某型火控雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡文華,趙 喜,段修生,董 健,薛東方

(軍械工程學(xué)院，電子與光學(xué)工程系，石家莊 050003)

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某型火控雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡文華,趙 喜,段修生,董 健,薛東方

(軍械工程學(xué)院，電子與光學(xué)工程系，石家莊 050003)

為了提高教學(xué)效果，減少實(shí)裝損耗，加強(qiáng)新裝備保障能力，研制某型火控雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器；該模擬器以網(wǎng)絡(luò)化主控計(jì)算機(jī)單元為核心，由實(shí)裝操作分系統(tǒng)、虛擬裝備分系統(tǒng)、實(shí)裝部組件分系統(tǒng)、動(dòng)感分系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)組成，具有操作訓(xùn)練、維修訓(xùn)練、武器系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練及訓(xùn)練評(píng)估等功能，解決了新型雷達(dá)裝備教學(xué)與訓(xùn)練中實(shí)裝損耗大、裝備數(shù)量少、訓(xùn)練效率低等問(wèn)題；該模擬器已用于多個(gè)雷達(dá)專業(yè)的操作、維修、綜合演練等教學(xué)實(shí)踐中，與以往的訓(xùn)練設(shè)備相比可操作性好，應(yīng)用范圍廣，教學(xué)效果明顯；文中介紹了模擬器的功能結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。

火控雷達(dá)；模擬器；裝備操作；維修訓(xùn)練

0 引言

某型火控雷達(dá)集機(jī)、光、電、液壓等多學(xué)科專業(yè)于一體，具有技術(shù)密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修保障困難等特點(diǎn)，給部隊(duì)裝備保障和院校教學(xué)提出了新的要求。因此，開發(fā)該雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器對(duì)提高教學(xué)效果，加強(qiáng)部隊(duì)新裝備保障能力，提高裝備戰(zhàn)斗力具有重要意義。

1 模擬器功能及結(jié)構(gòu)

1.1 模擬器功能

該模擬器具有操作訓(xùn)練、維修訓(xùn)練、武器系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練、數(shù)據(jù)記錄與訓(xùn)練評(píng)估、干擾與抗干擾訓(xùn)練等功能。

1.1.1 操作訓(xùn)練功能

模擬器能完成雷達(dá)的開關(guān)機(jī)練、檢查調(diào)整、目標(biāo)搜索、目標(biāo)跟蹤、開火射擊、快速測(cè)試、功能測(cè)試等基本操作訓(xùn)練功能。

1.1.2 維修訓(xùn)練功能

通過(guò)主控機(jī)單元設(shè)置故障，維修人員在實(shí)裝面板、終端顯示器上觀察、判斷故障現(xiàn)象；在實(shí)裝操作分系統(tǒng)、雷達(dá)實(shí)裝部組件分系統(tǒng)及虛擬維修訓(xùn)練分系統(tǒng)進(jìn)行故障分析和定位排除訓(xùn)練。

1.1.3 武器系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練功能

該模擬器能通過(guò)仿真交互平臺(tái)與高炮模擬器、指揮控制系統(tǒng)模擬器等互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息的引導(dǎo)與傳輸、高炮的標(biāo)定與隨動(dòng)、射擊諸元的輸出與開火控制等聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練。

1.1.4 數(shù)據(jù)記錄與訓(xùn)練評(píng)估

模擬器能利用時(shí)間戳將訓(xùn)練過(guò)程及結(jié)果的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，可以對(duì)操作、維修訓(xùn)練科目的過(guò)程與結(jié)果的進(jìn)行評(píng)估， 兵給出定量的評(píng)估結(jié)論。

1.1.5 干擾與抗干擾訓(xùn)練功能

模擬器可以模擬雷達(dá)常見(jiàn)干擾，包含噪聲干脈沖干擾、箔條干擾等，訓(xùn)練雷達(dá)操作手綜合運(yùn)用自適應(yīng)電子跳頻、變重復(fù)頻率、采用激光測(cè)距、電視跟蹤等多種手段進(jìn)行抗干擾訓(xùn)練。

1.2 模擬器結(jié)構(gòu)

該模擬器由實(shí)裝操作分系統(tǒng)、虛擬裝備分系統(tǒng)、實(shí)裝部組件分系統(tǒng)、動(dòng)感分系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)單元6大部分組成，各分系統(tǒng)通過(guò)主控單元連接形成一個(gè)有機(jī)的整體，其組成如圖1所示。其中，實(shí)裝操作分系統(tǒng)用于裝備操作訓(xùn)練，虛擬裝備分系統(tǒng)用于雷達(dá)的維修訓(xùn)練及裝備之間的標(biāo)定，實(shí)裝部組件分系統(tǒng)由真實(shí)裝備組成，用于操作與維修中實(shí)際信號(hào)的檢測(cè)，動(dòng)感分系統(tǒng)用于逼真模擬雷達(dá)搜索天線、跟蹤天線的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)用于與高炮模擬器、指揮系統(tǒng)模擬器之間的互聯(lián)。各分系統(tǒng)從功能上是一種互補(bǔ)關(guān)系。

圖1 雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主控計(jì)算機(jī)單元是整個(gè)模擬器系統(tǒng)的核心，完成對(duì)雷達(dá)各分系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制及雷達(dá)整體工作狀態(tài)的協(xié)調(diào)與控制。還要完成該模擬器與仿真交互平臺(tái)及火力系統(tǒng)模擬器、連站指揮系統(tǒng)模擬器等之間的互聯(lián)。

2 硬件設(shè)計(jì)

該雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 主控計(jì)算機(jī)單元

該單元由主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及連接9臺(tái)分系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成，用于控制其余4個(gè)分系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，共同完成裝備的操作訓(xùn)練、維修訓(xùn)練、聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練等功能。在硬件的配置上，主控計(jì)算機(jī)上安裝了兩塊網(wǎng)卡，一塊為模擬器內(nèi)部網(wǎng)卡，用于系統(tǒng)內(nèi)部9個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信與控制，另一塊為外部網(wǎng)卡，用于與武器系統(tǒng)仿真交互平臺(tái)聯(lián)系。主控計(jì)算機(jī)單元各分系統(tǒng)及仿真導(dǎo)調(diào)中心之間以網(wǎng)線相連，采用TCP/IP協(xié)議通訊，技術(shù)成熟，速率高，可靠性好；便于實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)的信息傳輸，擴(kuò)展性強(qiáng)。

圖2 模擬器硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 實(shí)裝操作分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)是模擬器的人機(jī)交互界面，是裝備的操作中心，由雷達(dá)主控臺(tái)、中央配電箱、天線控制計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成?？刂婆_(tái)是操作人員與火控系統(tǒng)的人機(jī)界面。

雷達(dá)主控臺(tái)是操作手對(duì)雷達(dá)全系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行控制、檢測(cè)、操作、顯示等操控的集合體，是整個(gè)裝備的監(jiān)控中心。操作人員通過(guò)主控臺(tái)可以全面觀察系統(tǒng)的工作狀態(tài)，發(fā)出控制命令等，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人工干預(yù)。雷達(dá)主控臺(tái)是模擬器中該分系統(tǒng)的核心，采用辦實(shí)物仿真，其操作面板與雷達(dá)的物理面板完全一致，其功能由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬。

雷達(dá)主控臺(tái)與中央配電箱完成裝備開關(guān)機(jī)、檢查調(diào)整、功能測(cè)試、搜索跟蹤等基本操作；天線控制計(jì)算機(jī)用于相應(yīng)雷達(dá)主控臺(tái)的號(hào)手操作信息，控制雷達(dá)天線按給定的方式運(yùn)動(dòng)。

2.3 虛擬裝備分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)是模擬器的虛擬仿真系統(tǒng)，由虛擬裝備操作、虛擬裝備維修、考核評(píng)估、系統(tǒng)使用幫助等單元組成。由計(jì)算機(jī)模擬仿真雷達(dá)組合內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電路板結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)各組合的邏輯控制，從而構(gòu)成系統(tǒng)完整的工作環(huán)境。利用系統(tǒng)提供的虛擬測(cè)量工具，對(duì)雷達(dá)組合面板插孔以及計(jì)算機(jī)顯示器上的三維雷達(dá)組合電路、電路板進(jìn)行模擬測(cè)量，能夠?qū)收线M(jìn)行診斷、隔離和定位，實(shí)現(xiàn)維修訓(xùn)練。利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練過(guò)程的記錄，為判定和分析提供數(shù)據(jù)。虛擬裝備操作部分還包括火控電站計(jì)算機(jī)與標(biāo)定控制計(jì)算機(jī)兩部分，其中火控電站計(jì)算機(jī)用于模擬電站的發(fā)供電操作，其虛擬面板結(jié)構(gòu)、操作步驟、影響效果與實(shí)裝一致；標(biāo)定控制計(jì)算機(jī)用于模擬雷達(dá)與高炮的標(biāo)定及雷達(dá)與光學(xué)搜索瞄準(zhǔn)鏡的標(biāo)定。

2.4 實(shí)裝部組件分系統(tǒng)

實(shí)裝部組件分系統(tǒng)由Ⅰ波段雷達(dá)發(fā)射機(jī)、三相400 Hz，115 V變頻電源、工控機(jī)及I/O卡、操作檢測(cè)面板等組成。400 Hz變頻電源用于提供Ⅰ波段雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作電源；工控機(jī)及I/O卡用于模擬發(fā)射機(jī)控制保護(hù)電路，控制發(fā)射機(jī)按低壓電源、離子泵電源、行波管燈絲電壓、偏壓及高壓的邏輯順序開機(jī)，確保發(fā)射機(jī)的安全[1]；操作檢測(cè)面板包括各種測(cè)試插孔、示波器等，用于發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)及工作參數(shù)的檢查與測(cè)試。

2.5 動(dòng)感分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)是雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，逼真地顯現(xiàn)搜索天線、跟蹤天線的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。改分系統(tǒng)由搜索雷達(dá)天線、跟蹤雷達(dá)天線、方位驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、雷達(dá)信號(hào)處理組合及激光電視組合組成。在尺寸上選用與雷達(dá)天線1:1的模型，在電氣和傳動(dòng)原理上與真實(shí)雷達(dá)一致，在顯示界面上與雷達(dá)PPI顯示器、電視監(jiān)視器一致。

2.6 聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)

該火控雷達(dá)模擬器除完成本機(jī)單獨(dú)工作以外，還要實(shí)現(xiàn)與其他模擬器之間的互聯(lián)，以構(gòu)建武器系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練平臺(tái)?；鹂乩走_(dá)模擬器通過(guò)仿真交互平臺(tái)的信息交互服務(wù)、時(shí)間管理服務(wù)以及空間管理服務(wù)接口與牽引高炮模擬器、上級(jí)指揮系統(tǒng)模擬器及仿真導(dǎo)調(diào)中心互聯(lián)。

本模擬器采用集中控制和多機(jī)分布控制相結(jié)合的方式，靈活方便，安全可靠，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)任務(wù)

模擬器要完成操作訓(xùn)練、維修訓(xùn)練等功能，可以分解到各個(gè)分系統(tǒng)中。

1)在實(shí)裝操作分系統(tǒng)中，完成雷達(dá)開關(guān)機(jī)、檢查調(diào)整、功能測(cè)試、搜索跟蹤、開火射擊等操作功能模擬；PPI顯示器及電視監(jiān)視器顯示畫面的模擬；實(shí)現(xiàn)典型故障的設(shè)置及故障現(xiàn)象模擬。

2)在實(shí)裝部組件分系統(tǒng)中，完成發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制；典型故障的設(shè)置與現(xiàn)實(shí)控制。

3)在虛擬裝備分系統(tǒng)中，完成雷達(dá)開關(guān)機(jī)操作、虛擬電站開關(guān)機(jī)操作、虛擬裝備維修、雷達(dá)的正北標(biāo)定、雷達(dá)與OS的標(biāo)定、雷達(dá)與高炮的標(biāo)定。

4)在動(dòng)感分系統(tǒng)中，完成雷達(dá)天線定點(diǎn)控制、雷達(dá)天線與主控臺(tái)的同步運(yùn)行與控制、模擬航路的跟蹤與控制、射擊諸元的輸出。

5)在聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)中，完成與高炮模擬器的隨動(dòng)與射擊控制；與指揮系統(tǒng)模擬器的目標(biāo)信息傳輸、與武器系統(tǒng)仿真交互平臺(tái)的信息傳輸與控制。

3.2 軟件組成

雷達(dá)模擬器軟件由主控計(jì)算機(jī)單元軟件、實(shí)裝操作分系統(tǒng)軟件、實(shí)裝部組件分系統(tǒng)軟件、虛擬裝備分系統(tǒng)軟件、動(dòng)感分系統(tǒng)軟件、聯(lián)動(dòng)分系統(tǒng)軟件等各分系統(tǒng)軟件組成，如圖3所示。

圖3 模擬器軟件組成

各分系統(tǒng)軟件又由若干子程序組成，如實(shí)裝操作分系統(tǒng)軟件由雷達(dá)開關(guān)子程序、檢查調(diào)整子程序、功能測(cè)試子程序、快速測(cè)試子程序、搜索跟蹤子程序、射擊開火子程序、PPI顯示子程序、電視顯示程序子組成，以上這些程序共同完成雷達(dá)的操作訓(xùn)練功能[1-2]。圖3中虛擬裝備分系統(tǒng)軟件由虛擬系統(tǒng)引導(dǎo)子程序、裝備標(biāo)定引導(dǎo)子程序、虛擬電站操作子程序、虛擬維修案例子程序組成。裝備標(biāo)定引導(dǎo)子程序用于作戰(zhàn)準(zhǔn)備階段裝備的標(biāo)定，本模擬器模擬了正北標(biāo)定、雷達(dá)與OS的標(biāo)定、雷達(dá)與雙高炮的標(biāo)定；虛擬電站操作流程模擬火控電站的開關(guān)機(jī)過(guò)程的所有操作(含音響效果)；虛擬維修案例流程可完成三維空間內(nèi)裝備30個(gè)典型故障的排除。

3.3 軟件工作流程

進(jìn)入系統(tǒng)主界面后，首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，然后選擇系統(tǒng)工作方式，可選擇分系統(tǒng)單獨(dú)工作方式、自主工作方式或聯(lián)動(dòng)工作方式。然后選擇訓(xùn)練項(xiàng)目，包括操作訓(xùn)練、維修訓(xùn)練和聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練可供選擇。模擬器電視監(jiān)視器及雷達(dá)PPI顯示器模擬畫面如圖4、圖5所示，模擬器軟件工作流程如圖6所示。

圖4 模擬器主界面 圖5 PPI模擬畫面

圖6 軟件工作流程

如選擇操作訓(xùn)練科目，主要在實(shí)裝操作分系統(tǒng)上完成，編制了開關(guān)機(jī)順序、方法和步驟，訓(xùn)練學(xué)員開關(guān)機(jī)操作；設(shè)置裝備檢查調(diào)整科目；設(shè)置了快速測(cè)試檢查科目及功能測(cè)試科目；產(chǎn)生模擬航路，進(jìn)行搜索跟蹤訓(xùn)練。

4 結(jié)束語(yǔ)

該模擬器研制完成后，在實(shí)裝操作分系統(tǒng)上能完成11個(gè)科目共2個(gè)操作訓(xùn)練內(nèi)容的訓(xùn)練；在虛擬裝備分系統(tǒng)及實(shí)裝部組件分系統(tǒng)上能完成62個(gè)維修訓(xùn)練案例的訓(xùn)練；聯(lián)動(dòng)方式下課實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)模擬器高炮模擬器及指揮系統(tǒng)模擬器互聯(lián)互通。

采用該模擬器進(jìn)行訓(xùn)練，減少實(shí)裝損耗、增加訓(xùn)練時(shí)數(shù)、提高訓(xùn)練效率、節(jié)省人力和訓(xùn)練場(chǎng)地費(fèi)用。目前，已用于多個(gè)雷達(dá)專業(yè)的操作、維修、綜合演練等教學(xué)實(shí)踐中，可操作性好，教學(xué)效果明顯。

[1] 丁鷺飛,等.雷達(dá)原理[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2009.

[2] 馬彥恒,等.雷達(dá)性能測(cè)試技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

Design for Maintenance Training Simulator of Fire Control Radar

Hu Wenhua, Zhao Xi, Duan Xiusheng, Dong Jian, Xue Dongfang

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003，China)

In order to improve teaching effect, decrease equipment wastage and enhance support capability of new equipment one maintenance training simulator of fire control radar is designed. The simulator is based on networked computer unit, which includes equipment operation system, virtual equipment system, equipment units system，antenna control system and combined system. The simulator with the function of operation training, maintain training, joint training and training evaluation, which conquers the problem of equipment wastage, sparse equipment, inefficiency training. The simulator is used to many teaching practice of radar speciality such as equipment operating, maintenance, integrated training and so on. It also has many excellence superior to former training equipment, including better maneuverability，broad application and obvious teaching effect. This paper covers the hardware design, the software design and practical application of the simulator.

fire control radar; simulator; equipment training; maintain training

2016-02-02；

2016-04-25。

胡文華(1970-)，男，副教授，博士，主要從事雷達(dá)裝備教學(xué)和科研方向的研究。

1671-4598(2016)09-0143-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.09.039

TP3

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