海警艦艇組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)實驗平臺的設(shè)計

摘要：采用對象建模技術(shù)對組合電臺仿真系統(tǒng)實驗平臺進行總體設(shè)計，在功能實現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計開發(fā)理念，以ActionScript作為程序語言開發(fā)海警艦艇組合電臺電話仿真模塊及DSC（數(shù)字選擇性呼叫）仿真模塊。通過分析界面仿真模塊、語音通信仿真模塊中使用的關(guān)鍵技術(shù)，提出采用FMS（Flash Media Server）開發(fā)各仿真模塊間數(shù)字選擇性（DSC）呼叫與應(yīng)答的技術(shù)方案。組合電臺仿真系統(tǒng)用于學(xué)員教學(xué)和海警培訓(xùn)，能夠增強海警部隊海上艦艇通信的組織指揮能力。

關(guān)鍵詞：海警艦艇；組合電臺仿真；語音通信；FMS（Flash Media Server）

中圖分類號：U675.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）22-0244-03

Abstract： The object design technology is used to design the integrated radio simulation system experimental platform. The modular design and development concept is adopted in the function， and the telephone simulation module and the DSC simulation module are developed by ActionScript. By analyzing the key technology used in the interface simulation module and the voice communication simulation module， the technical scheme of developing the DSC call and response between the simulation modules by FMS （Flash Media Server） is proposed. Combined radio simulation system for student teaching and maritime police training is to enhance the Marine Police communication organization and command ability.

Key words： marine police ship；combined radio simulation；voice communication；FMS （Flash Media Server）

海上執(zhí)法力量整合后，海警執(zhí)勤任務(wù)的復(fù)雜性，艦艇裝備的大型化，儀器設(shè)備的多樣性促使海警官兵必須迅速掌握艦艇裝備的操作方法以應(yīng)對海上日益復(fù)雜的維權(quán)、執(zhí)法、服務(wù)需求。熟練掌握艦艇裝備特別是通信設(shè)備操作方法成為部隊官兵專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)的當(dāng)務(wù)之急。學(xué)員使用真機設(shè)備進行組合電臺操作培訓(xùn)存在訓(xùn)練費用高，儀器設(shè)備短缺，訓(xùn)練效率低下的不利局面[1-2]。真機實驗平臺操作可能造成誤報警而干擾正常通信。充分依托浙江省實驗教學(xué)示范中心——海警艦艇綜合仿真訓(xùn)練示范中心的有利條件，設(shè)計并開發(fā)海警艦艇組合電臺仿真實驗平臺，能夠有效避免此類問題，仿真訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)無論對學(xué)員教學(xué)還是對海警部隊培訓(xùn)都具有較強的現(xiàn)實意義。

1 艦艇組合電臺仿真實驗平臺的設(shè)計思路

1.1 采用對象建模技術(shù)對組合電臺仿真系統(tǒng)進行總體設(shè)計

艦艇組合電臺是地面通信系統(tǒng)重要的船載設(shè)備[3]，由收發(fā)信機及其終端設(shè)備組成，包括單邊帶收發(fā)信機、單邊帶無線電話、NBDP終端、DSC終端。其作用是能發(fā)射和接收DSC、無線電傳、單邊帶信號，實現(xiàn)船到岸、岸到船、船到船的遇險報警和遇險通信、緊急呼叫和緊急通信、安全呼叫和安全通信、常規(guī)呼叫和常規(guī)通信以及中高頻遇險和安全頻率的自動值守。

對象建模技術(shù)（OMT-object modeling technique）[4]是軟件工程建模的常用方法，一般可以分為功能模型、對象模型和動態(tài)模型。利用對象建模技術(shù)三種模型對海警艦艇組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)實驗平臺進行建模，可以對不同的終端設(shè)備建立不同的功能模型、對象模型及動態(tài)模型，從而對組合電臺各個終端設(shè)備進行仿真。在系統(tǒng)分析階段，充分掌握組合電臺系統(tǒng)各設(shè)備的工作原理和工作內(nèi)容，提出各個子設(shè)備的仿真需求。在系統(tǒng)設(shè)計階段，確定系統(tǒng)中各設(shè)備的功能模型、對象模型及動態(tài)模型，確定各個設(shè)備之間的關(guān)系并進行接口設(shè)計，最后以文檔的形式紀錄。對象設(shè)計階段，根據(jù)設(shè)計階段提出的三個模型，給出各個設(shè)備的仿真對象軟件結(jié)構(gòu)，為后續(xù)編碼工作做準備。在實現(xiàn)階段，選擇ActionScript作為程序開發(fā)語言，根據(jù)提出的對象軟件結(jié)構(gòu)進行編程實現(xiàn)。

1.2 采用模塊化設(shè)計理念開發(fā)實驗平臺功能

實驗平臺功能在開發(fā)時注重模塊化設(shè)計，整個軟件被劃分成若干獨立命名的部分，具體體現(xiàn)在對軟件各部分功能的分層次設(shè)計上。由于實驗平臺較為復(fù)雜，使其相對于一個較小的平臺不易被理解。因此，把功能及子功能的分解與軟件開發(fā)中的系統(tǒng)及模塊對應(yīng)起來，就能夠把一個相對復(fù)雜的軟件系統(tǒng)劃分成易于理解的比較簡單的模塊結(jié)構(gòu)。

對于艦艇組合電臺仿真系統(tǒng)可以劃分界面仿真模塊、無線電話終端仿真模塊與DSC終端通信仿真模塊。界面仿真模塊是使用者首先接觸的部分，界面是否生動逼真，一定程度上影響使用者的交互體驗和學(xué)習(xí)效果。其不但包括所有功能按鍵、旋鈕，通過點擊按鈕實現(xiàn)儀器功能還包括人機交互窗口，跟隨按鍵點擊實現(xiàn)內(nèi)容的切換，引導(dǎo)使用者進行更深入的操作。功能菜單模塊是組合電臺仿真系統(tǒng)開發(fā)的核心，實現(xiàn)頻率改變、模式切換、遇險報警等功能。中高頻組合電臺仿真系統(tǒng)實驗平臺的總體模塊化設(shè)計如圖1所示。實驗平臺的各個模塊又設(shè)計了多個子模塊。例如DSC呼叫模塊設(shè)計成常規(guī)呼叫模塊和遇險呼叫模塊（DISTRESS CALL），圖2就是設(shè)計的遇險呼叫子模塊，包含了火災(zāi)、擱淺、棄船、海盜等遇險呼叫仿真子菜單。

2 組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)實驗平臺開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)實驗平臺開發(fā)中充分運用多媒體制作技術(shù)、計算機編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，采用面向?qū)ο?、基于事件、ActionScript編程語言等關(guān)鍵技術(shù)。在仿真系統(tǒng)設(shè)計中，使用Photoshop， HyperSnap等多媒體處理軟件對組合電臺真機照片進行處理，以Flash為多媒體集成開發(fā)工具，實現(xiàn)與用戶進行交互的、具有高仿真度的組合電臺仿真系統(tǒng)。

2.1 界面仿真模塊中的關(guān)鍵技術(shù)

面板和按鍵通常情況下并不是一個規(guī)則的窗體，為此，首先將真機的圖片利用 Photoshop中的魔術(shù)棒法、色彩范圍法、磁性索套法、羽化法等進行圖像處理，獲得一幅按鍵按下的圖片。在程序運行過程中，交替使用按鍵按下和按鍵彈出兩張位圖，實現(xiàn)操作按鍵的效果。先用數(shù)碼相機對真機設(shè)備拍照，然后導(dǎo)入電腦進行處理。用相機拍出的照片邊沿外凸，并且由于光線不均勻?qū)е聢D片整個界面亮度不一，甚至整個界面偏暗或者偏亮。使用Photoshop圖像處理軟件，通過任意變形、亮度、對比度、色度等方式調(diào)整，調(diào)整后得到的圖像整齊清楚，作為圖像處理的母圖片。為了使界面仿真模塊更加貼近真機，其屏幕、各種功能按鈕等元器件，借助母圖片“摳”出來并加以進一步處理。在程序?qū)崿F(xiàn)上，首先定義一個內(nèi)存顯示設(shè)備對象和位圖對象，通過相應(yīng)的函數(shù)分別建立一個與屏幕顯示兼容的內(nèi)存顯示設(shè)備和一個與屏幕顯示兼容的位圖，同時加載按鍵按下和按鍵彈出的兩張位圖資源，然后將位圖選入到內(nèi)存顯示設(shè)備中[5]。只有選入了位圖的內(nèi)存顯示設(shè)備才有地方繪圖，畫到指定的位置上，最后將內(nèi)存中的位圖拷貝到屏幕上顯示。

2.2 語音通信仿真關(guān)鍵技術(shù)

FMS（ Flash Media Server）是一個功能強大的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器平臺，它能夠使兩個或多個人同時進行一個基于文本、音頻或視頻的實時會話。基于FMS流媒體服務(wù)器使用RTMP通訊協(xié)議實現(xiàn)基于FMS連接對象的網(wǎng)絡(luò)通信、進行以Flash Remote MX與Web服務(wù)器和關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行鏈接[6-7]。借助FMS提供的NetConnection、Stream和SharedObject類，F(xiàn)lash媒體服務(wù)器能夠非常方便地實現(xiàn)各仿真模塊間的實時多媒體通信。

借助FMS服務(wù)器，ActionScript腳本語言僅僅通過幾行簡短的代碼即可實現(xiàn)各仿真模塊間實時的電話通信與廣播，極大降低了仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)難度[8-9]。采用FMS來開發(fā)各仿真模塊間DSC呼叫與應(yīng)答，主要利用共享對象來實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)連接對象創(chuàng)建遠程共享對象，給仿真模塊對象定義接收遇險功能方法，而該方法又是組合電臺仿真系統(tǒng)通過共享對象的send（ ）方法來指定和調(diào)用，從而實現(xiàn)了不同仿真模塊間DSC的呼叫與接收。

3 組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)實例

以JSB-196GM組合電臺界面仿真模塊為例，其開發(fā)過程如下：提前準備好制作模擬器所需的素材，放到一個共享文件夾中，以備調(diào)用。準備一張用Photoshop處理過的JSB-196GM設(shè)備的照片，要求照片上按鈕的字跡清楚，顏色處理均勻，邊界清楚。將選好的設(shè)備圖片導(dǎo)入到庫中，命名為待機圖片，將圖片拖入舞臺。此圖片主要用作按鈕、顯示屏幕等來確定位置。為進一步確定圖片位置，可點擊“視圖”菜單，調(diào)出“標尺”，精確確定圖片和各按鈕的位置。按Ctrl + Enter組合鍵，對影片元件進行測試，在測試界面，用Photoshop對橢圓形按鍵依次進行截圖，然后對其進行細化處理，裁剪其尺寸大小，得到按鈕“彈起”“指針經(jīng)過”“按下”“點擊”4種狀態(tài)。將圖片、音頻導(dǎo)入到庫中，并編入文件夾里，統(tǒng)一管理。插入按鈕元件，在按鈕彈起、指針經(jīng)過、按下、點擊四幀分別插入關(guān)鍵幀，并將四種狀態(tài)圖片分別導(dǎo)入，與之對應(yīng)。給按鈕導(dǎo)入聲音。在“點擊”關(guān)鍵幀的屬性里有一個<聲音>選項，在下拉列表中找到對應(yīng)的音頻文件，按鈕在點擊時就會發(fā)出聲音。最后，將制作好的按鈕統(tǒng)一放在一個文件夾里管理。然后在動畫元件里新建一個圖層，命名“模板”，將制作的按鈕依次拖入到模板界面中，每個按鈕占一個圖層，使其與模板按鈕位置重疊。按Ctrl + Enter鍵測試影片，測試按鈕效果，然后對按鈕的大小、位置進行重新調(diào)整，注意在調(diào)整按鈕位置時按鈕圖層應(yīng)與模板層相對應(yīng)。

旋轉(zhuǎn)類按鈕通過旋轉(zhuǎn)來控制實現(xiàn)相應(yīng)功能。鑒于旋轉(zhuǎn)按鈕操作的特殊性，采取以下方法實現(xiàn)旋鈕旋轉(zhuǎn)功能：在旋轉(zhuǎn)按鈕旁邊分別制作向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)的兩個箭頭標記，將標記做成具體的按鈕。這樣，在具體操作時，就可以通過點擊這些箭頭按鈕，實現(xiàn)旋鈕相應(yīng)功能。最后，可對向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)的箭頭按鈕做“隱身”處理，既達到點擊旋轉(zhuǎn)功能，又不影響組合電臺仿真系統(tǒng)的整體視覺效果。

經(jīng)過界面設(shè)計，功能編程控制，開發(fā)的組合電臺電話仿真模塊如圖3所示。組合電臺NCT-196N DSC模擬呼叫流程如圖4所示，橢圓形部分為服務(wù)器端流程，其余部分為學(xué)員機呼叫流程。DSC仿真模塊及測試如圖5所示，海警艦艇組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)如圖6所示。

4 海警艦艇組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用

組合電臺仿真系統(tǒng)用于海警艦艇指揮與航海技術(shù)專業(yè)、武器發(fā)射工程專業(yè)學(xué)員教學(xué)能夠較大提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。把枯燥的電臺理論教學(xué)搬到實驗室局域網(wǎng)環(huán)境中，通過操作組合電臺的各個仿真模塊，學(xué)員既學(xué)會了設(shè)備的操作方法，又理解了深奧的通信原理知識。而且能夠克服真機設(shè)備數(shù)量較少，易發(fā)生誤報警的不利因素。這種教中做，做中學(xué)的教學(xué)理念更加貼近海警部隊實戰(zhàn)化教學(xué)方法。

使用FLASH技術(shù)開發(fā)的電臺仿真系統(tǒng)軟件，體積較小，與互聯(lián)網(wǎng)較易兼容。如果運用互聯(lián)網(wǎng)開展遠程教學(xué)和培訓(xùn)，海警艦艇人員或?qū)W校學(xué)員即可方便進行在線或離線學(xué)習(xí)。如此一來，就打破了固定時間、固定地點的教學(xué)模式，艦員或?qū)W員不必擔(dān)心由于時間和空間的原因而錯過學(xué)習(xí)機會，可以隨時隨地進行知識的補充。而且在學(xué)習(xí)中遇到的問題也可通過網(wǎng)絡(luò)與教員或他人進行交流，最終可以熟練掌握通信設(shè)備操作方法，增強海警部隊海上艦艇通信的組織指揮能力。

5 結(jié)束語

為克服組合電臺操作培訓(xùn)存在儀器設(shè)備短缺，真機操作可能造成誤報警的不利局面，提高海警綜合通信組織指揮能力及執(zhí)勤效率，依托省級實驗教學(xué)示范中心的有利條件[12-13]，采用FMS、DSC仿真等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計并開發(fā)了界面仿真模塊、電話仿真模塊、DSC終端仿真模塊，組成艦艇組合電臺仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。運用該系統(tǒng)可實現(xiàn)多艘艦艇聯(lián)合執(zhí)勤通信保障演練，演練中可假設(shè)各種執(zhí)勤情景，利用系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)與其他艦艇進行信息交互，最終完成通信保障任務(wù)。

參考文獻：

[1] 馮明奎， 楊玉峰. 海警艦艇綜合仿真訓(xùn)練示范中心建設(shè)的思考[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2011， 28（10）： 109-111.

[2] 楊玉峰， 逄金雷. 航海技術(shù)專業(yè)航海儀器實驗教學(xué)研究與評估[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2012， 9（9）： 160-162.

[3] 劉紅屏， 王化民. GMDSS 原理與綜合業(yè)務(wù)[M]. 大連： 大連海事大學(xué)出版社， 2008.

[4] 楊蕾. 軟件工程在GMDSS模擬器開發(fā)中的應(yīng)用[D]. 大連： 大連海事大學(xué)， 2008.

[5] 廉靜靜， 楊曉. 船用仿真導(dǎo)航儀智能評估系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J]. 船海工程， 2016（3）： 158-162.

[6] 張鑫. 基于流媒體技術(shù)的遠程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2012.

[7] 陳惠東. 遠程多媒體教學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 上海： 上海交通大學(xué)， 2007.

[8] 魏偉. 船舶甚高頻電臺模擬器的研制與應(yīng)用[J]. 中國航海， 2010（1）：16-19.

[9] 邵冬華. GMDSS的數(shù)字選擇性呼叫模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 蘇州： 蘇州大學(xué)， 2007.

[10] 孫進輝. 武警學(xué)院實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的實踐與思考[J]. 武警學(xué)院學(xué)報， 2009（11）：77-80.

[11] 周坤芳， 張新如， 周湘蓉. “無線電導(dǎo)航儀”課程“虛實結(jié)合”的實驗教學(xué)[J]. 實驗室研究與探索， 2007， 26（3）：85.

[12] 楊玉峰. 海警執(zhí)法艦艇操縱仿真技能評價[J]. 公安海警學(xué)院學(xué)報， 2012，11（3）： 4-6.

[13] 劉章仁， 高偉良， 馮明奎. 海警勤務(wù)手冊[M]. 北京： 中國人民公安大學(xué)出版社， 2013.

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