空情態(tài)勢報知訓練器設計與實現(xiàn)*

沈 楠

（國防科技大學電子對抗學院，合肥 230037）

0引言

空情標圖［1-2］是將雷達站獲得的空中情報，通過使用軍隊標號、雷達兵專用符號和文字標繪在軍事地圖上的作業(yè)。空情標圖訓練是提高相關單位標圖人員空情聽抄、標繪能力的必要條件，對于完成各類演訓活動的空情標圖保障任務具有“保底”意義。當前，一些單位的空情標圖訓練存在以下問題［3-5］：采用聽錄音帶訓練時，播報空情的航線數(shù)量、內容和速度不易調節(jié)；采用訓練機訓練時，以固定場所室內訓練為主，不便于野外條件使用，且播報空情不自動評分、空情密語不易修改。因此，研究和設計一款訓練難度靈活設置、使用環(huán)境適應性強、訓練效果自動評估的空情態(tài)勢報知訓練器，對于提升標圖人員的專業(yè)能力、相關單位空情標圖的組訓能力具有較好的現(xiàn)實意義。

1 訓練需求分析

空情標圖訓練由施訓者和受訓者組成，訓練流程包括［1］：設置訓練方案、播報空情語音、標繪空情信息、開展訓練講評。訓練需求主要包括：訓練功能需求和使用條件需求。

1.1 訓練功能需求

依據(jù)空情標圖訓練流程，訓練功能需求如下：

1）設置訓練方案。由施訓者實施，能夠設置多條飛行航線及各航跡點信息，可針對標圖人員的訓練層次和訓練水平，靈活設置訓練難易程度。

2）播報空情信息。依據(jù)訓練方案、空情報知規(guī)則，生成空情信息編碼，并進行語音播報。

3）標繪空情信息。由受訓者實施，依據(jù)播報的空情信息，在標圖白板標繪對應的航線點跡。

4）開展訓練講評。由施訓者實施，依據(jù)設置的航線點跡，通過比對受訓者的標繪航線點跡，評判訓練成績、分析存在問題。

1.2 使用條件需求

由于日常戰(zhàn)備值班、野外綜合演訓均有空情標圖業(yè)務需求，因此，空情標圖訓練的使用需求如下：

1）可在環(huán)境干擾較弱的室內開展訓練，也可在環(huán)境干擾較強的野外開展訓練。

2）可在傳統(tǒng)標圖白板上開展手工標圖，也可借助計算機訓練平臺上開展電子標圖。

3）訓練設備器材可拆裝、輕便、牢固，便于攜行。

2 訓練器架構設計

2.1 硬件架構

針對空情標圖訓練的使用條件需求，采用野戰(zhàn)化、小型化的思路［6］，設計了訓練器的硬件架構，由1 臺系統(tǒng)主機、1 臺調頻發(fā)射機和無線耳機組成，如圖1 所示。系統(tǒng)主機生成空情語音后，通過調頻發(fā)射機發(fā)射，受訓者通過無線耳機收聽。

2.2 軟件架構

圖1 空情態(tài)勢報知訓練器硬件架構

針對空情標圖訓練的功能需求，采用施訓者和受訓者輪流作業(yè)、所見即所得圖上操作的思路［7-8］，設計了面向施訓者的“空情態(tài)勢報知訓練組織軟件”和面向受訓者的“空情態(tài)勢報知訓練作業(yè)軟件”，兩個軟件在訓練信息系統(tǒng)公共平臺（提供地圖、軍隊標號等基礎功能）的基礎上，通過“空情態(tài)勢報知訓練數(shù)據(jù)庫”進行交互。軟件架構如圖2 所示。

圖2 空情態(tài)勢報知訓練器軟件架構

空情態(tài)勢報知訓練組織軟件和訓練作業(yè)軟件的主要功能如圖3 所示。

圖3 空情態(tài)勢報知訓練組織軟件和作業(yè)軟件功能模塊

各主要模塊的功能設計如下：

1）飛行航線管理模塊。施訓者在數(shù)字地圖上標注飛行航線，首先標注航線各航跡點基礎信息：機型、數(shù)量、路跡和時間（出現(xiàn)和消失時間），然后標注航跡點附加信息：起點、高度改變、類型數(shù)量改變、積極干擾、消極干擾、復合干擾、干擾消失、擊落敵機、我機遇險、分批與合批，訓練組織軟件可保存、修改、刪除飛行航線。

2）訓練方案設置模塊。設置對受訓者的訓練內容和難度，包括：航跡數(shù)量、播報間隔、播報速度、99方格顯示設置。

3）空情編碼生成模塊。依據(jù)空情報知的格式，包括：情報類別密語、方格坐標、高度、型別數(shù)量和時間（發(fā)現(xiàn)/消失）等信息的基本格式，對飛行航跡點信息進行編碼，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。

4）訓練成績評定模塊。從數(shù)據(jù)庫中讀取受訓者的空情態(tài)勢標繪作業(yè)，通過對比施訓者的空情態(tài)勢報知信息，依據(jù)評估模型給出受訓者的訓練成績，并講評作業(yè)。

5）空情態(tài)勢播報模塊。依據(jù)態(tài)勢報知情報編碼、態(tài)勢報知習慣、方案設置的播報間隔和速度，采用語音合成技術向受訓者播報編碼。

6）空情標圖作業(yè)模塊。受訓者依據(jù)系統(tǒng)播報的空情態(tài)勢報知情報，在9×9 的方格白板上聽抄和標繪空情態(tài)勢情報，聽抄內容包括：目標屬性、情報密語、批號、99 方格編碼、高度、飛機類型、飛機架數(shù)、空情時間，標繪內容包括：目標批號、高度、飛機類型、飛機架數(shù)、空情時間。

7）標圖作業(yè)上傳模塊。保存空情態(tài)勢報知作業(yè)信息至數(shù)據(jù)庫，用于施訓者評定成績。

8）空情編碼輸出模塊。以文本形式，輸出訓練方案航線各點的空情播報編碼，用于受訓者自查聽抄信息。

3 訓練器關鍵技術

3.1 基于層次化結構的空情信息表示規(guī)則

空情信息的表示主要依托飛行航線（航跡點），不同飛行航跡點需要播報不同的空情信息，如：航跡起點、航跡終點、分批點、合批點、目標性質變化航跡點、高度變化航跡點、各類干擾的航跡點、各類敵情的航跡點，這些不同航跡點的空情信息需要用多類空情播報格式表示［2］，如表1 所示。

為完整體現(xiàn)、靈活設置復雜多變的空情信息，飛行航線（航跡點）表示規(guī)則的設計是研究的首要內容，經分析不同航跡點上空情的播報格式和要素，多次航跡點擬制實踐，對飛行航跡（航跡點）采用層次化架構設計，結構如圖4 所示，首先，規(guī)劃所需航線，設置航線的基本信息，為航跡點的生成提供基礎；然后，為每條航線設置所需的航跡點，形成連續(xù)的航線；最后，為航線上的航跡點附加各種類型的空情信息，滿足復雜空情的訓練需求。

表1 各類典型航跡點編組方式表

3.2 基于Speech SDK 的空情語音播報

空情語音播報是將數(shù)字為0～9 的空情信息編碼，在轉化為數(shù)字軍語（幺兩三四五六拐八勾洞）字符串文本的基礎上，采用語音合成技術向受訓者自動播報。訓練器采用微軟語音開發(fā)包Speech SDK 5.1 提供、基于COM 標準開發(fā)的語音應用程序接口IspVoice，將數(shù)字軍語字符串文本轉換成連續(xù)自然的語音流。該語音開發(fā)包對中文字符串文本的識別準確率高，可以靈活設置語音類型和播報速度，具有較好的清晰度和韻律［9-11］，開發(fā)步驟如下：

圖4 空情信息層次化架構

1）初始化COM 端口，通過調用CoInitializeEx（）函數(shù)實現(xiàn)；

2）創(chuàng)建語音對象，獲取IspVoice 接口，使TTS（Text to Speech）引擎處于工作狀態(tài)；

3）設置語音播報的音量和速度，通過調用SetVolume（）函數(shù)和SetRate（）函數(shù)實現(xiàn)；

4）空情信息語音播報，通過調用Spesk（）函數(shù)對中文字符串文本進行語音合成輸出；

5）釋放COM 端口，通過調用Release（）函數(shù)實現(xiàn)。

3.3 基于序列比對的訓練成績評定模型

訓練成績評定是檢驗訓練效果、查找存在問題的有效途徑［12］，在受訓者進行空情播報信息的聽抄、標繪練習，并提交訓練作業(yè)后，采用自動比對代碼序列的方法，對多條航跡中多個航跡點的聽抄內容、標繪內容進行自動評分。

聽抄成績表示受訓者聽抄空情信息（航跡點信息）的正確程度，記為Res_Listen，用百分制表示，取值為［0 分，100 分］，計算公式如下：

由于不同的航跡點信息需要采用不同的格式、要素進行標繪，因此，聽抄完成后，受訓者需要判斷該空情信息（航跡點）如何按規(guī)則有效標繪，而標繪成績表示受訓者標繪空情信息（航跡點）的正確程度，記為Res_Mark，也用百分制表示，取值為［0 分，100 分］，計算公式如下：

4 訓練器實現(xiàn)及運用

4.1 訓練器實現(xiàn)

訓練器硬件實現(xiàn)如圖5 所示，左下為系統(tǒng)主機，是一臺聯(lián)想品牌加固型平板電腦，防塵、防水、防震、耐沖擊，采用10.1 寸電容式觸摸屏，并配有內置手寫筆，可直接基于液晶屏操作訓練；右下為調頻發(fā)射機，采用CXD-11 編碼模塊，SED560 調制模塊，ELTP2008 發(fā)射模塊；左上為無線耳機。

圖5 空情態(tài)勢報知訓練器硬件實物圖

訓練器軟件采用Microsoft Visual C++.NET 平臺、BCG 界面庫、SQL Server 數(shù)據(jù)庫開發(fā)，訓練組織軟件和訓練作業(yè)軟件的實現(xiàn)界面如圖6、圖7 所示。

圖6 訓練組織軟件界面

4.2 訓練實施流程

基于該訓練器開展空情標圖訓練時，施訓者和受訓者輪流作業(yè)［13］，實施流程如下頁圖8 所示：1）施訓者設置所需的航線、航跡點和附加情報信息；2）依據(jù)訓練大綱，針對不同層次訓練水平要求，靈活設置訓練方案；3）依據(jù)訓練方案，訓練器生成空情信息編碼，轉入受訓階段；4）開始自動空情播報；5）受訓者依據(jù)空情播報信息，聽抄空情播報內容、進行圖上標繪空情；6）受訓者提交空情標繪作業(yè)；7）轉入訓練講評階段；8）訓練講評，包括自動評分、播報航跡和標繪航跡比對等；9）成績入庫，結束訓練。

圖7 訓練作業(yè)軟件界面

圖8 訓練實施流程

5 結論

本文針對空情標圖訓練需求，設計了空情態(tài)勢報知訓練器的硬件架構和軟件架構，解決了訓練器研制過程中的關鍵技術問題。該訓練器可滿足播報各類典型空情信息、設置不同訓練難度、開展手工標圖（機下作業(yè)）和電子標圖（機上作業(yè)）兩種模式的訓練需求，并可對電子標圖作業(yè)自動評估訓練成績和輔助施訓者講評，經配發(fā)至多個相關單位使用，在標圖專業(yè)的日常業(yè)務訓練中發(fā)揮了較好的訓練效益。下一步，考慮將訓練器接入指揮信息系統(tǒng)，開展遠程、網絡化模式下的空情標圖訓練設備改進、研發(fā)。