技术领域
[0001] 本
发明属于通信
半实物仿真技术领域，特别涉及一种基于数字化超短波模拟训练系统。
背景技术
[0002] 随着计算机技术以及仿真技术的飞速发展，模拟训练技术具备训练科目综合化、组网方式多样化、训练手段仿真化、考核评估智能化等特点。这项技术为操作训练、性能维护提供了有效的手段，为开展训练提供了重要技术保障。当前某型号超短波电台仪器精密，操作复杂且维修
费用较高，无法满足院校、训练机构正常训练的需求，因此，迫切需要研发一套结构功能完善、训练成本低、训练效果逼真的模拟仿真训练系统。
[0003] “数字化超短波模拟训练系统研究”结合计算网络技术、嵌入式技术，硬、
软件仿真技术，而研制的一套科目一体化、训练综合化，故障排除仿真化、考核评估智能化的仿真训练系统。该超短波模拟训练系统不仅在外观
接口与某型超短波电台保持一致，而且在局域网内可以与主控计算机进行组网训练、构建
电磁干扰、训练演习、故障排除、考核评估五位一体的综合训练模式。该系统的开发，降低了设备磨损，节省了训练成本，并且做到了不需要实装设备就能使操作人员体验到实装效果。
发明内容
[0004] 本发明的目的是公开一种新型超短波对空台模拟训练系统，为超短波对空台训练提供了组网训练、模拟故障、构建干扰、训练演习、考核评估等功能，有效提高训练效率。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：一种新型超短波对空台模拟训练系统，包括上位机软件控制系统和无线局域网通信协议两部分软件、主控计算机、交换机和路由器组成无线局域网以及超短波电台训练
模拟器：
[0006] 上位机软件控制系统安装在主控计算机上负责整个系统管理、监控、调度，构建电磁干扰模型以及训练环境，组织各电台终端进行训练演习，考核评估参训人员的训练效果；
[0007] 交换机、路由器基于TCP/IP通信协议组成无线局域网，其中以SIP协议构建语音通信网及以UDP协议构建数据通信网，实现主控计算机与电台终端之间一对一，一对多通信方式建立与拆除；
[0008] 超短波训练模拟器实现对训练模拟器的外观、接口、
键盘输入、界面显示、内部
电路布局与实装电台保持一致，同时实现电台的各类操作响应的、语音的实时采集、传输和播放功能，以及构建电台故障
数据库以及考核评价界面。
[0009] 作为一种优选的实施方式，上位机软件控制系统是基于Windows平台，应用VC工具，基于MFC开发的，根据系统的需求分析，将上位机软件系统划分为系统管理模
块、通信管理模块、操作训练模块、电磁干扰模块、训练演习模块、故障排除模块、考核评估模块七个功能模块组成，根据不同的模块设计相应的功能界面，创建基于对话框的工程，将实现的功能映射到界面消息响应中。
[0010] 作为一种优选的实施方式，管理模块包括操作员管理、数据库管理、运行状态检测三个部分，其中操作员管理部分主要负责系统管理员、训练考官和参训人员的分级录入，完善各用户的信息。数据库管理模块主要是为了安全起见而设计的，避免因为人员操作失误而造成数据丢失，运行状态检测负责整个
硬件系统的状态检测，在系统运行前进行检测各训练模拟器的运行情况，测试通信连接，保证连接畅通后在进行其它操作。
[0011] 作为一种优选的实施方式，通信管理模块包括SIP语音通信模块以及UDP数据通信模块两部分，主要功能是将整个系统的信息交互都必须通过训练模拟器-无线局域网-主控这条链路实现，其中SIP是一种多方媒体会话控制协议，主要用来生成、
修改和终结一个或多个参与者之间的会话，主要通过组播、单播或者二者相结合的语音通信方式，UDP协议就是在建立正式通信之前不必与对方建立连接，不管对方状态就直接发送，具有通信效率高特点。
[0012] 作为一种优选的实施方式，操作训练模块包括示范教学、单机训练、组网训练三个模块组成，主要针对参训人员不同的阶段采用不同的训练手段，其中示范教学模块是针对入
门阶段，把训练模拟器的操作界面投影到屏幕上示范讲解电台的基本操作流程，主要训练操作人员熟悉和掌握电台操作的思路与方法；单机训练模块针对参训人员对电台的操作流程有一定的了解之后，需经过循序渐进的实践训练，快速提升参训人员操作电台
水平；组网训练模块把全部训练模拟器进行联合组网，组织实施模拟地空通信系统的各级指挥网路之间的指挥通信。
[0013] 作为一种优选的实施方式，电磁干扰模块包括天然噪声干扰、人为干扰两部分，系统主要采用噪声模拟、随机抽样等方法构建战场复杂的电磁环境，同时对干扰的方法、时间、种类严格按照规定，其中干扰的手段包括常见的杂音干扰、同频干扰、阻塞干扰、组合干扰等多种干扰类型，并根据干扰的强度分别建立强、中、弱干扰，营造逼真的电磁干扰环境。
[0014] 作为一种优选的实施方式，训练演习模块包括方案的编辑与生产、方案的组织与实施，主要是通过采编过的视频短片模拟实际训练环境和训练情况，为各级指挥员的通信指挥训练提供一个
可视化虚拟场景，增强训练的针对性和逼真性，其中方案的编辑与生成主要以训练想定为依据，广泛收集相关训练素材，编制成相应的视频，建立起训练方案数据库，根据训练科目的要求，生成所需训练的显示方案；而方案的组织与实施主要是在选择好训练科目的前提下，调用相应的视频方案，用于指导指挥人员根据相应的视频背景操作使用模拟电台，完成通信指挥。
[0015] 作为一种优选的实施方式，故障排除模块包括典型案例故障训练与故障诊断维修训练评估两部分组成，主要目的提高电台技术人员的维护与维修能
力，通过仿真虚拟技术把电台内部电路结构以3D呈现出来，并将电台的一系列常见故障现象类型在平台系统中构建可更换单元故障模块，训练模拟器是对实装电台的真实模拟，是全方位的模拟，不仅要求外观、接口、键盘输入、界面显示要求一样，同时要求模拟电台的内部主要电路布局与真实电台相接近，这使得更加直观、清晰地展示
定位故障源、电台故障维修流程，快速查看故障维修步骤以及制定故障维修方案，最后通过动手拆卸电台更换相应的故障模块，实现故障的检测与排除。其中典型故障训练是在系统提示下，首先进行模拟故障设置以及案例情景视频播放，然后在软件逐步引导下，结合文字提示以及3d电路结构图，按照要求将故障源定位，这部分主要训练操作人员熟悉和掌握故障诊断的思路与方法。故障诊断维修训练评估则要软件与硬件相结合的训练模式，评价的流程首先通过设置评估考核的科目，生成相应的背景视频，然后启动故障设置，把电台的故障现象呈现在训练模拟器上，接着操作人员根据故障的现象，结合自己的经验，对训练模拟器进行拆装，更换相应的故障模块，此时软件记录器诊断过程的操作过程，最后根据诊断结论给出评估结果。
[0016] 作为一种优选的实施方式，考核评估模块包括题库编辑及效能评估两部分，主要负责对参训人员操作、电台保障维修水平的建立评估标准，实行量化评估，经过层层递进，实现对训练效果评估。其中题库编辑主要是收集电台的理论知识建立试题库，并经过随机抽样，组织对参训人员电台的理论考核，考核题型为选择和判断题。效能评估的实质运用模糊数学变化原理，对评估对象的单机训练、组网训练、对抗干扰训练、战术模拟训练、故障排除、理论考核这6个因素表现进行归一化权重分配，再进行综合评估，这种评估的方法特征具有结果清楚、系统性强，能将定性评估转换成定量评估。
[0017] 作为一种优选的实施方式，超短波对空台训练模拟器主要功能是工作模式设置与调用，操作行为的相应，工作状态信息的上传及显示，自检、故障查询以及故障单元故障模块的更换，数据、话音
信号的交互，该模拟器采用嵌入式设计，以S3C6410芯片7构成最小系统，辅助外围电路模块8、
人机交互模块9、语音采集与处理模块10、无线WIFI模块11、故障可更换模块12组成，构建系统稳定、扩展性强、便于实现系统的升级。
[0018] 采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
[0019] (a)综合性强。数字化超短波模拟训练系统集系统管理、通信控制、模拟故障、构建干扰模型以及训练环境、考核评估为一体，并具有界面友好，操作简便、功能全面、模拟逼真、经济实用、安全可靠等特点；
[0020] (b)仿真性强。超短波电台模拟器严格按实装的界面、功能及操作规程进行设计，能满足分级组网、多场所、大规模组织实施地空通信模拟训练的需求；通信干扰部分严格按相关规定构建，包括干扰方法、类型和强度在内的各种干扰模式，能满足多种干扰条件下实施通信对抗模拟训练的需求；
[0021] (c)模块化程度高。超短波对空台模拟训练系统采用了模块化进行设计，各模块之间耦合性弱、独立性强。其中电台终端由主控模块，WiFi无线联络模块、键盘扫描及显示模块、话音
信号处理模块、故障排除模块组成。
[0022] (d)组训效率高。训练模拟系统成本低、维护成本低、使用安全、对身体不产生危害、对周围电磁环境无干扰影响，特别是在院校培训机构的教学过程，与实装相对比，保证了训练时间，提高了训练效率和效果。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1系统的物理结构图；
[0026] 图3通信干扰示意图；
[0027] 图4可更换单元故障模型图；
[0028] 图5电台模拟器的硬件框图。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 如图1～图4所示，一种新型超短波对空台模拟训练系统，包括上位机软件控制系统和无线局域网通信协议两部分软件、主控计算机、交换机和路由器组成无线局域网以及超短波电台训练模拟器：
[0031] 上位机软件控制系统安装在主控计算机上负责整个系统管理、监控、调度，构建电磁干扰模型以及训练环境，组织各电台终端进行训练演习，考核评估参训人员的训练效果；
[0032] 交换机、路由器基于TCP/IP通信协议组成无线局域网，其中以SIP协议构建语音通信网及以UDP协议构建数据通信网，实现主控计算机与电台终端之间一对一，一对多通信方式建立与拆除；
[0033] 超短波训练模拟器实现对训练模拟器的外观、接口、键盘输入、界面显示、内部电路布局与实装电台保持一致，同时实现电台的各类操作响应的、语音的实时采集、传输和播放功能，以及构建电台故障数据库以及考核评价界面。
[0034] 上位机软件控制系统是基于Windows平台，应用VC工具，基于MFC开发的，根据系统的需求分析，将上位机软件系统划分为系统管理模块、通信管理模块、操作训练模块、电磁干扰模块、训练演习模块、故障排除模块、考核评估模块七个功能模块组成，根据不同的模块设计相应的功能界面，创建基于对话框的工程，将实现的功能映射到界面消息响应中。
[0035] 管理模块包括操作员管理、数据库管理、运行状态检测三个部分，其中操作员管理部分主要负责系统管理员、训练考官和参训人员的分级录入，完善各用户的信息。数据库管理模块主要是为了安全起见而设计的，避免因为人员操作失误而造成数据丢失，运行状态检测负责整个硬件系统的状态检测，在系统运行前进行检测各训练模拟器的运行情况，测试通信连接，保证连接畅通后在进行其它操作。
[0036] 通信管理模块包括SIP语音通信模块以及UDP数据通信模块两部分，主要功能是将整个系统的信息交互都必须通过训练模拟器-无线局域网-主控这条链路实现，其中SIP是一种多方媒体会话控制协议，主要用来生成、修改和终结一个或多个参与者之间的会话，主要通过组播、单播或者二者相结合的语音通信方式，UDP协议就是在建立正式通信之前不必与对方建立连接，不管对方状态就直接发送，具有通信效率高特点。
[0037] 操作训练模块包括示范教学、单机训练、组网训练三个模块组成，主要针对参训人员不同的阶段采用不同的训练手段，其中示范教学模块是针对入门阶段，把训练模拟器的操作界面投影到屏幕上示范讲解电台的基本操作流程，主要训练操作人员熟悉和掌握电台操作的思路与方法；单机训练模块针对参训人员对电台的操作流程有一定的了解之后，需经过循序渐进的实践训练，快速提升参训人员操作电台水平；组网训练模块把全部训练模拟器进行联合组网，组织实施模拟地空通信系统的各级指挥网路之间的指挥通信。
[0038] 电磁干扰模块包括天然噪声干扰、人为干扰两部分，系统主要采用噪声模拟、随机抽样等方法构建战场复杂的电磁环境，同时对干扰的方法、时间、种类严格按照规定，其中干扰的手段包括常见的杂音干扰、同频干扰、阻塞干扰、组合干扰等多种干扰类型，并根据干扰的强度分别建立强、中、弱干扰，营造逼真的电磁干扰环境。
[0039] 训练演习模块包括方案的编辑与生产、方案的组织与实施，主要是通过采编过的视频短片模拟实际训练环境和训练情况，为各级指挥员的通信指挥训练提供一个可视化虚拟场景，增强训练的针对性和逼真性，其中方案的编辑与生成主要以训练想定为依据，广泛收集相关训练素材，编制成相应的视频，建立起训练方案数据库，根据训练科目的要求，生成所需训练的显示方案；而方案的组织与实施主要是在选择好训练科目的前提下，调用相应的视频方案，用于指导指挥人员根据相应的视频背景操作使用模拟电台，完成通信指挥。
[0040] 故障排除模块包括典型案例故障训练与故障诊断维修训练评估两部分组成，主要目的提高电台技术人员的维护与维修能力，通过仿真虚拟技术把电台内部电路结构以3D呈现出来，并将电台的一系列常见故障现象类型在平台系统中构建可更换单元故障模块，训练模拟器是对实装电台的真实模拟，是全方位的模拟，不仅要求外观、接口、键盘输入、界面显示要求一样，同时要求模拟电台的内部主要电路布局与真实电台相接近，这使得更加直观、清晰地展示定位故障源、电台故障维修流程，快速查看故障维修步骤以及制定故障维修方案，最后通过动手拆卸电台更换相应的故障模块，实现故障的检测与排除。其中典型故障训练是在系统提示下，首先进行模拟故障设置以及案例情景视频播放，然后在软件逐步引导下，结合文字提示以及3d电路结构图，按照要求将故障源定位，这部分主要训练操作人员熟悉和掌握故障诊断的思路与方法。
[0041] 故障诊断维修训练评估则要软件与硬件相结合的训练模式，评价的流程首先通过设置评估考核的科目，生成相应的背景视频，然后启动故障设置，把电台的故障现象呈现在训练模拟器上，接着操作人员根据故障的现象，结合自己的经验，对训练模拟器进行拆装，更换相应的故障模块，此时软件记录器诊断过程的操作过程，最后根据诊断结论给出评估结果。
[0042] 考核评估模块包括题库编辑及效能评估两部分，主要负责对参训人员操作、电台保障维修水平的建立评估标准，实行量化评估，经过层层递进，实现对训练效果评估。其中题库编辑主要是收集电台的理论知识建立试题库，并经过随机抽样，组织对参训人员电台的理论考核，考核题型为选择和判断题。效能评估的实质运用模糊数学变化原理，对评估对象的单机训练、组网训练、对抗干扰训练、战术模拟训练、故障排除、理论考核这6个因素表现进行归一化权重分配，再进行综合评估，这种评估的方法特征具有结果清楚、系统性强，能将定性评估转换成定量评估。
[0043] 超短波对空台训练模拟器主要功能是工作模式设置与调用，操作行为的相应，工作状态信息的上传及显示，自检、故障查询以及故障单元故障模块的更换，数据、话音信号的交互，该模拟器采用嵌入式设计，以S3C6410芯片构成最小系统，辅助外围电路模块、人机交互模块、语音采集与处理模块、无线WIFI模块、故障可更换模块组成，构建系统稳定、扩展性强、便于实现系统的升级。
[0044] 整个系统的信息通过电台模拟器-无线局域网-主控这条链路进行交互。其中SIP(Session Initiation Protocol)是一种多方媒体会话控制协议，主要用来生成、修改和终结一个或多个参与者之间的会话，主要通过组播、单播或者二者相结合的语音通信方式。
UDP(User Datagram Protocol)协议就是在建立正式通信之前不必与对方建立连接，不管对方状态就可直接发送，具有通信效率高的特点。
[0045] 1、主控模块
[0046] 主控模块主要以Samsung公司推出的ARM11系统S3C6410芯片为
控制器，包括12MHZ的晶振时钟电路、MAX811复位芯片、HY57V561620SDRAM 32M缓存芯片、U-K9F1208 Nand Flash 64M存储芯片、以及一系列电源芯片构成最小主控单元模块。该系统是32位RISC处理器，具备独立的指令高速缓存和数据高速缓存，主要应用于对性能和处理能力有更高要求的
嵌入式系统应用场合。
[0047] 2、人机交互模块
[0048] 电台模拟器在人机交互方面不仅要求外观逼真，同时要求实现装备的操作规程让参训人员感受到别无二致的真实体验。通过人机交互主要实现各类参数的输入以及显示，包括显示模块以及键盘输入，其中显示模块采用了广州大彩5.6寸TFT彩色串口屏，是集TFT显示驱动，图片字库存储、GUI操作、RTC显示以及各种组态控制于一体的串口显示终端；键盘模块采用5*4矩阵键盘，使用主控的5个输入输出IO和4个中断可以获取按下的键值。
[0049] 3、语音采集与处理模块
[0050] 为了提高语音采集、处理及传输的连续性与实时性，语音采集与处理模块采用三部分构成：
微处理器、数字编码芯片以及输入、输出设备，本系统采用了Philips公司生产的自带电路声音IIS总线的音频系统结构的UDA1341TS芯片，且内部集成了ADC、DAC可以实现
数字信号和
模拟信号的相互转换。当训练模拟器语音采集端(送话器)PTT按键触发时，系统切换成发射状态，此时系统对模拟
语音信号进行实时不间断的采集，将模拟信号进行模/数转换、量化，并通过IIS接口传输传送到主控系统中，主控系统立即对语音信号进行打包并通过组播方式进行实时传输，直到送话器PTT按键被松开为止，电台模拟器停止发送语音信号，然后切换成收信状态。
[0051] 4、无线WIFI模块
[0052] 无线WIFI模块主要采用基于SDIO接口的符合WIFI无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户主平台数据通过SDIO口到无线网络之间的转换。
[0053] 5、故障可更换模块
[0054] 传统的装备故障维修主要以理论为主，理论与实践结合程度不够明显，本系统采用了与实装电台内部电路模块布局一样的电路模块结构，包括A1音频接口单元、A2接口单元、A3频合单元、A4发控单元、A5接收1单元、A6接收2单元、A7保密机单元、A8调制解调单元、A9二次电源单元、A10网卡单元、A11遥控收单元，合计11个单元模块，同时各个单元模块都对应一个
开关以及防乱插结构，如图5所示，结合上位机软件故障排除系统，包含了多种电台常见故障维修方法，使
基层非技术人员可根据系统的提示更换故障模块从而快速修复电台性能；理论与实践同步，使培训人员更加直观、形象，接近实战的高度模拟故障排除。故障可更换模块的实现主要基于开关的切换，当上位机对电台模拟器进行设置故障时，根据模拟机的自检功能，参训人员根据自检提示，制定具体维修实施方案，对故障模块进行拆卸时，对应的开关触发一次，在更换模块时，对应的开关再触发一次，系统记录开关的更换情况，判断故障模块已经完成更换，并提示上位机系统故障已经排除。
[0055] 本发明数字超短波对空台训练模拟系统，以实际电台为研究对象，以局域网为
支撑，以计算机技术为核心，构建一个大规模、多参与者的实时的交互通信模拟训练系统。但凡对以上实施进行任何简单修改、等同变化，均属于本发明技术方案的范围内。
[0056] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0057] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
