呂松天 王超 牟洋

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大型無人機(jī)在軍用領(lǐng)域大放異彩，我國“彩虹”等大型察打一體無人機(jī)在中東戰(zhàn)場(chǎng)獲得較為突出的戰(zhàn)果。在民用領(lǐng)域，我國大型無人機(jī)在應(yīng)急測(cè)繪、森林防火、地質(zhì)勘探、海洋監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。相較小型無人機(jī)，大型無人機(jī)擁有更重的任務(wù)載荷、更遠(yuǎn)的航程和更長的續(xù)航時(shí)間，更適合執(zhí)行遠(yuǎn)程持久情報(bào)、監(jiān)視、偵察等任務(wù)。相較有人機(jī)，無人機(jī)的使用維護(hù)成本更低。因此，諸多領(lǐng)域?qū)Υ笮蜔o人機(jī)及其操控員的需求持續(xù)增加，大型無人機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的使用需求也相應(yīng)快速增長。

小型無人機(jī)操控簡(jiǎn)單、場(chǎng)地要求低、使用維護(hù)成本低、事故附帶損傷小。因此，小型無人機(jī)操控員通?？衫脤?shí)裝進(jìn)行飛行操控訓(xùn)練。相比之下，大型無人機(jī)飛行受場(chǎng)地、空域限制較大，使用、維護(hù)及燃油成本高，若出現(xiàn)飛行事故，危害和影響較大。操控員完全依靠實(shí)裝進(jìn)行訓(xùn)練，損耗大、風(fēng)險(xiǎn)高、訓(xùn)練成本高。因此，大型無人機(jī)操控員通常采用仿真與實(shí)飛相結(jié)合的方式開展飛行訓(xùn)練。雖然模擬訓(xùn)練無法完全替代實(shí)飛訓(xùn)練，但仍是一種重要的訓(xùn)練手段。下面對(duì)桌面型、專用型、機(jī)動(dòng)型及實(shí)裝型四種大型無人機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)及差異性進(jìn)行分析。

桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要適用于初學(xué)者進(jìn)行無人機(jī)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)、無人機(jī)基礎(chǔ)操控技能訓(xùn)練及無人機(jī)操控員篩選。其主要功能是，讓初學(xué)者了解無人機(jī)基本操控原理及操控流程，熟悉無人機(jī)操控方式。

通過安裝不同訓(xùn)練軟件，桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)飛行控制、航線規(guī)劃、任務(wù)載荷控制、數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)控及機(jī)務(wù)維護(hù)等不同課目的基礎(chǔ)技能仿真訓(xùn)練，具有較強(qiáng)的通用性。

桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件通常為商用臺(tái)式機(jī)或單屏顯控臺(tái)，根據(jù)使用需要還可配備操縱桿。相比于專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)硬件組成簡(jiǎn)單且無須高性能硬件設(shè)備，使用商用電腦及操縱設(shè)備即可完成簡(jiǎn)易系統(tǒng)搭建，建設(shè)成本低，建設(shè)周期短，可在短期內(nèi)大規(guī)模部署，適合有無人機(jī)基礎(chǔ)培訓(xùn)需求的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、院校、訓(xùn)練中心使用。

專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)針對(duì)特定型號(hào)無人機(jī)及其任務(wù)載荷訓(xùn)練需求而設(shè)計(jì)，外觀設(shè)計(jì)參考了實(shí)裝指控艙內(nèi)部布局。相比于桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練針對(duì)性更強(qiáng)，功能更加豐富，具有與實(shí)裝一致的軟硬件操作界面，真實(shí)還原了操控環(huán)境及人機(jī)交互接口，培養(yǎng)使用者正確操控?zé)o人機(jī)及分配注意力。使用者完成模擬訓(xùn)練后，能快速熟悉實(shí)際裝備，縮短實(shí)飛訓(xùn)練時(shí)間。專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要用于特定型號(hào)無人機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)技能訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練及崗位轉(zhuǎn)換訓(xùn)練。

專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件設(shè)備通常由多個(gè)操控席位、導(dǎo)調(diào)席位及仿真運(yùn)行系統(tǒng)組成，如圖2所示。

操控席位主要用于學(xué)員操控仿真訓(xùn)練，其外觀設(shè)計(jì)應(yīng)參考實(shí)裝，席位應(yīng)與實(shí)裝具有相同的外形尺寸、操縱設(shè)備及人機(jī)交互界面，真實(shí)還原實(shí)裝操控環(huán)境。同時(shí)，操控席位應(yīng)安裝與實(shí)裝相同的操作界面軟件和功能軟件，從而實(shí)現(xiàn)控制仿真。所裝載軟件通常包含飛行控制、任務(wù)控制、火控、鏈路監(jiān)控、任務(wù)規(guī)劃、抬頭顯示（HUD）、態(tài)勢(shì)顯示等軟件。使用者利用各席位安裝的不同功能軟件來實(shí)現(xiàn)不同操控崗位的仿真功能。根據(jù)實(shí)裝配置及訓(xùn)練需求，席位應(yīng)配置不同類型的席位，例如飛行控制、任務(wù)控制、鏈路監(jiān)控、情報(bào)處理等席位。

導(dǎo)調(diào)席位主要用于教員對(duì)訓(xùn)練過程的監(jiān)控，通常為多屏顯控臺(tái)。多個(gè)屏幕可同時(shí)顯示仿真數(shù)據(jù)、仿真圖像、二維或三維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)及導(dǎo)調(diào)控制軟件主界面。在訓(xùn)練過程中，教員利用多屏顯控臺(tái)，全面掌握學(xué)員的訓(xùn)練情況。在軟件功能上，導(dǎo)調(diào)席位應(yīng)包含具有場(chǎng)景設(shè)置、任務(wù)設(shè)置、環(huán)境設(shè)置及特情設(shè)置等功能的導(dǎo)調(diào)控制軟件及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示軟件，從而實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練過程監(jiān)控、管理及訓(xùn)練課目設(shè)置。

仿真運(yùn)行系統(tǒng)是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)算核心，通常根據(jù)操控席位及軟件需求，配置多臺(tái)計(jì)算機(jī)及高性能仿真工作站用于軟件運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理、仿真運(yùn)算及仿真三維場(chǎng)景生成，除此之外，還須要交換機(jī)、視頻編碼器、視頻矩陣等硬件設(shè)備，以處理和分發(fā)數(shù)據(jù)及圖像等信息。

專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)人機(jī)交互界面的真實(shí)性及運(yùn)算能力要求較高，無法使用商用貨架產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)易搭建，通常由相應(yīng)型號(hào)總體單位或?qū)I(yè)仿真訓(xùn)練設(shè)備研發(fā)單位設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。相比于桌面型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，專業(yè)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、造價(jià)較高、建設(shè)周期長，但其功能豐富、仿真程度高。同時(shí)，對(duì)無人機(jī)應(yīng)用單位而言，仿真訓(xùn)練不受時(shí)間、空間、場(chǎng)地及空域限制，飛行損耗小，安全風(fēng)險(xiǎn)低，訓(xùn)練效費(fèi)比大幅提升。因此，專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)適合具有特定型號(hào)訓(xùn)練需求的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、院校及無人機(jī)使用單位等專業(yè)用戶。

機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的主要功能、組成與專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)相似。機(jī)動(dòng)型和專用型的最大差別在于，機(jī)動(dòng)型的硬件設(shè)備部署于與實(shí)裝相似的方艙內(nèi)，而非部署于教室或訓(xùn)練中心等室內(nèi)環(huán)境。機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)專為部分長期野外作業(yè)或機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)單位的訓(xùn)練需求而設(shè)計(jì)，其方艙設(shè)計(jì)滿足軍用方艙的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部設(shè)備均采用抗振加固設(shè)備。該系統(tǒng)可快速完成機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)部署，能在野外、高低溫、雨、雪、風(fēng)沙等惡劣條件下正常工作，艙內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)可為使用者提供舒適的訓(xùn)練環(huán)境。

機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有與指控方艙相似的操控席位、強(qiáng)大的仿真運(yùn)算能力，除用于作業(yè)人員日常訓(xùn)練外，還具有任務(wù)預(yù)演及數(shù)據(jù)處理等功能。在任務(wù)執(zhí)行前，作業(yè)人員將任務(wù)航線上傳至模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)光照、天氣、能見度、風(fēng)速、風(fēng)向等進(jìn)行設(shè)置，從而對(duì)任務(wù)進(jìn)行仿真預(yù)演，對(duì)作業(yè)過程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，利用特情注入等功能對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行預(yù)先演練，提高任務(wù)的成功率。在任務(wù)結(jié)束后，作業(yè)人員將飛行數(shù)據(jù)導(dǎo)入艙內(nèi)仿真計(jì)算機(jī)，利用艙內(nèi)三維仿真系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并直觀展示任務(wù)執(zhí)行過程，輔助作業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)本次任務(wù)進(jìn)行總結(jié)及講評(píng)。

機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、可靠性及環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，機(jī)動(dòng)型的應(yīng)用模式也有所擴(kuò)展，但機(jī)動(dòng)型基于軍用方艙進(jìn)行集成，同時(shí)采用了大量加固設(shè)備并加裝了環(huán)控系統(tǒng)。因此，該系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)較高且建設(shè)周期較長。綜上所述，機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)更適用于航空物探、森林防火、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防、邊防等野外長期作業(yè)或駐訓(xùn)單位使用。

實(shí)裝型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

操控員在實(shí)裝指控方艙中開展模擬訓(xùn)練，是常見的無人機(jī)訓(xùn)練方式之一。部分型號(hào)無人機(jī)指控方艙具有模擬訓(xùn)練的基礎(chǔ)功能，如果一些無人機(jī)使用單位在實(shí)裝指控方艙內(nèi)安裝仿真軟件，那么實(shí)裝指控方艙將具有一定的仿真訓(xùn)練能力，在一定程度上減少了外場(chǎng)訓(xùn)練的時(shí)間。

與前三種系統(tǒng)相比，實(shí)裝指控方艙模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可提供最為真實(shí)的操控環(huán)境。同時(shí)，經(jīng)過仿真驗(yàn)證的航線及參數(shù)配置文件可直接應(yīng)用于實(shí)際飛行任務(wù)。任務(wù)結(jié)束后，飛行數(shù)據(jù)也可直接上傳到仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，并且用戶無須單獨(dú)進(jìn)行硬件建設(shè)，也無須考慮仿真設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸及維護(hù)工作。但是，實(shí)裝型在應(yīng)用中也具有一定的局限性，首先，實(shí)裝指控方艙硬件設(shè)備具有較高的可靠性及較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，通常不具備復(fù)雜仿真運(yùn)算及三維場(chǎng)景渲染能力。因此，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真、三維效果渲染、仿真數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理等方面，實(shí)裝型與配備了高性能仿真工作站的專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)存在一定差異；其次，學(xué)員利用實(shí)裝指控方艙開展日常訓(xùn)練，尤其是高頻率、長時(shí)間訓(xùn)練，容易導(dǎo)致操縱桿、油門臺(tái)、鼠標(biāo)、鍵盤、鍵鼠切換按鍵等常用部件過度損耗甚至故障，影響裝備的完好性；第三，若初學(xué)者利用實(shí)裝指控方艙進(jìn)行訓(xùn)練，容易發(fā)生學(xué)員誤刪、配置文件及參數(shù)誤改等情況，同時(shí)，模擬訓(xùn)練過程還會(huì)產(chǎn)生大量模擬訓(xùn)練用參數(shù)配置文件、航線文件等數(shù)據(jù)，若文件管理不當(dāng)則容易與實(shí)飛任務(wù)文件產(chǎn)生混淆，影響飛行任務(wù)執(zhí)行甚至產(chǎn)生飛行安全隱患；第四，各單位的實(shí)裝指控方艙保有數(shù)量通常較少，學(xué)員依托實(shí)裝指控方艙進(jìn)行訓(xùn)練，會(huì)導(dǎo)致“人多裝少”的困境；第五，實(shí)裝型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)高于專用型、機(jī)動(dòng)型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，不適合大規(guī)模建設(shè)。

因此，實(shí)裝型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)適用于長期外場(chǎng)作業(yè)的固定團(tuán)隊(duì)進(jìn)行日常操控訓(xùn)練、數(shù)據(jù)仿真及數(shù)據(jù)回放，可作為缺少專用型模擬訓(xùn)練系統(tǒng)條件下的一種補(bǔ)充，不適用高強(qiáng)度仿真訓(xùn)練。

各類模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)比

本文介紹了常用大型無人機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用性。下面對(duì)桌面型、專用型、機(jī)動(dòng)型及實(shí)裝型四種系統(tǒng)的設(shè)備造價(jià)、建設(shè)周期、機(jī)動(dòng)性、使用環(huán)境、使用場(chǎng)景及適用單位等方面進(jìn)行對(duì)比，詳見表1。 ■