夏栋，高伟亮，王文博

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041；2.海军参谋部电子局，北京100841）

预警雷达作战训练系统态势控制子系统设计

夏栋1，高伟亮1，王文博2

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041；2.海军参谋部电子局，北京100841）

态势控制子系统是预警雷达作战训练系统的重要组成部分，在为训练系统提供态势数据的同时控制整个训练过程的开展，并将整个训练系统的实时状态反馈给教练员。针对预警雷达作战训练系统的需要，对态势控制子系统设计进行研究。应用实践表明，设计方法完全满足预警雷达作战训练的需要。

预警雷达；作战训练；系统仿真；态势生成

0 引言

由于部队训练开展受到各种自然、人为、经济、安全因素的制约，各种模拟训练系统的替代训练越来越受到重视[1]，预警雷达作战训练系统就是其中一项典型的应用[2]。预警雷达作战训练系统由态势控制子系统和各个雷达模拟子系统组成，态势控制子系统完成训练科目的下达和态势数据的分发以及对整个训练过程的控制[3]，对整个系统的训练效果起着至关重要的作用。态势控制子系统是整个训练模拟系统的发起者与掌控者，教员通过态势控制子系统实现训练与考核科目的设置，以及整个训练过程的控制，同时态势控制子系统还要向教员提供训练过程中态势与学员操作的实时显示，训练结束后态势控制子系统要存储当前操作学员的训练或考核成绩。态势控制子系统的设计包括功能设计、组成模块设计、界面设计和网络通信设计。

1 态势控制子系统组成模块研究

态势控制子系统需要完成训练科目的设置与下达、训练过程控制、训练态势显示、学员操作情况显示（便于教练掌握学员操作情况）等内容，具备以上功能的态势控制子系统的组成模块（图1）。

图1 态势控制子系统组成

1.1 科目设置

科目设置主要对学员的训练内容进行设置，包括分机故障设置、态势设置和科目管理3个子模块。

（1）雷达故障设置是为了训练和考核地勤人员开机、雷达自检、故障处理、天线校正等内容，具体内容包括：①雷达分机故障设置，包括信号处理子系统、接收子系统、TR组件、波控子系统、电源子系统、链路状态、环控系统和TR温度等。②TR组件工作特性设置，包括天线接收/发射下的幅度特性、相位特性的设置。雷达故障设置后会影响到雷达各器件的状态，控制台应适时将更改后的新状态通过网络发送到模拟台，雷达故障状态信息内容及格式见网络通信设计部分。

（2）态势设置是为了训练和考核空勤人员目标起批、建区、抗干扰等操作而对雷达工作环境进行的设置，具体内容包括：①平台航迹规划[4]，主要完成飞机平台执行任务的航线规划，包括飞行路线、飞行速度、飞行高度等。平台航迹规划和目标航迹设置一般是在控制台软件画面地面背景上完成设置，也可以通过经纬度数值设置，详细设置方法见软件设计对应部分。②气象环境设置，主要完成飞机飞行过程中天气的影响，主要包括云雨和海况的设置，云雨设置内容包括云雨中心经纬度、高度、面积等，海况设置包括海上风速、风向、海况级别，训练过程中可动态改变气象环境设置。③目标设置，完成训练过程中所需目标属性、类型、航迹等信息的设置[5]，设置方法与平台航迹基本一致，训练过程中可动态增加或改变目标航迹。④干扰源设置，完成训练过程中多个干扰源的设置，内容包括干扰类型、干扰功率、干扰平台绑定，干扰源开关机时刻可在训练过程中实时控制，训练过程中可以启动或停止干扰源，也可动态增加或删除干扰源。

（3）科目管理完成对设置科目的管理。为了减少科目设置的工作量，需通过文件或数据库的方式将设置好的科目相关信息（包括雷达系统信息、气象、目标、平台航迹等所有相关信息）进行保存，系统可通过载入已有的科目文件完成科目的完整设置。

1.2 态势显示

态势显示完成训练过程中环境、平台、目标、干扰等信息的动态显示，显示内容包括背景地图、平台图标、平台航迹、目标图标、目标航迹、干扰图标、云雨图标等，可通过命令显示或隐藏平台和目标的航迹。

1.3 操作实时显示控制台软件界面中可实时显示出学员当前的操作情况，便于教员掌握学员的操作情况。

1.4 训练数据发送预警雷达作战训练系统能够运行起来，需要态势控制子系统将雷达状态、平台信息、目标信息等内容发送给模拟台，模拟台根据这些信息模拟出雷达天线接收到的真实回波并进行处理。控制台发送给模拟台的数据包括：①雷达系统信息，包括故障码、TR组件特性数据等，这些信息影响了雷达的工作状态，需要实时发送给控制台。②训练态势数据，包括平台位置、气象数据、目标位置、干扰信息等，这些信息随训练过程实时变化，需要周期发送给模拟台，发送周期≤1 s。

1.5 训练过程控制

控制台能够实现对训练过程进度的控制，控制内容包括训练开始、结束、暂停、快进、回放等。

1.6 成绩显示

训练过程中，模拟台提供给控制台学员成绩和操作列表，控制台对这些内容进行显示，便于教员掌握学员的操作情况，操作列表中包括操作发生的时间、操作内容以及对操作的评价。

2 态势控制子系统界面设计

态势控制子系统软件界面为窗口风格，界面组成元素包括标题栏、菜单栏、快捷工具栏、态势显示区、状态信息栏、操作情况显示区等内容（图2）。其中标题栏与普通桌面程序标题基本一致，由程序图标、程序名称、系统最小化、最大化/还原、关闭等按钮组成；操作情况显示区显示学员训练操作情况，是一个单独的子窗口，可通过菜单或快捷工具栏控制其显示或隐藏。界面各组成部分实现功能如下所述：

2.1 菜单栏

菜单栏由各种不同类型的命令和操作菜单组成，实现对整个控制台软件的控制和操作。包括“系统控制”、“画面显示”、“故障操作”、“态势设置”、“科目管理”、“成绩管理”等菜单。“系统控制”菜单实现对整个训练系统的管理和监控，包括“预警雷达管理”、“开始训练”，“暂停训练”，“过程快进”，“结束训练”，“程序退出”等命令；“画面显示”菜单控制程序界面的显示情况，包括“学员操作记录”、“平台航迹线”、“目标航迹线”、“干扰图标”、“云雨图标”、“地图缩放”、“地图漫游”、“地图显示控制”，“经纬网格线”等命令；“故障操作”菜单完成对雷达故障和天线TR组件性能的设置，包括“分机故障设置”和“TR组件设置”命令；“态势设置”菜单完成训练环境的设置，包括“平台航迹规划”、“气候设置”、“目标设置”、“干扰源设置”等命令。“科目管理”菜单完成训练科目的存储、浏览、调用等功能，包括以“保存当前科目”，“载入科目”等命令；“成绩管理”菜单，弹出“学员训练考核成绩”对话框，在弹出的对话框中可以浏览和编辑 记录学员的成绩和错误操作列表。

图2 界面组成元素图

2.2 快捷工具栏

快捷工具栏由一些常用的快捷命令按钮组成，按钮以图标的形式显示在快捷工作栏中。快捷工具栏命令按钮包括科目设置类、过程控制类、画面显示类等按钮。

2.3 态势显示区

态势显示区是整个程序界面的主体部分，对整个训练过程中预警机平台、目标的地理位置和运行轨迹以及自然环境和干扰情况进行显示，便于教员对整个训练过程进行掌握和控制。显示内容包括地图背景、预警机平台图标与航迹、目标图标与航迹、干扰图标、云雨图标。

（1）地图背景。地图背景通过载入地图文件生成，支持地图漫游和缩放。地图文件的选择有2种，一是背景地图通过地图矢量文件生成，地图矢量文件及开发方法有现成的代码，开发工作量较小。二是地图背景为卫星地图方式，相对于矢量平面地图，卫星地图更加形象，缺点是没有现成的数据，需要开发方在谷歌地图中下载。

（2）平台和目标图标及航迹。预警机平台图标建议选用固定翼飞机图标，预警平台航迹线选用醒目颜色表示并加粗，以助于与目标航迹相区分。目标图标跟目标类型有关，空中目标采用飞机或导弹图标，海面目标采用军舰图标，地面目标用坦克表示。

（3）干扰和云雨图标。有源干扰图标可采用闪电，也可用其他辐射状图标，当干扰机工作是，干扰图标应处于闪烁状态。云雨图标采用云朵，当云雨面积较大时，可采用多个云朵图标表示。

2.4 状态信息栏

状态信息栏对训练过程中的一些重要信息进行显示，主要包括光标当前位置经纬度、平台当前经纬度、地图比例尺、干扰机是否开机、训练进行时间。

2.5 学员操作情况窗口

学员操作情况窗口以列表的形式显示了学员每一步操作情况，列表中每一行包含“操作时间”、“操作内容”和“操作评价”，这些信息由模拟台通过网络传递给控制台（图3）。

图3 “学员操作情况”对话框示例

图3为该对话框的一个示例，教员可以在该对话框中输入学员姓名，并根据当前训练内容的特点输入当前学员训练或考核的科目，如“系统开机”、“通电检查”、“分机故障排查”、“天线校正”、“目标跟踪”、“抗杂波”、“抗干扰”等选项。“学员成绩”一项由模拟台提供，但是训练结束后教员可以根据学员的表现对该成绩进行修改。点击“保存成绩”按钮时，学员成绩将会保存到数据库中，点击“丢弃成绩”按钮该次训练成绩不记录，每次训练的记录数据包括：“学员姓名”、“科目名称”、“训练日期”、“学员成绩”4项内容。训练结束后直接退出该对话框的默认操作为不记录学员成绩。

3 态势控制子系统网络通信

为了保证训练系统的流畅性，态势控制子系统与其他子系统台之间采用UDP异步通信的方式完成数据交换。由于态势控制子系统只运行于1台设备上，向多个模拟子系统提供态势数据，态势子系统对外通信采用广播（组播）方式。

3.1 数据包格式设计

模拟训练系统各计算机之间通信数据包格式简洁，每个通信数据包都有包头和数据两部分组成。其中，报头包括了数据包总长度、数据类型和收发IP地址信息，数据部分则是要网络传递的数据。所有数据包包头格式统一，总共有16字节，其数据结构如下。

typedef struct tagPaketHeader//协议报文头

{

UINT msTotalLen;//数据包总长度，单位：字节

UINT ucDataType;//数据类型//:0：故障代码，1:TR幅相，2：

unsigned char ucSendIP[4];//发方地址

unsigned char ucRecvIP[4];//收方地址

}PACKETHEADER，*LPPACKETHEADER;

3.2 控制台到模拟台数据

控制台发送给模拟台的数据包括2类，具体为：①雷达系统信息，包括模拟台位控制指令、故障码、TR组件特性数据等，这些信息影响了雷达的工作状态，需要实时发送给控制台。②训练态势数据，包括平台位置、气象数据、目标位置、干扰信息等，这些信息随训练过程实时变化，需要周期发送给模拟台，发送周期≤1 s。

模拟台位控制指令向各模拟台位发送台位分配和程序开关指令，命令内部包括雷达ID、雷达型号、模拟台位、控制命令等内容，其数据结构如下：

//***********模拟台位控制指令*******

typedef struct tagSimulatorControl

{

PACKETHEADERheadPacket;//数据包头

UINTusRadarID;//雷达编号，用于区分不同雷达

UINTusRadarType;//雷达型号ID，区分不同型号雷达，取值见数据库

UINTusSimulatorNoID;//模拟台位号，0：不分配台位，1～3：台位1～台位3

UINTusSimulatorControlCode；//模拟台程序控制指令，1：程序启动，2，程序退出

}SIMULATORCONTROL，*LPSIMULATORCONTROL;

//***********END**************

分机故障数据包为控制台发送给各模拟台位的分机故障信息，包含信息包括故障类型、故障分机号等。

TR组件特性数据包为控制台发给模拟台的TR组件特性数据，每个TR组件特性数据包发送一组TR组件特性，包括组件ID、组件特性数值。

态势数据包为训练过程中雷达平台位置、目标位置、干扰、气象等信息的动态数据，由控制台周期发送给各模拟台位，发送周期暂定为1 s。其中，平台信息包括雷达平台位置、高度、速度、航向等，目标信息包括各设置目标的位置、高度、RCS、速度、航向、俯仰角、敌我属性等，气象信息包括云雨和海况，干扰信息包括干扰类型、干扰平台、方位、距离、频率、带宽、干扰功率等。

3.3 模拟台到数据台数据

模拟台位发送到态势控制子系统的数据也包括2类：①学员操作信息。②模拟台文字信息。学员操作数据包为各模拟台位发送给控制台学员操作数据，数据结构为：

//学员操作情况数据包

typedef struct tagStudentOperation

{

PACKETHEADERheadPacket;//数据包头

SYSTEMTIMEstTime;//操作时间

charstrOperation[50]；//操作内容

charstrAppraise[50]；//操作评价

floatfScore;//成绩

}STUDENTOPERATION，*LPSTUDENTOPERATION;

//END

模拟台文字消息为模拟台反馈的提示或异常信息，当控制台收到该类数据时，应通过弹出消息框显示该文字消息，其数据结构如下：

//模拟台文字消息

typedef struct tagSimulatorMessage

{

PACKETHEADERheadPacket；//数据包头

charmessage[60]；//文字消息

}SIMULATORMESSAGE，*LPSIMULATORMESSAGE；

//END

4 结论

态势控制子系统提供了支撑整个预警雷达作战训练系统正常运行的态势数据，对训练效果起着至关重要的作用。将态势控制子系统划分为科目设施、态势显示、操作实时显示、数据发送、训练过程控制、训练成绩评定6个模块可满足态势训练的各种要求。采用窗口形式的显示界面更方便教练员的操作和使用，同时采用UDP作为数据传输样式保证了系统运行的流畅性。

［1］夏栋，察豪，秦华，等.基于实采数据的海杂波与气象杂波模拟[J].现代雷达，2012，34（5）：77-80．

［2］朱元昌，邸彦强.雷达装备通用模拟训练系统研究[J].兵工学报，2005，26（1）：94-99．

［3］朱宇峰，晋华义，刘健.作战模拟训练系统中导调框架的设计[J].舰船电子工程，2008，28（10）：139-143．

［4］周易，邓歌明，田杰荣.机载火控雷达作战训练系统的研制[J].微计算机信息，2009，25（7）：225-226，214．

［5］曾安里，黄华，张怀天，等.防空反导作战想定分发与推演训练系统[J].指挥信息系统与技术，2013，4（3）：8-15，24．

〔编辑 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.48