陈水燕

摘要：模拟实兵对抗训练系统是以武器装备性能模拟和战场环境模拟为重点，突出对指挥控制、部队行动和装备作战效果等交战数据的实时采集，支撑部队开展战术对抗演习活动，检验单兵作战能力、战术对抗能力和体系作战能力的训练系统。为解决目前通信系统基站覆盖范围小，通信易受干扰，系统部署成本高等问题，本文设计了基于LORA通信的模拟实兵对抗训练系统。该系统通过LORA通信终端将模拟终端的状态及模拟交战事件发送到LORA网关，LORA网关将状态和事件数据传送到导控软件，导控软件也可以通过LORA网关下发指令，对模拟终端进行实时导调控制。经测试，单LORA网关基站可以覆盖通视3km范围，实现100个实兵交战系统终端95%以上的在线率，较好的满足了使用单位的需求。

关键词：基于LORA通信;模拟实兵;对抗训练系统

引言

模拟实兵对抗训练系统是以武器装备性能模拟和战场环境模拟为重点，突出对指挥控制、部队行动和装备作战效果等交战数据的实时采集，支撑部队以“实兵、实装、虚弹”方式开展战术对抗演习活动，检验单兵作战能力、战术对抗能力和体系作战能力的训练系统。传统的通信方式为3G，4G，数传电台等，有通信覆盖范围小，通信易受干扰，系统部署成本高等问题。

本文针提出了一套基于Lora通信的模拟实兵对抗训练系统。系统利用Lora通信模块通信距离远、绕射能力强等特点，实现复杂训练环境下长距离、大面积通信覆盖，在模拟实兵对抗训练系统上应用具有一定的创新意义。

1 Lora无线技术

无线传输模式，相较于有线传输模式有综合成本低，可维护强的优点。常见的无线传输方案有GPRS，WiFi，Zigbee，蓝牙以及新兴的Lora。

使用运营商提供的GPRS，3G或4G等无线通信网络的缺点是需要向通信运营商缴纳资费，运营商基站覆盖范围也限制使用场景。WiFi，Zigbee和蓝牙协议无需运营商基站支持，其缺点就是这3种通信方式的通信范围都非常有限，仅几百米到几十米，只适合于小范围内组网通信，不适合长距离组网通信。

Lora通信技术LoRa技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性。基于发展完备的数字扩频技术和向前纠错编码技术等传统无线通信技术，使用免授权的ISM频段。

2总体设计

本系统主要包括单兵模拟终端，通信网关和导控软件组成。按层关系级划分，如下图所示

模拟终端定时上报身份信息，位置，携带武器，剩余弹量等状态信息数据，在模拟交战时，实时上传中弹，伤亡等事件信息数据。模拟终端属于模拟实兵对抗训练系统的终端感知层，主要实现武器装备火力打击性能的模拟，体现红蓝双方火力打击行动、交战关系和对各类目标的综合毁伤效果，为部队实兵演习提供自主对抗手段。导控软件主要功能是实现模拟交战方案编制，交战控制，导调裁决，交战态势显示，数据采集，数据分析，数据存储。通信网关视模拟实兵交战场地的地形，布置在合适的位置，实现最优覆盖，用于模拟终端与导控软件之间信息数据的“上传下达”。

3系统设计

3.1终端设计

模拟终端由穿戴背甲，头盔和激光模拟武器组成。头盔包含命中激光接收器，定位模块，蓝牙模块，发烟装置等功能模块。穿戴背甲包含命中接收探头，通信模块，蓝牙模块等功能模块。激光模拟武器包含编码激光器，蓝牙模块，扳机触发器等功能模块。

由于终端上的主控芯片需要处理各個分模块的数据，所以选择高性能的STM32F103系列ARM单片机。ARM处理器为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗，同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。

本设计中选用的定位模块是一款类G-MOUSE卫星接收器，是一个完整的双星定位接收机;内置卫星接收天线，具有全方位高精度定位功能。

通过软件算法技术创新，使体系定位精度可以达到静态小于5米，动态小于3米。

Lora通信模块选用Semtech公司SX1268射频芯片，具有多种工作模式，工作在（410～490MHz）频段，Lora扩频技术。该扩频技术与传统SX1278方案相比，传输距离更远，速度更快，功耗更低，体积更小。

激光采用980nm工作波长。980nm波长阳光辐射强度小，传感器背景噪声小，有利于可靠通信;980nm波长处于较理想的大气窗口，大气衰减小，有利于可靠通信;硅光电传感器对980nm波长激光信号光电转换效率更高。

模拟终端的头盔，背甲和激光模拟武器之间数据交互是通过蓝牙模块来实现的。采用高度集成的蓝牙低功耗模块，模块间主从关系配对使用，最高支持一主七从，可以扩展配对使用多个模拟器材。

3.2通信网关设计

通信网关由供电电路和处理控制单元组成。处理控制单元包括Lora核心板和串口转以太网模块。

处理控制单元中，Lora网关选用SX1302核心板，标准MiniPCI-e接口，SPI接口，模组内置PA和LNA，半双工设计，搭载前端SX1250，可以支持扩频因子SF5～SF12。相比上一代SX1301，可支持更高速率的数据通信，同时功耗大幅降低，性能显著提高。

串口转以太网模块集成10/100M自适应以太网接口，串口通信最高波特率高达1.152Mbps，具有TCPClient/Server，UDP工作模式，可通过软件配置、AT命令配置和网页配置。

3.3导控软件设计

实兵对抗训练系统导控软件用于实兵对抗训练系统的训练全过程管理，能够进行训前数据准备、训中导调监控和训后分析评估。训前数据准备能够维护部队编制、武器装备以及激光交战设备，并提供训练方案的管理维护功能，为实兵对抗的开展提供数据基础;训中导调监控支持组训人员启动、停止实兵训练，支持组训人员实时监视战场态势和战果战损，支持组训人员根据训练需要动态控制激光交战终端，并训练结束后保存训练数据;训后分析评估支持组训人员结合评估指标进行训练过程的复盘讲评，提供受训部队同单位历年训练数据的纵向评价和多单位同年数据的横向比较，为部队的训练讲评提供全维度的数据支撑。

训练环境启动，启动数据采集子软件，采集各类训练设备数据状态，确保软硬件系统处于训练准备状态。实兵训练开始，在导调控制子软件中，控制训练开始，启动调度引擎，激活各类交战模拟终端。在态势显示子软件中，实时监控战场态势、设备状态并统计红蓝双方的战果战损，支持组训人员准确掌握训练情况，并能根据训练需要进行导调控制。实兵训练结束，停止调度引擎，锁定各类交战设备，保存交战数据。

4系统测试

2020年8月，在云南省曲靖市某地，部署实兵对抗训练系统，用户进行实验测试。场地长宽各约3公里，面积约为10平方公里，场地内有山丘，灌木，树林等。Lora模块空中速率设置为2.5kbps，发送功率为30dbm，天线为2db柔性棒状天线。Lora网关发送功率27dbm，天线为1.5米6db玻璃钢天线。通信网关Lora天线安装在5米高三脚支架上，选择训练场中央的高地位置安装以实现对移动的模拟终端进行良好的覆盖。

实测模拟终端距离Lora网关2Km距离，终端可以收到网关发送的数据，网关也收到终端每秒一包的状态上传数据。测试结果是Lora网关可以覆盖不小于3km直径的区域。

组织红蓝双方各投入50个模拟终端，终端数据上传周期为1秒，检测100个终端状态数据，设置离线判定条件为连续10秒收不到终端上传的状态数据。终端在距离通信网关2km范围内移动，动态数据监控结果是在线率大于95%。

5结果与讨论

本文对基于Lora通信设计的模拟实兵对抗训练系统在野外场地进行信，覆盖范围测试。测试表明，通信网关可以覆盖复杂地形环境下不小于3Km范围，终端在线率达到95%以上，可以很好的满足小规模分队训练演习的需求，成本低，布置机动灵活。使用中发现系统仍然存在不足，如地下室或者坑道，山洞，建筑物后方等如果距离通信网关较远，就会无法覆盖或者覆盖不佳。随着终端数量的增加，会出行上行数据拥堵而发生状态数据上行丢包的问题，导致在线率下降。BA5BB3C3-5F6D-449F-9E07-509332AB2AFC