基于模拟训练的无人机实战能力培养方法研究
杨森 席雷平 高喜俊 郑翌洁
摘? 要 为增强无人机实战能力培养效果，将模拟训练系统引入装备教学中。在分析模拟训练系统使用情况的基础上，探索基于模拟训练的无人机实战能力培养方法和手段。教学效果表明，采用模拟训练系统的无人机装备教学在训练和考核受訓人员方面效果均比较满意，是培养实战人才的一个有效途径。
关键词 实战能力;无人机;模拟训练系统;装备教学
中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）15-0038-03
1 无人机实战能力培养现状分析
无人机装备在现代信息化战争中发挥着越来越重要的作用，而装备作用的发挥必须通过实战能力强的操作人员来保证。作为承担无人机装备教学的院校单位，为了实现能打必胜的强军目标，必须始终把培养能打仗打胜仗的高素质无人机装备人才作为装备课教学的出发点和落脚点。但目前陆军工程大学石家庄校区在无人机装备课的教学过程中还存在许多与实战能力培养不相符的问题，具体表现在以下几个方面。
1）无人机装备课学员能力培养思想与实战脱节。目前无人机飞行控制专业课程对学员能力的培养思想存在重技术、轻指挥、弱管理等情况，与强化技指融合培养、按照复合型人才培养、注重综合素质培养的作战要求不相适应，与实战需求脱节。
2）无人机装备课学员教学内容与实战要求脱节。目前，无人机工程系士官培训员额已超过本科学员，士官将逐渐成为无人机部队装备保障岗位的主要来源。士官学员的特点决定了无人机装备课教学内容必须不断增强人才培养的针对性和有效性，使人才培养最大限度地符合部队需求、贴近实战，适应未来岗位任职需要。但目前的教学内容仍基本照搬本科学员培养模式，理论授课内容比重仍较大，与人才培养目标和实战需求脱节。
3）无人机装备课教学效果检验环节与实战需求脱节。目前，无人机装备课教学效果检验主要通过“平时成绩+理论考核+装备操作”的方式进行。其中理论部分主要是考核装备功能及组成原理，装备操作部分主要是考核学员对无人机阵地准备及静态联调联试的掌握程度，这种教学效果检验手段缺乏实战化考核环境，并且由于某些实战条件难搭建（如某些故障难在实装上设置），导致根本无法对其进行考核，致使对装备实战运用能力、故障排查能力的检验效果不佳，与实战需求脱节。
综上所述，目前的装备教学之所以存在上述困难，主要原因是缺乏实战操作训练和考核环境，训练者因为得不到与实战相近的高强度练习，致使其将知识移植到实际装备上的能力非常差，训练效果不理想。
2 模拟训练使用分析
模拟训练不受场地、空间和气候条件等的限制，既可以进行常规训练，还能培训操作手处理各种事物的应变能力，是除了实战环境之外，效果最逼真的实战训练环境构建方法。它以高效率、高效益而备受军方重视。
美军是世界上开展模拟训练技术研究和应用最早的国家，其技术和装备一直居国际领先地位。20世纪80年代以来，为满足高技术战争的需求，美军开始将计算机模拟作战训练作为军事训练的基本手段。同时还可通过卫星和计算机模拟实现大规模军事演习。
俄军也是模拟训练系统的强国。俄军为发展模拟训练系统不惜成本，其先进武器装备几乎都编配有相应的模拟训练系统。俄军高度重视军事训练设施和先进训练模拟器材建设，以保证训练模式的有效落实。鉴于训练模拟器是节省训练成本，提高训练效率和减少人员伤亡的最佳途径，俄军开始加强新型训练模拟器的研发和装备工作，并不断增加训练强度，强化部队的实战能力。
无人机模拟训练系统在无人机部队日常训练中具有其他设备不可替代的作用，主要是利用无人机模拟训练设备对无人机地面操控人员进行模拟训练。相对于有人机模拟训练系统，无人机模拟训练系统有其自身的特点。在无人机模拟训练系统的研究与应用中主要包含两大部分内容，分别是无人机飞机系统和地面控制站，即这两大部分的功能模拟。这两大部分之间还存在密切联系，即无人机地面控制站通过数据链控制无人机飞机系统按照作战任务执行相应的飞行任务和机载设备工作任务。为了提高无人机模拟训练时的逼真度和沉浸感，需要研究适合无人机系统自身特点，并针对人在回路控制系统结构特点的无人机模拟训练系统。
目前，国内一些部队已采用模拟训练设备开展相应无人机操作训练，但模拟训练对实战能力培养的有效作用未引起院校装备教学的重视，院校在进行装备教学时仍然思想陈旧、方法单一、手段落后。为了培养能打仗打胜仗的无人机专业实战人才，陆军工程大学石家庄校区以现有的少数无人机装备为基础，开发了两种模式的模拟训练设备并投入平时教学的装备训练和考核环节。
3 基于模拟训练的无人机实战能力培养
基于课程实践教学的需要，并结合夯实无人机飞控实操能力、拓展实操无人机类型、强化应急处置能力的实战要求，把无人机模拟训练方面的最新科研成果引入课程教学，将虚拟装备和实际装备相结合、抽象遥测数据与形象化飞行姿态展示相结合、飞行任务操控与基于作战环境的细节推演相结合，打造出功能完备、研训一体、突出飞行操控和特勤处置能力训练的半实装模拟训练系统和全虚拟模拟训练系统，为提高学员的无人机装备实战应用能力夯实基础。
半实装模拟训练系统? 半实装模拟训练系统中与操作手交互密切的飞行控制柜与任务控制柜采用实装，天上飞的无人机部分通过虚拟无人机实现，二者之间通过通信模块连接，抛开实装里的数据链系统，其系统结构如图1所示。
虚拟无人机部分可模仿无人机飞行的动力学模型，根据飞行控制指令控制产生运动输出，以三维可视场景显示其运动响应，其响应的运动姿态、速度信息既可通过通信模块传送至飞行控制柜遥测信息显示单元，也可在虚拟无人机的显示窗口显示。同时，虚拟无人机还能模仿无人机任务载荷的相应功能，与任务控制柜结合起来模拟与真实任务操作相似的场景。因此，通过该模拟训练系统可对操作手开展与实装逼真度高的飞行操作和任务训练操作。
全虚拟模拟训练系统? 全虚拟模拟训练系统采用三维建模技术、虚拟现实技术和无人机装备训练操作使用相结合的方式实现，主要包括训练单元、人机交互单元、行為交互单元、虚拟仿真模型单元、训练考核数据单元和多媒体资源单元。其中，训练单元提供系统操作使用规范;人机交互单元提供虚拟无人机三维仿真模型可视化窗口;行为交互单元将人机交互单元指令转化为对虚拟无人机三维仿真模型的控制指令，驱动相应虚拟仿真模型单元动作;虚拟仿真模型单元提供虚拟无人机三维仿真模型的外观和功能状态;训练考核数据单元记录考核时的操作行为，判断操作正确性，显示存储考核结果;多媒体资源单元提供装备的多媒体资源。该系统沉浸感好、交互性强、自主学习性强、创新性高、功能丰富、易于扩展、方便训练任务的展开。采用该系统可进行操作训练、故障诊断训练及相关考核，在视觉感受上与实战环境非常逼近。
功能特点? 无论是半实装模拟训练系统，还是全虚拟模拟训练系统，都应当具备如下功能的模拟。
1）无人机地面指挥控制站操控环境模拟。无人机地面操控环境的逼真度是无人机模拟训练是否具有较高沉浸感的重要因素之一，如果地面操控人员通过地面模拟操控设备的操作训练，能够获得与操控真实装备时相同的感觉，则地面控制站模拟操作环境就达到了预期的效果。因此，对操控环境和操控设备的模拟显得尤为重要。
2）无人机飞机系统飞行过程模拟。无人机飞机系统在空中的飞行状态采用全虚拟无人机来模拟，其实质是虚拟的无人机飞机系统，能够模拟无人机空中飞行的全过程，包含了飞机系统的大部分仿真模型，能够接收地面控制站发出的遥控指令，按遥控指令控制飞机的飞行姿态和飞行航迹，并能够模拟机载传感器实时将遥测数据按照遥测帧格式输出到地面控制站。它通常采用计算机仿真模型的形式实现。
应用情况? 在无人机工程系以往的无人机装备教学中，一般采取的流程是：先讲授装备理论知识，然后采用自主开发的多媒体训练资源进行操作引导授课，最后在实装现场进行操作演示和操作训练。现在为了提高受训学员的实战化能力，在理论课讲述完成之后，先采用全虚拟的模拟训练系统对装备的整体结构、装备的规范化操作步骤和故障诊断训练步骤（以多媒体资源形式融入虚拟训练系统中）进行学习，然后利用全虚拟的模拟训练系统进行操作/诊断训练，接着采用半实装的模拟训练系统向学员进行演示和组织操作训练，最后利用实装进行操作练习。考核时采取实装承担一部分、模拟训练系统参与一部分的形式进行考核，并给予定量评分。装备教学过程对比如图2所示。
通过与学员进行座谈、交流以及以调查表形式获取的反馈信息如表1所示。可以看出，模拟训练系统在训练和考核受训人员方面效果均比较令人满意，缓解了装备训练和考核环节的部分难题，是培养实战人才的一个有效途径。
4 结语
实战能力是无人机装备人才培养的核心能力，其中模拟训练在无人机装备人才实战能力培养中发挥了重要作用，已成为提升战斗力的倍增器。将模拟训练系统引入院校装备教学中，可为教学提供与实战接近的教学环境，供学员反复操练，并且原先不能摸、只能看或只能想、不能做的训练科目都可以通过模拟训练系统实现。通过这种手段培养出来的无人机装备人才送入部队后势必会迅速形成部队战斗力，院校亦达到人才培养的目标。
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