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无人机系统模拟训练体系构想

来源:意榕旅游网
无人机系统模拟训练体系构想薛焱等 2018年3月第49卷第1期(总第171期) 无人机系统模拟训练体系构想 薛 焱 ,孙成 (1.中国人民解放军驻上海航空电子公司军事代表室,上海200233;2.中国航空无线电电子研究所,上海200241) [摘 要] 为满足无人机飞行员/4g作员对模拟训练的需求,达到飞行员/操作员不同阶段、不同训练层次的训 练效果,充分发挥装备的作战效能,提出了无人机系统模拟训练体系的详细构想。从无人机地面站的岗位设置 类型和特点、模拟训练功能和层次需求以及国内外现状等角度论证了基于高、中、低搭配的模拟训练体系构想。 本体系构想主要包括单机虚拟训练系统、嵌入式模拟训练系统和战术模拟训练系统。 [关键词] 无人机;模拟训练 『中图分类号]V323.9[文献标识码]A[DOI编码]10.3969 ̄.issn.1006—141X.2018.01.01 『文章编号11006—141X(2018)01—0001.006 Conception of UAS Simulation Training System XUEYan ,SUN Cheng (1.Military Representative Ofifce ofthe Chinese people’s Liberation Army(PLA)Shanghai aeronautical electronics company,Shanghai 200233,China: 2.China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute,Shanghai 200241.China) Abstract: In order to meet the demand of the UAV(Unmanned Aerial Vehicle)pilots/operators for simulation training,achieve the training effects at different stages and different levels,and to fully utilize the operational functionality of the equipment,one conception of the simulation training system of the UAS(Unmanned Aircraft System)is elaborated.Regarding the types and characteristics of different roles set within the UAV ground station, functions and levels of demand for simulation training,and the status quo of the research at home and abroad,the conception of simulation training system with complex,moderate and simplified configurations is demonstrated.This conception mainly includes stand—alone virtual training system,embedded simulation training system and tactical simulation training system. Key words:UAV,Simulation Training 0 引言 统,并从训练作用、层次、内容和功能进行了详 细构想。 通过描述无人机系统模拟训练的需求分析和 该无人机系统模拟训练体系构想为国内相似 国内外模拟训练的现状,重点提出了无人机系统 系统的规划与设计提供了一个可行的参考思路, 模拟训练的总体构想,它主要包括单机虚拟训练 并为各军种的模拟训练规划指明了方向。 系统、嵌入式模拟训练系统和战术模拟训练系 March,2018 Vo1.49 No.1(serial No.171) 航空电子技术 AV10NICS TECHNOLOGY 1 无人机系统模拟训练需求分析 1.1 无人机系统人员岗位设置与职责 无人机地面站设置有四种席位:飞行监控 席、任务监控席、链路监控席和任务规划席,其 分别由无人机飞行员、载荷操控员、链路监控员 和任务规划员组成,加上维护保障人员和情报处 理人员共同组成一个无人机地面站机组。无人机 地面站的岗位设置与机组人员职责划分如表1所 不。 根据考核成绩确定技能等级,在实装操作前颁布 对应资格证书。 (3)飞行推演与战术演练功能 在无人机实装飞行前进行模拟推演。在特定 的作战预想条件下,通过模拟相关战场环境,包 括自然环境、电磁环境和战场态势等,引入指挥 控制、侦察情报、火力打击等信息,采用人在回 路的方式模拟实现红蓝双方作战过程,实现战术 协同作战推演和模拟对抗演练。 1.3 无人机系统模拟训练层次需求 根据无人机装备战斗力生成过程,其模拟训 练可划分为单岗位技能训练、机组协同训练和战 术协同训练三个层次。 (1)单岗位技能训练 表1 地面站机组人员岗位设置与职责 序 号 岗位 席位 岗位职责 1 (无人 飞行监 检查监视无人机状态,操控(指 机) 控席 令或人工)无人机飞行,在紧 飞行员 急情况下进行人工干预。 2 载荷操 任务监 任务载荷的操控与任务信息处 控员 控席 理。 3 链路监 链路监 监控链路工作状况,进行链路控 控员 控席 制和设备管理。 进行任务规划,包括制定飞行计 4 任务规 任务规 划/剖面、审查地理/地形信 戈0员 划席 息、应急措施、定义回避区域 等。 单岗位技能训练主要用于地面站机组人员个 体进行操控技能训练,要求模拟训练系统具备单 个席位的操控过程及操作技能训练功能和简单的 训练评估考核功能。 (2)机组协同训练 无人机系统飞行需要机组人员密切协同配 合,共同完成任务。协同配合的默契度、流程熟 练程度、技能水平需在模拟训练中逐步提高。机 组协同训练要求模拟训练系统具备完整的过程操 作技能训练和评估考核功能。 (3)战术协同训练 战术协同训练可引入战场信息或虚拟战场态 势等信息,除过程操作技能训练和评估考核外, 还要求模拟训练系统必须具备战术协同、作战推 演与模拟对抗演练功能。 1.2 无人机系统模拟训练功能需求 模拟训练系统一般应具备以下部分或全部功 能,且通常都有预设的期望训练成果【J J。 (1)操作技能训练功能 模拟任务环境,进行无人机飞行前准备、起 飞、巡航、任务操控、返航和着陆全过程训练和 评估,它可覆盖所有与作战操作相关的专业和岗 位。该功能主要用于人员综合性的技能培训和素 质培养,使其在上岗之前就能完全熟悉无人机系 统的操作使用、保障、情报处理的要则和流程, 具备娴熟的操作技能和过硬的能力素质,从而达 到岗位技能要求。 (2)训练评估考核功能 2 国内外无人机模拟训练现状 2.1 美军无人机模拟训练系统装备体系及应用 (1)美军无人机模拟训练装备构成 美军对现有无人机系统模拟器进行了三个层 次的划分: 确立以作战任务为中心、可操作性强的无人 机训练效果评估指标体系,将任务完整度和作战 a.低端模拟器。支持个人训练的单机高保真虚 拟训练软件,采用单台计算机实现,满足人员最 初的操作技能训练。 b.中端模拟器。包括任务控制站全岗位、改 效果分析评判作为关键评价指标,结合任务执行 过程的操作和战术使用情况全面客观地对训练效 果进行评价。还应根据训练大纲要求制定相应的 考核标准,考核分为知识考核和操作技能考核。 2 厄人机系统模拟圳练体系构想 焱 201 8 3 fJ第49珏 1 1l=JJ(总 1 71 iJfJ1 进的 ¨^质平【J改进的紧急程序仿r ,J机 人 训练系统。 C.“端模拟器。把 f 端模拟器Ij分 』 仃务 系统联合起水,实现多机种令仃务刈抗的模拟训 练。 』 捉供综合十jl拟训练下段,从 吱现 技能剑全部 ij 科…佝模拟训练。 小操作 (2)美 九人机模拟训练系统的应用 火 任深入探索尤人机操作 训练 律的 础¨f 成了‘食较为标准J,『{J训练模式, 次搭 上,以匝点发展少 个仃务尚端 I『约:过柏 盘【JI冬l l ,J 。 个培养 卡jl拟 j一定数量的tlIf氐端校拟器 搭配的力一 美军无人机操作员培养训练过程 尤八机基础知II{ 战树战场操 ’ 91 ̄J,时理沦 5小时实践 (伦逆夫4捌) {臻经验 Ij仟务 E仃500 小叫 所 队1年内 T一6TvxanII模拟器} 地阶段埔乔 ● 机组人员任务训练系统 第:/:fl j^乔 I  J {培养阶段 挟 资 得 格 图1美军无人机操作员的培养训练过程 执纷敦视 属 证 昕 ¨ 训练阶段 第‘培养阶段为 I练,时 为2~3个 部队训练阶段I'19 l{的赴能力的捉Yl一和…化。 月。 壤础训练 婴 T-6Texanll十j!拟器上进 通常采用实 洲练和模拟训练的,J‘ 进行。川ll,J‘ 为操作员提供艾持个人训练的模拟训练系统IIJ J 操作员的 i 个 化训练。 行,九人机操作员需完成49小时的九人机仪农电 行训练,,『f=通过模拟 进行仪表飞 资格考核。 传感 操作 训练卜 借助干51拟训练系统进行伞 动视频训练、传感器 础/情报分析训练。 A2.2 国内无人机系统模拟训练现状与问题 内无人机系统十jl拟iJlI缘虽 Jf:展,fI l 1 系 统、小通用、缺少总体规划和坝J 砹讣, IIi' ̄卜 纠- - J-E' ̄养阶段总JIlIl_J j{JJ约1个』J。除 论授课 采川关围L.3通信公司研制I,1勺机 人员任 ‘无人机的个 模拟 仃,能完成 能熟练掌 {J 制、 外, 表现 以卜儿个 : 务训『练系统进仃模拟训练。系统n¨JL- 个机 员进i J:多flf l仃 准箭、地 试 、起 及故障条件卜应急 操作I』Il练 科H,使 L]标 l{跞搜索等匕行操作要领。 筇 培养阶段除 艾裟I{I行洲练外,还埘 人 机操作机 人员进 』、 的模拟训练。笑 还 练 (1)认ll :次较低; (2)功能J 久较低; (:3)通JIJ化 I,义1 ̄1:较低: (4) jf1:I 戊仃,秀融合』业较低。 3 无人机系统模拟训练总体构想 按照“练技能、打 础,练战术、强指托 , 、促I烛 ”的训练婴求,R在构建“迎川 化、』 :次化、系列化”的丸人机操 模拟训练装 定“个球 ”指挥控制 必须接受200 ̄250小时 “伞球牌”尤人机模拟 的训练。 March,2018 Vo1.49 No l(serial No.{7I1 帆。 IU r{支术 AVIONICS TECHNOLO(; ̄ 体系,为 人机系统提供动念的、撼r能 j 的、_支持暇合作战演练的模拟训练手段,促进允 人 I系统t1 ll浅 ll约j改革仓J韵 。 总休心路就足“休系化发展、层次化 ”,根据尢人机系统模拟训练 求,按照训缘功 能、 模 1成本的小吲,儿人机模拟训练系统f·J 入式模拟训练系统 分为:rfI_机 拟训练系统、 和战术模拟训练系统 类。 类模拟洲练系统构 构 “·、¨ 化技能训练、机组协 训练、 个层次高低搭 成 个十I!拟训练装符体系,满足尤人机操作 个 人或机组 j 次模拟训练 求。整个模拟训练装 战术 刚训 ” 个层次,将 、暇通为多级的一体化模拟训练装备体系,以 备体系的 步舰划如 2、农2所乐。 满足 川 }欠训练需求。 低层次 i层次 个操f1 ------●------●●●●●操竹 员机 或 个操作 -------●-●●--------●●-操作 机 -●●●●●●●-●●●● -----●-----●●●●蚤 卿墟巷 单机虚拟模拟训练系统 -●●●●●●-●●●●--●●●●●-●-----●-●嵌入式模拟训练系统 ●●●●-●●●●●●-●-●●---●●-战术= 拟illl? ̄i; ●●●-●●-●●●●●●●--● |J『_练功能 次 ……------岗位技能训练 理论学爿 基本操作技能 ⅢⅢⅢ--机纽协『¨J训练 大纲科目模拟训练 岗与定期考核 实装 行前推演 .H. ●■■■I I - ● -  ------_…--_…--●----……战术仂 司训练 多机、多机型协川刈 抗 模拟训练 j作战推演 …●-………●● 图2模拟训练装备体系初步规划 ■■I表2模拟训练装备体系初步规划  ;系统 嗽入』 模拟训练系统 战术模拟训练系统 【轶入式卡楚拟训练系统 川; , 展战术刈 抗接I 1, lIIk术 『’ b 定、 渊平l 川对抗功能,满^ l岗位全仟务模拟训 求 地『f{l ti机 人 报处 人 乃骸心, 迎过选 地皿站安装( 戈简 地tf;fi,:rti)拔 火进仃洲 拟训练激批改桥,实现洲练功能 J也 站 L 日人 ?-j 训 }Jll约; 川操作技能训练 人荆卡I!拟训练科I=l训约i i 定; 考骸 丈 仃前推浈 机纠I协同训练 ,¨ 何技能训练 1办川搽作技能洲  机 波术推浈 t彩机(J )lJJ、 刈 ’L 11 · 浅fj 务丰ft 优 t 戊术 、旧'Jl l【,/I 11|JJ、l—J洲 、 3.1 单机虚拟训练系统 f “I ,=\ l寸 迎J】J化J也 府求 I操作 ,利川交 式虚拟现 技术,果 ¨ 1.f 卜I 7:IIl的7I j 现。 无人机系统模拟训练体系构想薛焱等 2018年3月第49卷第1期(总第171期) (1)训练作用与层次 单机虚拟训练系统适用于个人自主训练,具 备无人机系统原理教学、操作界面认知熟悉、操 确保嵌入式模拟训练可实现机组人员全岗位的飞 行模拟训练和特情处置训练功能。 在训练层次上,嵌入式模拟训练系统主要用 作流程演示、特情处置流程演示、基本操作技能 训练、训练过程记录与评估等功能。该系统可使 受训人员不断深化对装备原理的认识,尽快熟悉 装备,训练基本操作技能。 在训练层次上,主要满足单岗位训练需要。 (2)主要训练内容与功能 单机虚拟训练的主要内容与目的如表3所示。 表3单机虚拟训练系统主要训练功能表 人员 训练内容 训练目的 于机组人员协同训练辅助完成战术协同训练,也 可用于单岗位技能训练。嵌入式模拟训练系统是 衔接单机虚拟训练系统和战术模拟训练系统的纽 带,起着举足轻重的作用。 (2)主要训练内容与功能 嵌入式模拟训练系统可实现全岗位的基本飞 行、任务协同操作技能训练,主要用于上岗与定 期考核、训练大纲要求的科目模拟训练、实装飞 行前推演训练需求。主要训练功能如表4所示。 人员 1.无人机系统性能与基本工作 理解系统基本工 所有 原理: 作原理,熟悉系 人员 2.操作员操作程序熟悉与考核; 统基本性能和操 3.操作使用流程。 ‘ 作流程。 飞行 1.VIT变量表参数范围判断; 熟悉飞机飞行性 操控 2.基本飞行监视、操控技能训 能、参数变化范 练; 围和基本操作流 贝 3特情处置流程。 程与方法。 载荷 1.载荷设备性能、约束与操控; 熟悉飞机飞行性 操控 2. 目标识别、跟踪、锁定; 能、任务载荷基 3.武器载荷控制方法; 本操控方法,具 贝 4备典型军事目标 基本侦察载荷规划。 判断能力..表4嵌入式模拟训练系统主要训练功能 训练内容 训练目的 所有 1.OOP熟悉与考核; 人员 2.任务流程与协同配合训练; 3.实装飞行前推演; 1.基本信息流掌握与协同方法; 2.飞行前检查模拟训练; 3.基本飞行训练,包括:地面 飞行 滑行、起降飞行、空域飞行、 提升飞行操控技 航行飞行、转场飞行、低气象 能,熟悉协同方 贝 起降法,熟悉特情处 通信中继飞行; 4.部分特情处置模拟训练(链 置流程与方法 、。 任务 1. 航路点类型与设置方法; 规划 2.任务规划方法与检查: 贝 3.军事标绘方法等。 熟悉任务规划流 程与方法。 链路 I. 链路工作状态判断与操控; 熟悉链路状态判 监控 2.链路手动跟踪方法; 断与监控操作方 贝 3.链路交接规划与控制等。 法。 3.2 嵌入式模拟训练系统 嵌入式模拟训练是无人机系统地面控制站实 装的内嵌功能。嵌入式模拟训练,根据无人机系 统面对屏幕操作的特点,通过增加外接模拟训练 激励设备,利用地面控制站实现无人机系统的模 拟训练。“嵌入式训练”使武器装备既是实装作 战平台,又是模拟训练平台。由于采用真实装 路中断、前视摄像头无信息、 部分机载设备故障、规避)。 1.载荷设备性能掌握; 载荷操控技能的 载荷 2.目标识别、跟踪、锁定; 提升 操控 3.武器载荷控制方法; 协同方法的熟练 贝 4.载荷使用规划等。 典型军事目标的 识别 1.根据作战任务,生成所需任务 规划指令,完成模拟战场环境 构建; 2.完成航线、载荷、链路等使用 任务 计划规划; 任务规划技能的 规划 3.完成冲突检查与任务预演; 提升 贝 4.完成任务计划的模拟加载与验 协同方法的熟练 证: 5.实时任务监控与实时任务规 划; 备,因此训练真实感强、效果明显。 (1)训练作用与层次 嵌入式模拟训练系统主要用于无人机系统地 面站机组人员协同训练、上岗和定期考核、实装 飞行前演练,也可进行简单的战术协同训练。需 在装备研制阶段明确模拟训练功能和训练科目, 6.回放任务过程,支撑任务讲评。 链路 1. 链路工作状态判断: 链路监控技能的 监控 2.链路手动跟踪方法; 提升 员 3.链路交接规划与控制等。 协同方法的熟练 1.控制权交接训练与考核; 控制权交接的技 多机 2.“一站控多机”的训练与考核; 能的提升,“一站 训练 3.多机协同飞行训练。 控多机”技能的 提升 March,2018 Vo1.49 No.1(serial No.171) 航空电子技术 AV10NICS TECHN0LoGY 3.3 战术模拟训练系统 全岗位协同操作是无人机系统作战的典型特 征之一,战术模拟训练系统主要完成全体人员的 协同模拟飞行训练和带战术背景的协同作战模拟 训练。 分析,再通过研究美军无人机模拟训练体系装备 的现状以及规划对比我国无人机训练的优点与缺 点,最后结合近年来无人机系统方面的研究经 验,针对性地提出了无人机模拟训练的总体构 想,该构想根据用户在不同阶段的功能需求,通 (1)训练作用与层次 过对无人机模拟训练系统高、中、低配合,满足 无人机系统的模拟训练需求,为用户模拟训练装 备建设提供了一个切实可行的思路参考。 表5战术模t ̄iJII练系统主要训练功能 人员 训练内容 训练目的 1.全特情处置; 2.复杂气象条件下模拟飞行训 练; 战术模拟训练系统适用于深化训练阶段,完 成对全体人员的协同技能模拟训练和战术模拟训 练。 深化训练阶段用于复杂作战任务和对抗条件 下多机、多机型协同作战的模拟训练及作战推 演,使无人机操作员深入理解、掌握和创新无人 机系统在空军作战体系中的运用方式、战法战 术,不断提高对信息化作战的认识,提高无人机 操作员适应未来作战的能力,从中进一步培养无 人机部队指挥人员。 (2)主要训练功能 3.复杂电磁环境模拟飞行训练; 掌握复杂条件 4.战斗转场飞行; 下无人机系统 地面站 5.各类侦察任务模拟训练; 机组人 6.对地攻击任务模拟训练; 飞行操控能 7.非隔离空域模拟飞行训练; 力,掌握战术 贝 8对抗条件下无 无人机与无人机协同任务模拟 人机战术应用 .训练; 9.能力战术模拟训练系统主要用于无人机战术对抗 模拟训练,可实现多架、多型无人机协同、无人 机与有人机协同等全任务的模拟对抗演练和作战 推演。功能上兼容嵌入式模拟训练系统的所有功 能,此外还具备的主要训练功能如表5所示。 4 小结 本文对无人机地面站模拟训练体系的总体构 。 无人机与有人机协同任务模拟 训练; l0.战术背景条件下模拟对抗科 目训练等。 1.各设备性能通电检查; 掌握无人机系 维修保 2.飞行各阶段全岗位全系统检 统全过程飞行 障人员 查: 保障协同工作 3.部分定期、专项检查工作。 内容。 情报处 战术条件下实时隋报处理能力训 形成战术背景 理人员 练实时情报处理 。 能力。 想进行了论述,从无人机系统模拟训练需求进行 参考文献 【1】ALLERTON D.飞行仿真原理【M】.北京:电子工业出版社,2013 [收稿日期]2018—01一l1 [作者简介]薛孙焱(1980一),女,工程师。研究方向:无人机系统。 成(1983一),男,工程师。研究方向:无人机系统控制。 

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