基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)設計

田斌 劉倩倩 盧甜

（海軍工程大學，湖北 武漢 430033）

《雷達裝備與實踐》課程是針對學員未來崗位任職需求開設的一門課程，旨在通過該門課程的教學，提高學員通用雷達裝備操作與維修的能力。由于《雷達裝備與實踐》課程內容與實際設備聯(lián)系緊密，目前，教學單位可以用于本課程的通用雷達教學設備缺乏、雷達相關高頻模塊使用條件受限，導致開展通用雷達裝備操作和維修教學難度大大增加。如果僅采用單純講授方式，可能會產生教學內容不直觀等問題，教學效果會大打折扣。為了解決上述問題，可以采用I-LVC理念，設計開發(fā)基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)，有效支持學員開展通用雷達裝備的自主學習。

一、LVC訓練理念及發(fā)展現(xiàn)狀

實況—虛擬—構造（LVC）訓練是指融合實兵訓練、模擬訓練、構造訓練技術于一體，構建出近似實際的模擬仿真訓練環(huán)境，并使全體人員能夠以不同身份在這一虛實結合的訓練環(huán)境中參與、執(zhí)行如同真實環(huán)境上相同、相近的任務之中，從而達到提高部隊整體戰(zhàn)斗力水平的目的。實兵訓練所突出的是真實的人使用實際裝備在實際環(huán)境中的訓練，模擬訓練所突出的是真實的人操縱設備在虛擬環(huán)境中所進行的訓練，構造訓練所突出的是虛擬的人操縱虛擬的設備在虛擬的環(huán)境中進行的訓練。

在LVC訓練領域，美軍走在世界各國的前列，而國內雖然在實兵訓練、模擬訓練、構造訓練等領域開展了相關研究，但將三者融合以及在雷達專業(yè)教學上起步較晚。目前，美軍將LVC技術廣泛應用于概念演示、復雜武器系統(tǒng)研制試驗床、武器裝備試驗鑒定、作戰(zhàn)試驗與訓練等領域。美國國防部下一代訓練戰(zhàn)略提出將集成LVC能力和提升駐地聯(lián)合訓練等主流訓練手段的精度水平作為建立多樣化聯(lián)合作戰(zhàn)部隊主要任務。美國空軍擬將虛擬仿真訓練作為其下一代訓練計劃的基石；美國海軍將繼續(xù)推進信息優(yōu)勢部隊的建設，需要建模與仿真為情報、信息作戰(zhàn)、氣象學、海洋學部門和信息專業(yè)部門提供人員訓練裝備；美國海軍航空兵仿真2030年計劃提出逐步提升虛擬訓練在所有飛行訓練中所占比例，提高各類仿真器精度和互聯(lián)程度。

根據LVC訓練的特點不難發(fā)現(xiàn)其非常適用于《雷達裝備與實踐》課程，考慮到完全達到LVC訓練模式標準可能尚有差距，因此，可以借鑒LVC訓練模式構建思路完成基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)設計開發(fā)工作，為提升學員雷達裝備實踐能力提供支撐。

二、基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)設計

基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)主要由雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)、便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備以及通用型實裝雷達組成，分別對應LVC模式的三個方向。

（一）雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)

雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)包含控制端、客戶端兩套子系統(tǒng)，控制端子系統(tǒng)是由教員負責操作，提供課程教學資源查詢、瀏覽、學習，虛擬場景創(chuàng)建，地點、時間、氣象、電磁等環(huán)境設置，故障類型選擇等功能。客戶端子系統(tǒng)是由學員負責操作，在控制端子系統(tǒng)設置的場景中完成裝置操作、突發(fā)故障處置等實踐內容。

（二）便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備

便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備由故障控制單元、故障仿真單元、故障顯示單元等組成。其中，故障控制單元用于設置故障現(xiàn)象，通過故障控制碼輸送到故障仿真單元產生相應的故障，同時，故障控制碼還輸送至故障顯示單元產生由相應故障導致的故障現(xiàn)象。在實際使用中，故障控制單元還可接收雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)控制端發(fā)來的控制碼，從而使沉浸式訓練系統(tǒng)的場景與便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備的狀態(tài)一致。此外，故障控制單元還可與實裝雷達相連，從而使實裝雷達也能產生相應的實際故障；故障仿真單元，由若干個通用故障仿真模塊、電源轉換與數據接口模塊組成。通用故障仿真模塊通過指示燈提示當前故障點的狀態(tài)。紅燈為故障，綠燈為正常。電源轉換與數據接口模塊，提供通用故障仿真模塊直流供電和數據接口。故障仿真機柜，根據雷達故障點的個數，靈活配置故障仿真單元。另外，故障仿真單元在設計時充分考慮了現(xiàn)有機載、船載、岸基等平臺雷達電路單元的組成，將功能相近的單元進行整合為相應電路功能子模塊，之后通過不同電路功能子模塊的靈活組合構建出滿足不同功能需要的故障仿真單元。因此，故障仿真單元不需要根據雷達實際形式設計成具體的樣式，使用時可通過其上的標簽進行識別，同時，故障仿真單元還具有涵蓋平臺廣、功能覆蓋強、組裝靈活性高等特點，非常適用于像雷達這樣體制復雜、功能多樣、設備繁多的裝備；故障顯示單元在無故障時的顯示畫面與實裝雷達畫面一致，可實現(xiàn)目標、地物雜波、海雜波、云雨雜波等信息。當接收雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)、故障控制單元等發(fā)送的故障控制碼后，可產生由該故障導致的目標丟失等畫面。

（三）通用型實裝雷達

通用型實裝雷達主要由雷達前端、回波采集分配單元、計算機主機、顯示器等部分組成。其中，計算機主機通過部署的軟件，實現(xiàn)雷達實時回波處理與顯示、報警信息顯示、回波與顯示、量程設置、增益調節(jié)、目標跟蹤與信息顯示、矢量線、歷史軌跡、尾跡、基本海圖等功能。

三、基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)使用流程

（一）單方向應用模式

基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)單方向應用模式是雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)、便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備以及通用型實裝雷達三個組成部分獨立應用的模式。教員可根據《雷達裝備與實踐》課程各章節(jié)的知識點利用通用型實裝雷達進行裝備組成等內容講解，利用雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)提供的教學資源講授裝備基本原理、工作原理等內容，利用便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備向學員講解裝備拆解、架設、故障維護等內容。學員也可利用雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)提供的教學資源、虛擬教室等功能按照課程大綱要求自主完成相關知識點的預習和復習。

（二）聯(lián)合方向應用模式

1.教學模式

通用型實裝雷達中的雷達前端、回波采集分配單元等部分引接至便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備中，并將通用型實裝雷達中的計算機主機、顯示器等部分與便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備中的相應組成部分實現(xiàn)共用。

（1）教員根據課程知識點選擇相應任務，并依據任務內容通過雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)設置任務區(qū)域，氣象環(huán)境、電磁環(huán)境等初始及過程變化參數，故障類型、觸發(fā)事件等故障參數。

（2）學員操作雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)進入教學場景，根據自己在場景中扮演的人物角色完成相應的工作。

（3）當任務推進到觸發(fā)事件時，雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)向便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備、雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)發(fā)送故障碼指令，相關設備接收到故障碼后產生相應故障，并在各自顯示單元上顯示由故障導致的相應畫面。

（4）教員引導學員通過雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)提供的虛擬儀器儀表等工具，結合故障現(xiàn)象查找可能導致故障的原因。之后，學員利用便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備完成具體故障維修過程，如果需要更換板卡，則在備件區(qū)選擇相應板卡進行更換。

（5）當學員完成排故操作后，便攜式雷達專業(yè)教學霧終端設備、雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)客戶端子系統(tǒng)顯示雷達恢復正常畫面，學員繼續(xù)完成后續(xù)任務操作。

2.考核模式

教員可通過雷達教學沉浸式訓練系統(tǒng)控制端子系統(tǒng)設置不同的考核任務，學員利用客戶端子系統(tǒng)自主完成考核任務，并可通過系統(tǒng)查詢自己的考核成績。

四、總結

從事雷達工程教學的教員在講授雷達裝備實踐類課程時多采用理論講授方式講解雷達基本原理、雷達裝備工作原理、雷達操作、雷達維修等內容。由于缺少滿足實際需求的、數量眾多、型號復雜的雷達設備，使得學員無法進一步深入微觀的了解雷達系統(tǒng)、無法進一步定位故障類型與設備模塊的關系，理論學習與實際操作完全脫鉤；考核過程集中在紙面試卷，即使考核成績優(yōu)秀，也不能完全代表能夠承擔后期真正實裝操作和故障定位與維修任務。

針對上述問題，本文從雷達裝備類課程教學實際出發(fā)，充分考慮到由于實際雷達裝備發(fā)射等單元在工作時會產生大量的電磁輻射，導致無法在實驗室實施故障教學和考核等雷達裝備教學的難點和痛點問題，引入LVC訓練理念，設計了基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)。該系統(tǒng)設置的教學內容既可按照訓練、考核大綱進行設置，也可根據個人教學情況進行隨機設置，支持學生在設備通電狀況下開展發(fā)射、接收等單元的故障維護教學，從而解決了電磁輻射源工作條件下的人員教學安全問題。此外，該系統(tǒng)不僅能夠提供單型雷達“軟—軟”、“軟—硬”、“硬—硬”三種教學形式，還可提供跨平臺多類型雷達的聯(lián)動教學形式，學員通過基于I-LVC模式的雷達教學訓練考核系統(tǒng)除了可在沉浸式訓練環(huán)境與實際設備訓練環(huán)境中靈活切換，還可進行多型號雷達編組訓練與考核，極大地提高了雷達裝備教學的訓練水平。