高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用

劉 純，李 維，劉 潔，余 奎，趙平均，滕建方

(1.中航工業(yè)洪都650飛機設(shè)計研究所，南昌 330024； 2.海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001)

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【裝備理論與裝備技術(shù)】

高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用

劉 純1，李 維1，劉 潔2，余 奎1，趙平均1，滕建方1

(1.中航工業(yè)洪都650飛機設(shè)計研究所，南昌 330024； 2.海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001)

從嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的基本概念、基本原理闡述出發(fā)，介紹了國際先進高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，分析了機載嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的技術(shù)特征，提出了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是發(fā)展劇情游戲的嵌入式訓(xùn)練、基于多平臺的聯(lián)合嵌入式訓(xùn)練、基于人工智能的嵌入式訓(xùn)練等方面。

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)；高級教練機；空戰(zhàn)訓(xùn)練

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭將是一種環(huán)境復(fù)雜、多維度、多軍種的作戰(zhàn)形式。隨著空地一體戰(zhàn)、空海一體戰(zhàn)及空天一體戰(zhàn)等現(xiàn)代作戰(zhàn)概念的提出[1-2]，空軍在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中不僅肩負(fù)著奪取制空權(quán)的重任，還要對海、陸、空、天、賽博空間進行火力攻擊和支援。隨著具有先進能力的新一代戰(zhàn)斗機的應(yīng)用，飛行員在高機動、高敏捷的作戰(zhàn)過程中，對態(tài)勢感知、信息綜合、武器使用、戰(zhàn)術(shù)運用、決策控制等能力的訓(xùn)練要求不斷增強。在復(fù)雜的戰(zhàn)場態(tài)勢下，各類機載傳感器的信息、地面信息、通過數(shù)據(jù)鏈獲取的外部戰(zhàn)場信息，給飛行員帶來巨大的信息量，它在幫助飛行員全面掌握戰(zhàn)場態(tài)勢的同時，也大幅度提高了對戰(zhàn)場決策、判斷力等方面的要求。如何訓(xùn)練飛行員的綜合任務(wù)管理能力，如何使其能迅速對所獲信息進行全面分析并配合輔助決策系統(tǒng)在戰(zhàn)場上快速作出正確判斷的能力成為現(xiàn)代空戰(zhàn)戰(zhàn)斗員面臨的重大課題。

由于在和平時期實戰(zhàn)機會少，利用實兵扮演“藍軍”的演習(xí)成本高、訓(xùn)練空域需求復(fù)雜、難以有效模仿敵方空面威脅特性，訓(xùn)練地點固定、參訓(xùn)人員在身體感知和情景意識方面存在明顯不足。因此，以任務(wù)為向?qū)А①N近實戰(zhàn)的空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練形式的嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練技術(shù)應(yīng)運而生。各國軍方及空戰(zhàn)訓(xùn)練研究機構(gòu)都開始將目光投向嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)[3-14]。

1 嵌入式訓(xùn)練概念

在美軍《四年防務(wù)評估報告》中，對嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)概念作以下描述：嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練是指利用作戰(zhàn)裝備對操作和維護該裝備的人員進行訓(xùn)練，嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)依靠嵌入內(nèi)部的或簡單附加的部分，如計算機教學(xué)、仿真場景、軟件等，對訓(xùn)練素材進行適當(dāng)規(guī)劃并對反饋和所學(xué)課程的效果進行評估[10]。

荷蘭國家宇航實驗室則說：嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練是一種內(nèi)置的作戰(zhàn)功能系統(tǒng)，它是在機載計算中虛擬空對空或面對空威脅，使飛行員在所設(shè)計的生動而充滿挑戰(zhàn)性的虛擬場景中對抗大量的逼真虛擬對手，以提高或保持操作者技術(shù)熟練水平的訓(xùn)練[11-12]。

簡言之，機載嵌入式訓(xùn)練是指在飛機上增加或集成嵌入式仿真子系統(tǒng)，使飛機在不裝備或不使用真實武器和傳感器的情況下，通過計算機仿真虛擬目標(biāo)/威脅、虛擬傳感器、虛擬電子戰(zhàn)、虛擬武器或其他作戰(zhàn)要素，并將所產(chǎn)生的虛擬信息與飛機航電系統(tǒng)相融，低成本高效地實現(xiàn)單機、多機或聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。通過將訓(xùn)練設(shè)備嵌入在實際裝備中，在近似實戰(zhàn)的逼真環(huán)境下實施訓(xùn)練，使受訓(xùn)者獲得與實戰(zhàn)相符的心理與生理適應(yīng)性，大幅提升訓(xùn)練品質(zhì)。嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)可以與武器裝備同時配置，能夠在和平時期和作戰(zhàn)間隙為部隊提供全時段、全方位和不間斷的訓(xùn)練，有效提高部隊的戰(zhàn)備能力和應(yīng)付突發(fā)事件的反應(yīng)能力。

2 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作原理

2.1 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)主要分為以下3種結(jié)構(gòu)[15-18]：

a) 獨立式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

獨立式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)是與載機航電系統(tǒng)相對獨立的子系統(tǒng)，它擁有自己的處理控制模塊、圖像生成模塊及顯示模塊，通過航空數(shù)據(jù)總線、視頻線以及電源線及其他接口裝置與武器裝備相連。獨立式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)一般是在武器裝備已交付部隊后，為增加相應(yīng)的訓(xùn)練功能或提升訓(xùn)練能力，在盡量不改動原機系統(tǒng)的條件下，通過額外附加部件安裝在載機中。

b) 集成式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

集成式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)是在飛機航電系統(tǒng)設(shè)計之初即綜合考慮嵌入式訓(xùn)練能力，將嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)作為航電系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)進行綜合設(shè)計，與航電系統(tǒng)集成度高、可靠性好，由于與航電系統(tǒng)完全融為一體，其顯示及訓(xùn)練效果更逼真。但同時它增加了航電系統(tǒng)的設(shè)計難度，延長了研制周期。

c) 混合式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

混合式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)是指在不便進行獨立式或集成式嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計的情況下，部分采用獨立式或集成式的設(shè)計思路，進行嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計?；旌鲜角度胧接?xùn)練系統(tǒng)設(shè)計通常是在航電系統(tǒng)已完成設(shè)計的條件下，增加嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)功能。

不同類型的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)雖然在嵌入形式上存在差異，但它們都具備某些共同的訓(xùn)練特征或功能，主要包含：

提供適當(dāng)?shù)耐{場景，或提供在戰(zhàn)斗前(戰(zhàn)斗中)產(chǎn)生的相關(guān)信息；提供傳感器或武器仿真能力；提供訓(xùn)練結(jié)果評估(打分)能力；提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集和管理訓(xùn)練能力。

2.2 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作原理

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的本質(zhì)是通過計算機仿真技術(shù)產(chǎn)生虛擬目標(biāo)/威脅，仿真各類機載傳感器，虛擬各類空空、空面、面空武器，構(gòu)建各種作戰(zhàn)訓(xùn)練場景，使受訓(xùn)人員在所規(guī)劃的生動而充滿挑戰(zhàn)性的虛擬場景中，使用虛擬傳感器、武器，對抗大量的逼真虛擬對手。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作原理如圖1所示，通常分為機載和地面兩部分，機載部分包含嵌入式訓(xùn)練計算機和機載數(shù)據(jù)鏈，地面部分包含任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)和回放/講評系統(tǒng)。

圖1 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作原理示意圖

嵌入式訓(xùn)練計算機與載機航電系統(tǒng)交聯(lián)，根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)需要可仿真各型虛擬對手飛機，具備相應(yīng)型號飛機的機動性能；可仿真空空及空面各型傳感器，如空空雷達、空面雷達、激光雷達、紅外前視、光電瞄準(zhǔn)吊艙等等；可仿真各類武器或威脅，如空中威脅(航炮、火箭彈、導(dǎo)彈等)、地面威脅(如地空導(dǎo)彈、火炮等)、海面威脅(如艦基導(dǎo)彈、炮等)；可仿真各類作戰(zhàn)訓(xùn)練場景，如近距作戰(zhàn)、中遠距作戰(zhàn)、多機編隊對抗、空地協(xié)同、對地攻擊、多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)等場景。嵌入式訓(xùn)練計算機產(chǎn)生或從數(shù)據(jù)鏈接收到的目標(biāo)信息、傳感器信息、武器信息、威脅信息、虛擬戰(zhàn)場態(tài)勢/場景通過航電系統(tǒng)顯示與控制系統(tǒng)進行顯控。

機載數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)乔度胧接?xùn)練過程中載機與友機、敵機間，進行目標(biāo)/威脅信息、傳感器信息、武器信息交互的媒介。同時，還可實時將訓(xùn)練信息下傳至地面，供地面監(jiān)控或地面學(xué)員在線學(xué)習(xí)，或在空面聯(lián)合訓(xùn)練時實施信息交互或指揮控制。

地面任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)可進行目標(biāo)/威脅特征及性能參數(shù)規(guī)劃，可進行傳感器、武器性能參數(shù)規(guī)劃，可規(guī)劃各類作戰(zhàn)訓(xùn)練場景或劇情，并實現(xiàn)將規(guī)劃數(shù)據(jù)加載進機載嵌入式訓(xùn)練計算機。

地面回放/講評系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)鏈實時接收訓(xùn)練信息實現(xiàn)在線指揮控制、在線計分、地面學(xué)習(xí)。可采集載機記錄設(shè)備數(shù)據(jù)、嵌入式訓(xùn)練計算機記錄模塊數(shù)據(jù)、地面監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)訓(xùn)練過程重現(xiàn)，供教員飛行后講評及學(xué)員技能提升。

3 國外高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

3.1 韓國T50飛機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)[3]

韓國T-50高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)由韓國航空工業(yè)公司(KAI)開發(fā)，具備空空、空地作戰(zhàn)等多種模擬訓(xùn)練能力。T-50嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)概念如圖2所示，具有空中目標(biāo)/威脅，地面固定(移動)目標(biāo)/威脅，海面固定(移動)目標(biāo)/威脅，虛擬友軍，可模擬虛擬傳感器、武器，具備空空/空地數(shù)據(jù)鏈信息交互能力。

圖2 韓國航空工業(yè)公司開發(fā)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)概念圖[3]

KAI 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)功能可劃分為幾個部分：1)虛擬目標(biāo)/威脅模擬；2)虛擬傳感器模擬；3)虛擬武器模擬；4)嵌入式數(shù)據(jù)鏈；5)地面站支持。

其中，1)、2)、3)通過計算機建立模型仿真，4)為真實設(shè)備，5)為嵌入式訓(xùn)練任務(wù)規(guī)劃、回放和講評。

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中，虛擬傳感器從目標(biāo)模型中獲取所需目標(biāo)信息，并將所生成的虛擬威脅當(dāng)成真實威脅進行處理。當(dāng)虛擬傳感器完成對虛擬目標(biāo)/威脅的處理，受訓(xùn)飛行員可投放或發(fā)射虛擬武器攻擊相應(yīng)的虛擬目標(biāo)/威脅。當(dāng)虛擬武器發(fā)射后，可馬上獲得攻擊的計分結(jié)果。在KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)架構(gòu)模型中，目標(biāo)/威脅數(shù)據(jù)庫是主要的組成部分，虛擬傳感器、設(shè)備和武器可從同一數(shù)據(jù)源頭共享目標(biāo)/威脅模塊數(shù)據(jù)，場景編輯器可虛擬作戰(zhàn)場景，友機同樣可以通過數(shù)據(jù)鏈共享訓(xùn)練信息。

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬目標(biāo)/威脅模擬

在KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中，虛擬威脅被定義為攻擊友軍的對象，虛擬目標(biāo)被定義為被友軍攻擊的對象。虛擬目標(biāo)/威脅應(yīng)采用面向?qū)ο蟮姆椒▉斫ⅲ摂M目標(biāo)/威脅可以模擬虛擬敵方飛機的動作、轟炸目標(biāo)、虛擬地面防空導(dǎo)彈、虛擬敵方雷達等。

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬傳感器/設(shè)備模擬

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬傳感器被定義為：通過計算機仿真，可以像真實傳感器一樣為受訓(xùn)人員或載機獲取目標(biāo)/威脅信息的可替換單元。KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬傳感器/設(shè)備包含火控雷達(FCR)、雷達告警接收機(RWR)、對策分發(fā)系統(tǒng)(CMDS)、先進敵我識別(AIFF)、外掛管理計算機(SMC)及目標(biāo)瞄準(zhǔn)吊艙(TP)。

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬武器模擬

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計的武器如表1所示。

表1 KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)模擬的武器

KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)已開展飛行測試，其演示及測試結(jié)果可保證KAI及韓國空軍足夠的訓(xùn)練效能。如表2所示，KAI當(dāng)前嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)可覆蓋至少31%的LIFT訓(xùn)練大綱(Lead-In Fighter Training syllabus),規(guī)劃或擴展的KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)則可覆蓋71%的LIFT訓(xùn)練大綱。

表2 KAI嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)估算覆蓋訓(xùn)練大綱范圍

3.2 意大利M-346 飛機嵌入式戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)

意大利M-346空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)，官方名稱為嵌入式戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練仿真(Embedded Tactical Training Simulation,ETTS)，它是M-346高級教練機的核心特征之一，它與航電系統(tǒng)綜合集成設(shè)計，以板卡形式插入航電任務(wù)管理計算機內(nèi)，M-346 ETTS使M-346具備了全范圍的仿真訓(xùn)練能力，可為學(xué)員及教員提供以下仿真訓(xùn)練：

戰(zhàn)術(shù)環(huán)境仿真(包含虛擬目標(biāo)及威脅的數(shù)字地圖環(huán)境)；

虛擬兵力生成(地面或空中的友軍和敵軍)；

機載傳感器仿真(如多模雷達、主/被動電子戰(zhàn)設(shè)備)；

武器仿真；

因此，對于M-346飛機在進行空戰(zhàn)訓(xùn)練時，無需裝備真實的面/空威脅，無需配備各種昂貴的機載傳感器，無需攜帶真實的訓(xùn)練武器，無需多架真實飛機進行編隊，即可開展空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，訓(xùn)練成本大幅降低。

ETTS功能可支持單機空戰(zhàn)訓(xùn)練，還可通過數(shù)據(jù)鏈交互不同飛機間的場景、傳感器、友軍等數(shù)據(jù)，實施多機對抗訓(xùn)練或多機聯(lián)合組網(wǎng)空戰(zhàn)訓(xùn)練，其空戰(zhàn)訓(xùn)練概念如圖3所示。

圖3 M-346 ETTS空戰(zhàn)訓(xùn)練概念圖

M-346 ETTS 機載傳感器及場景仿真

M-346 ETTS機載傳感器仿真包含：1)雷達仿真；2)EO/IR傳感器仿真；3)電子對抗設(shè)備(ECM)仿真；4)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。

M-346 ETTS可模擬各種戰(zhàn)術(shù)場景，訓(xùn)練學(xué)員的空中系統(tǒng)管理能力和戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。使學(xué)員學(xué)會如何在正確的時機進行正確的機動，如何正確的應(yīng)對敵機的電子戰(zhàn)(EW)、威脅告警和應(yīng)對實施主動攻擊的威脅(如面對空導(dǎo)彈，地面防空火炮等)。

M-346 ETTS機載武器仿真

M-346 ETTS可仿真的機載武器包含：

1) 空對空武器；

2) 空對地武器。

學(xué)員可在不使用真實武器的條件下，實施空對空武器攻擊模式訓(xùn)練及空對地武器攻擊模式訓(xùn)練，可學(xué)習(xí)武器攻擊過程中的典型符號使用、攻擊流程、武器投放參數(shù)。機載系統(tǒng)還可為飛行學(xué)員提供武器攻擊計分/評估功能，包含在線即時計分評估和地面任務(wù)講評。

M-346 ETTS 地面部分包含一個基于PC的任務(wù)支持地面站(MSS)。 MSS 具備任務(wù)規(guī)劃功能，在任務(wù)規(guī)劃階段可進行規(guī)劃任務(wù)預(yù)演，然后通過一種可移動加載設(shè)備將所規(guī)劃任務(wù)加載進飛機航電系統(tǒng)。MSS還具備訓(xùn)練任務(wù)完成后回放及講評功能。

根據(jù)意大利馬基公司的分析，使用安裝ETTS的M-346高級教練機可以為“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機的用戶節(jié)省一半的改裝飛行訓(xùn)練時間，節(jié)約的訓(xùn)練成本相當(dāng)可觀。

3.3 英國HAWK 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

英國BAE系統(tǒng)公司目前也在加緊開發(fā)針對Hawk高級教練機的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)。新一代“Hawk”教練機采用了開放式結(jié)構(gòu)的航電系統(tǒng),采用制造商介紹的尖端嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，其配備的系統(tǒng)可以模擬Hawk 沒有安裝的多種傳感器和武器，包括模擬不同性能的雷達和雷達告警接收裝置，具備空對空和空對地作戰(zhàn)訓(xùn)練所需的目標(biāo)/威脅、傳感器及武器仿真能力，可執(zhí)行空空飛行任務(wù)訓(xùn)練任務(wù)、面空導(dǎo)彈攻擊的防御飛行訓(xùn)練任務(wù)。BAE系統(tǒng)公司曾演示了一個虛擬作戰(zhàn)環(huán)境,用一架“Hawk”100樣機通過數(shù)據(jù)鏈與3臺地面模擬器相連實施了一場2對2的空戰(zhàn)訓(xùn)練,3臺模擬器中一臺作為虛擬僚機，另兩臺作為虛擬敵機[19]。

另一方面，由于英國空戰(zhàn)主戰(zhàn)飛機的機型相對較少，英國Hawk飛機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)除了通用傳感器武器訓(xùn)練外，還針對具體機型的傳感器、武器及戰(zhàn)術(shù)開展嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)工作，甚至使用相應(yīng)戰(zhàn)斗機的軟件進行嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練。

2013年7月，第一批利用HAWK T Mk2培訓(xùn)的飛行員順利畢業(yè)，并進入作戰(zhàn)部隊進行訓(xùn)練。作戰(zhàn)部隊對這批飛行員的能力進行了肯定，特別是飛行員在飛行角色的理解以及飛機系統(tǒng)的管理兩個方面表現(xiàn)特別出色。英國皇家空軍司令Stephen Dalton 爵士(空軍上將)說：“在新式Hawk飛機上完成嵌入式訓(xùn)練課程的飛行員是通過英國高速噴氣機訓(xùn)練畢業(yè)的最好的一批飛行員之一”。

4 教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)特征

受訓(xùn)練體系影響，早期初級或中級教練機的定位在于對飛行員常規(guī)飛行能力的訓(xùn)練，對受訓(xùn)者更強調(diào)的是空中飛行的身體和心理的感知、飛機的駕馭能力和飛行技藝。另外，由于初級和中級教練機空戰(zhàn)能力極為有限，與作戰(zhàn)飛機性能差異較大，空戰(zhàn)訓(xùn)練價值不高。

隨著先進噴氣式高級教練機的出現(xiàn)，且其性能達到三代機的水平，為了降低裝備成本和訓(xùn)練費用，同時提供訓(xùn)練的靈活性，高級教練機開始擔(dān)負(fù)空戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)，越來越多的戰(zhàn)斗入門訓(xùn)練科目或戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練任務(wù)向高級教練機轉(zhuǎn)移，在高級教練機上加裝嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)成為國際研究熱點。因此，高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)在近幾年來也得到快速發(fā)展。

教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的特點主要體現(xiàn)在以下幾方面：

一是教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)需模擬各類傳感器、武器及威脅環(huán)境。與戰(zhàn)斗機不同，教練機物理尺寸相對較小，而且受成本限制，不可能在教練機上裝備先進的機載傳感器和武器系統(tǒng)，無法像戰(zhàn)斗機一樣可在真實的傳感器及武器系統(tǒng)中注入虛擬目標(biāo)/威脅信號即可實現(xiàn)對虛擬傳感器及武器的模擬。因此，教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)需要完整模擬戰(zhàn)斗機的各類機載傳感器、外掛管理、火控解算、武器系統(tǒng)等，同時還需要根據(jù)空戰(zhàn)訓(xùn)練需求開發(fā)一系列不同類型人程度和威脅等級的虛擬對手/威脅，構(gòu)建各類空戰(zhàn)訓(xùn)練場景。

二是教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與航電系統(tǒng)密切融合。由于嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)需仿真各類傳感器、武器和威脅環(huán)境，而以上仿真子系統(tǒng)與航電系統(tǒng)中顯示控制管理計算機、任務(wù)管理計算機、機電管理系統(tǒng)、多功能顯示器、平視顯示器、油門桿、駕駛桿等設(shè)備均存在密切交聯(lián)。對當(dāng)前國際上先進高級教練機而言，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)軟件、硬件接口已深深融入到整個航電系統(tǒng)環(huán)境中。因此，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)需要對航電系統(tǒng)的總體架構(gòu)、設(shè)計思想、組成功能、系統(tǒng)兼容性等內(nèi)容有深刻理解。

三是教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練密切相關(guān)。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的最大難題在于實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，要實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，需要研究者或開發(fā)者具備一套完整的戰(zhàn)術(shù)思想和先進的空戰(zhàn)訓(xùn)練理念，還需將戰(zhàn)術(shù)思想及先進訓(xùn)練理論與嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)相融合。

分析相關(guān)資料可知，戰(zhàn)斗機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)主要解決外彈道仿真、火控解算、訓(xùn)練效果評估及殺傷概率評估等問題，而教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)不僅需解決外彈道仿真、火控解算、訓(xùn)練效果評估、殺傷概率評估等問題，還需解決傳感器模擬、武器模擬、目標(biāo)模擬及如何實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練等問題。因此，從某種意義上來說，教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)難度更大。

5 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)展趨勢

從國際上幾款先進高級教練機上所裝配的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)來看，其訓(xùn)練能力主要停留在：1)訓(xùn)練機載傳感器的操作使用，2)訓(xùn)練各類武器的投放流程與時機，3)虛擬對手可進行簡單的機動，無智能或智能等級較低。另外還存在諸如訓(xùn)練及場景逼真性、融入聯(lián)合訓(xùn)練體系、通用性等問題。由此可見，機載嵌入式訓(xùn)練仍然是一個新而充滿潛力的領(lǐng)域。

由于未來計算機仿真技術(shù)、智能技術(shù)、空戰(zhàn)訓(xùn)練技術(shù)的發(fā)展、國際上主要軍事大國軍費限制以及多軍兵種聯(lián)合訓(xùn)練帶來的高成本等，嵌入式訓(xùn)練將成為未來空戰(zhàn)訓(xùn)練的主要訓(xùn)練樣式，這已從國際上各軍事強國對嵌入式訓(xùn)練的重視程度及當(dāng)代最先進的高級教練機(如T-50、M346、HAWK、L15等)上均裝備嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)得到佐證。其未來發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)基于劇情游戲的嵌入式訓(xùn)練

當(dāng)前，基于游戲的空戰(zhàn)訓(xùn)練更多是在地面單機或地面模擬座艙中進行，未來基于空戰(zhàn)劇情游戲的嵌入式訓(xùn)練將成為一種發(fā)展趨勢。在保障飛行安全的前提下，使“駕著飛機玩游戲”成為可能。

在基于空戰(zhàn)劇情游戲的嵌入式訓(xùn)練中，可隨著劇情的發(fā)展設(shè)計不同難易程度的訓(xùn)練關(guān)卡，要突破這些關(guān)卡需要掌握相關(guān)傳感器武器使用、相應(yīng)的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)或空戰(zhàn)技巧。根據(jù)訓(xùn)練需要劇情可以是一場戰(zhàn)役、一個戰(zhàn)爭故事等等，劇情可包含中遠距對抗、中轉(zhuǎn)近空戰(zhàn)、近距格斗、中遠距到近距全流程作戰(zhàn)環(huán)節(jié)、空面攻擊、多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)等在內(nèi)的各種作戰(zhàn)任務(wù)場景?；趧∏橛螒虻那度胧接?xùn)練可以開展單機訓(xùn)練，也可以開展多機聯(lián)合訓(xùn)練，甚至可開發(fā)聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練，既可增強空戰(zhàn)訓(xùn)練的趣味性，又可做到“像作戰(zhàn)一樣訓(xùn)練”的目的。

(2)基于多平臺的聯(lián)合嵌入式訓(xùn)練

當(dāng)前機載嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)主要面向同一機型展開空戰(zhàn)訓(xùn)練，未來空戰(zhàn)將是多種類型不同型號空中平臺的聯(lián)合作戰(zhàn)。因此，基于多平臺的聯(lián)合嵌入式訓(xùn)練也成為未來空戰(zhàn)訓(xùn)練的發(fā)展趨勢之一。要實現(xiàn)基于多平臺的聯(lián)合嵌入式訓(xùn)練，需要在以下三方面開展大量工作：

一是構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、信息格式的訓(xùn)練數(shù)據(jù)鏈體系，不同平臺間能共享傳感器武器及訓(xùn)練信息，實現(xiàn)不同空中平臺間信息互聯(lián)互通。

二是在不同平臺上基于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的軟硬件及開放式總體架構(gòu)進行嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)，重點研究和探討嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)不同平臺間的可移植性，便于升級換代等。

三是通用型嵌入式訓(xùn)練與專用型嵌入式訓(xùn)練并重。對于教練機可重點開發(fā)通用型嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，讓飛行學(xué)員學(xué)會各類傳感器、武器的通用操作流程及使用技巧。同時，教練機還可為提前“下載”前線作戰(zhàn)飛機的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練而開發(fā)專用的傳感器、武器及戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練包，讓飛行員在不使用作戰(zhàn)飛機真實傳感器及武器時也能開展訓(xùn)練，為保持和提高作戰(zhàn)水平，可在各類具有挑戰(zhàn)性的虛擬場景下開展戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。

(3)基于人工智能的嵌入式訓(xùn)練

嵌入式訓(xùn)練的核心是進行戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，讓飛行員學(xué)會如何作戰(zhàn)，如何贏得戰(zhàn)斗。一個具備智能型、作戰(zhàn)經(jīng)驗豐富的虛擬對手對引導(dǎo)飛行員學(xué)會如何作戰(zhàn)尤為重要。基于人工智能的嵌入式訓(xùn)練也是未來嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展方向之一?；谌斯ぶ悄艿那度胧接?xùn)練系統(tǒng)的研究和實踐的重點是智能型虛擬目標(biāo)/威脅，它是一個空戰(zhàn)作戰(zhàn)專家系統(tǒng)，能綜合運用各種空戰(zhàn)作戰(zhàn)理論，采集并綜合運用空戰(zhàn)經(jīng)驗豐富飛行員的戰(zhàn)術(shù)策略，具備綜合態(tài)勢評估能力，能根據(jù)載機的戰(zhàn)術(shù)機動、企圖、傳感器武器特性進行綜合判斷，即時生成最優(yōu)對抗策略，如圍棋界中圍棋大師與機器人大戰(zhàn)一樣，實現(xiàn)“空中人機大戰(zhàn)”。同時，基于人工智能的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)能根據(jù)飛行員的訓(xùn)練情況，分析出受訓(xùn)者的弱項，并針對該弱項進行針對性訓(xùn)練。

6 結(jié)論

由于嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)在空戰(zhàn)訓(xùn)練成本、空域需求、組訓(xùn)難度、應(yīng)用最新訓(xùn)練方法和理念的速度等方面比傳統(tǒng)實裝訓(xùn)練有著明顯優(yōu)勢，成為未來各軍事強國空戰(zhàn)訓(xùn)練的發(fā)展趨勢。通過嵌入式訓(xùn)練，可快速培養(yǎng)出具有系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)思想和現(xiàn)代化空戰(zhàn)理念的飛行員，為順利進入現(xiàn)代三代以上戰(zhàn)斗機的高級科目訓(xùn)練打下堅實基礎(chǔ)，加快形成有效戰(zhàn)斗力速度。因此，世界上各高級教練機研發(fā)單位及相關(guān)空戰(zhàn)訓(xùn)練機構(gòu)均高度重視嵌入式訓(xùn)練技術(shù)，大力開發(fā)具有虛擬目標(biāo)/威脅、多類機載傳感器、空空/空面武器、電子戰(zhàn)等功能的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，并在場景仿真逼真性、通用性與專用性、人機交互性以及如何將先進訓(xùn)練理念融入現(xiàn)代空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)思想的嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)等方面進行不懈努力，并隨技術(shù)的推動向基于劇情游戲的嵌入式訓(xùn)練、基于多平臺的聯(lián)合嵌入式訓(xùn)練、基于人工智能的嵌入式訓(xùn)練等方向發(fā)展。

[1] KREPINEVICH,ANDREW F.CSBA:Why Air Sea Battle[R].Center for Strategic and Budgetary Assessments (CSBA)-Scenarios.2010.

[2] 蔡風(fēng)震，田安平.空天一體作戰(zhàn)學(xué)[M].北京：中國人民解放軍出版社,2006.

[3] JOE HYUNSIK,SHIN DONGJUN,JO JONGLAE,et al.Air-to-Air and Air-to-Ground Engagement Modeling for the KAI Embedded Training System[R],AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit,Honolulu,Hawaii,August 2008，18-21.

[4] 賈慧,陳望達,郭磊.外軍軍事訓(xùn)練技術(shù)方法實戰(zhàn)化發(fā)展趨勢及經(jīng)驗啟示[J],艦船電子工程,2012,32(4):1-4.

[5] 耿振余,劉思彤,李德龍.嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練中虛擬智能對手的生成研究[J],現(xiàn)代防御技術(shù),2014,42(3):172-177.

[6] 耿振余，孫金標(biāo)，李德龍，等.機載嵌入式戰(zhàn)術(shù)對抗訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J]，系統(tǒng)仿真學(xué)報,2014,26(12):2882-2886.

[7] 亓凱，楊任農(nóng)，左家亮，等.空戰(zhàn)飛機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的研究[J],火力與指揮控制,2011,36(9):165-167.

[8] 饒敏，佟惠軍，秦樹海.用于嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練的火控雷達仿真方法[J]，四川兵工學(xué)報，2011,32(11):41-44.

[9] 馬瀟瀟，李濤，榮鵬輝，等.嵌入式訓(xùn)練在空地訓(xùn)練中的應(yīng)用[J]，火炮發(fā)射與控制學(xué)報,2013(4)：4-17.

[10]JOHN E,MORRISON,JESSE RLANSKY,The Utility of Embedded Training,Institute for defense analyses[R],IDA Document D-1976,1997,Log:H 97-001327.

[11]GOSSE WEDZINGA.E-CATS:First time demonstration of embedded training in a combat aircraft[J],Aerospace Science and Technology,2006,10(1):73-84.

[12]KRIJN R,WEDZINGA G.Development and in-flight demonstration of “E-CATS”,Development and in-flight demonstration of “E-CATS”,an experimental embedded training system for fighter aircraft [R].Nationaal Luchten Ruimtevaart laboratorium,NLR-TP-2004-393.

[13]汪兵，宋艷生，徐朝暉，等.坦克分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練嵌入式仿真目標(biāo)顯示系統(tǒng)[J].四川兵工學(xué)報，2014，35(2)：109-111.

[14]彭文成，高韶祎，徐豪華.數(shù)字化裝甲分隊嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J].四川兵工學(xué)報，2015，36(9)：90-93.

[15]MCDONALD BRUCE,BAHR HUBERT A.Research on the Cost Effectiveness of Embedded Simulation and Embedded Training[C]//Proceedings of the Spring 1998 Simulation Interoperability Workshop, Orlando,Florida,USA.USA:SIW,1998.

[16]常天慶，張波，趙鵬，等.嵌入式訓(xùn)練技術(shù)研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2010,22(11)：2649-2697.

[17]李偉，李宗毅，翟中敏.嵌入式仿真技術(shù)及其在軍事上的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2009,21(21):6968-6971.

[18]JOHN BRABBS,PAUL BOUNKER,SHARON GRINAWAY.First Generation Embedded Simulation System for Ground Vehicles[C]//1998 Fall Simulation Interoperability Workshop,September,1998.USA:SIW,1998.

[19]陳凌,吳冰,胡志偉,等.機載嵌入式空戰(zhàn)訓(xùn)練的研究與進展[J].計算機仿真,2010,27(2):108-112.

(責(zé)任編輯 周江川)

Application of Advanced Trainer Embedded Training System

LIU Chun1, LI Wei1, LIU Jie2, YU Kui1, ZHAO Ping-jun1, TENG Jian-fang1

(1.The 650 Aircraft Design Institute of Aviation Industry of China Hongdu, Nanchang 330024, China；2.Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, China)

Based on the basic concept and principle of embedded training system (ETS), the author studied the development and application status of international advanced trainer ETS, and analyzed the technical characteristics of airborne ETS, and finally pointed out that the game-based, multi-platform-joint-based, artificial intelligence-based ETS will become the development tendency of future ETS.

embedded training system; advanced trainer; air combat training

2016-11-17；

2016-12-15

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)聯(lián)合研究項目

劉純(1985—)，男，博士，主要從事航電系統(tǒng)、嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計研究。

10.11809/scbgxb2017.04.006

劉純，李維，劉潔，等.高級教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(4):26-31.

format:LIU Chun, LI Wei, LIU Jie, et al.Application of Advanced Trainer Embedded Training System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):26-31.

TJ8

A

2096-2304(2017)04-0026-06