法國(guó)塞克斯坦公司基于單一中央任務(wù)計(jì)算機(jī)的新航空電子系統(tǒng)構(gòu)架。飛行員可在座艙內(nèi)利用電腦顯示模擬實(shí)際情景進(jìn)行訓(xùn)練，讓學(xué)員提前入門(mén)和熟知位置探測(cè)、飛行技能、戰(zhàn)術(shù)操作、傳感器操縱和武器部署等。ETS包括一個(gè)嵌入式虛擬航電卡，它是以色列BVR公司專(zhuān)門(mén)為教練機(jī)開(kāi)發(fā)的一套嵌入式訓(xùn)練計(jì)算機(jī)軟件。該航電卡通過(guò)在一個(gè)單板CPU上快速的插入，與任務(wù)計(jì)算機(jī)符號(hào)發(fā)生器結(jié)合在一起使用，可以增強(qiáng)訓(xùn)練的真實(shí)感。該系統(tǒng)通過(guò)在多功能顯示器和平顯上顯示目標(biāo)符號(hào)來(lái)提供一個(gè)真實(shí)的飛行模擬作戰(zhàn)場(chǎng)景，此系統(tǒng)可模擬多方式火控系統(tǒng)、干擾器、防御性輔助設(shè)備（如雷達(dá)告警、數(shù)據(jù)鏈信息）等進(jìn)攻性傳感器以及多種空對(duì)空和空對(duì)地武器訓(xùn)練。虛擬航電卡系統(tǒng)中關(guān)鍵的一部分是數(shù)據(jù)庫(kù)還能生成虛擬的空對(duì)地雷達(dá)或前視紅外傳感器，給飛行員提供空中防撞及近地警告的聲音告警這類(lèi)安全特性，結(jié)束來(lái)自空中和地面的威脅。M-346教練機(jī)完整的訓(xùn)練系統(tǒng)還包括地面教室訓(xùn)練器、程序戰(zhàn)術(shù)練習(xí)器和所有的可相互聯(lián)接的以及可與飛機(jī)聯(lián)接的任務(wù)模擬器。

通過(guò)飛行訓(xùn)練實(shí)踐證明，使用安裝了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的M346教練機(jī)可以為“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的用戶(hù)節(jié)省一半的改裝飛行訓(xùn)練時(shí)間。因此，使用M-346教練機(jī)作為訓(xùn)練平臺(tái)培訓(xùn)戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的那些國(guó)家，可為每個(gè)飛行學(xué)員的培養(yǎng)節(jié)省約200萬(wàn)英鎊 （250萬(wàn)美元）。以前在“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的改裝訓(xùn)練飛行需要100小時(shí)，每小時(shí)飛行訓(xùn)練成本高達(dá)35000歐元。M-346和其他高級(jí)教練機(jī)一樣，也保留了改裝為戰(zhàn)斗機(jī)的余地。若有需要，阿萊尼亞—馬基公司可為飛機(jī)加裝多功能火控雷達(dá)、電子戰(zhàn)設(shè)備和LINK16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈等機(jī)載系統(tǒng),從而將其改裝為戰(zhàn)斗/攻擊機(jī)。

英國(guó)BAE系統(tǒng)公司也為“鷹”教練機(jī)開(kāi)發(fā)了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。如新一代“鷹”128教練機(jī)現(xiàn)具有提供空對(duì)空和空對(duì)地作戰(zhàn)的目標(biāo)、傳感器及武器系統(tǒng)的嵌入式訓(xùn)練能力。其數(shù)據(jù)庫(kù)“動(dòng)態(tài)模擬”的能力，使駕駛艙設(shè)備產(chǎn)生只有在真實(shí)、特定的戰(zhàn)斗機(jī)上才有的符號(hào)。在一個(gè)虛擬作戰(zhàn)環(huán)境下，一架“鷹”128教練機(jī)后座上的飛行員，可動(dòng)態(tài)模擬一架米-29，與另一架動(dòng)態(tài)模擬“臺(tái)風(fēng)”的“鷹”128進(jìn)行飛行對(duì)抗訓(xùn)練。在模擬交戰(zhàn)中，“鷹”128教練機(jī)后座上的飛行員通過(guò)數(shù)據(jù)鏈連接和二架飛機(jī)與各自空空武器的數(shù)據(jù)庫(kù)生成的雷達(dá)圖像進(jìn)行空戰(zhàn)演習(xí)，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)評(píng)估擊中對(duì)方和被對(duì)方擊中的結(jié)果，并在交戰(zhàn)后還能馬上復(fù)現(xiàn)空中作戰(zhàn)的場(chǎng)景，以便教官對(duì)學(xué)員的飛行技能進(jìn)行講評(píng)。

韓國(guó)T-50和德國(guó)MAKO高級(jí)教練機(jī)也在飛機(jī)設(shè)計(jì)加入嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。T-50有包括用于嵌入式訓(xùn)練的模擬系統(tǒng)，它具有在座艙顯示器上顯示模擬的空中和地面威脅的功能。

2 發(fā)展前景

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊。今后將有更多的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)被用于新一代教練機(jī)上。嵌入式訓(xùn)練通過(guò)技術(shù)處理擴(kuò)展了教練機(jī)的功能，未來(lái)將成為軍用教練機(jī)的主要配置，是教練機(jī)標(biāo)志性技術(shù)，有嵌入式訓(xùn)練能力的教練機(jī)將有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。