嵌入式训练系统是在实装的作战系统或其子系统中嵌入训练设备,在真实装备环境下实施训练,可以使对抗训练更加贴近实况,减少训练环境限制,降低训练费用,使训练效果有突破性的提升,保持或提高受训人员的作战能力。依托嵌入式训练系统,飞行员可在实飞环境中通过真实的机载设备,以与作战相同的方式控制飞机系统与虚拟对手进行交战,使受训者获得与实战相符的心理与生理适应性,实现训练和作战的无缝连接,大幅提高训练质量。嵌入式训练已成为各军事强国训练的首选方式,代表了军事训练技术的最新发展趋势。
20世纪50年代末,美军研究人员首次采用虚拟信号合成技术,在半自动战场环境系统雷达屏幕上显示虚拟目标,训练操作人员在真实装备上完成探测和拦截敌方核轰炸机、飞行器和导弹的任务,嵌入式训练系统的雏形由此诞生。1987年,美国陆军正式提出“嵌入式训练”的概念,并将嵌入式训练确定为首选训练方式。1995年,美国陆军宣布将嵌入式训练作为军队在21世纪的关键训练计划之一。美国陆军的M2A3步战车与斯特瑞克战车是具有代表性的装有嵌入式训练系统的主战装备,此外还有美国海军的CG-47导弹巡洋舰和DDG-51驱逐舰的宙斯盾作战训练系统[注]。20世纪90年代,荷兰航天公司、荷兰国家航空航天实验室和荷兰皇家空军联合开发、设计,实现了基于F-16MLU的嵌入式训练模块,证明了当前技术实现空战飞机嵌入式训练的可能性。2004年,在荷兰皇家空军的一架在役F-16战斗机上验证了单机嵌入式训练能力。2007年,在洛克希德·马丁公司验证了多机嵌入式训练能力,进一步证实了技术的成熟度及多机嵌入式训练的优势。使用多机嵌入式训练,战斗机飞行员能够在同一个战术环境下进行空中训练。为了实现此能力,每架飞机都安装了一个带有嵌入式训练软件的计算机系统。软件使用现有的数据链,保证每架飞机都拥有相同的战术画面。2009年,荷兰航天公司、荷兰国家航空航天实验室与美国洛克希德·马丁公司签订合同,为F-35战斗机研制嵌入式训练系统。该嵌入式训练系统将提供多机间交互、局部和分布式武器仿真、数据链、数据收集和离机讲评等功能,并将成为F-35飞机的一项标准特征。自2011年开始,该系统在3批飞机上初步实现。
嵌入式训练系统主要由机载部分、链路系统及地面部分三部分组成。其功能结构如图所示。
机载部分一般由仿真计算机构成,仿真计算机根据训练任务的需要,可仿真各型虚拟对手飞机、各型传感器、各类武器或者威胁、各类作战训练场景、弹道、在线/离线计分评估。仿真计算机产生或者从链路系统接收到的目标数据、传感器数据、武器信息、威胁信息、虚拟战场态势/场景,通过航电系统显示与控制系统进行显示。
链路系统构建空空、空地数据实时高速传输媒介,在训练过程中,载机与其他参训单元(如空中友机或敌机)可实时进行目标/威胁、传感器、武器等信息交互。同时,还可实时将传感器、武器、评估、训练等信息传输到地面,供地面监控或地面学员在线学习,或者在空面联合训练时实施信息交互或者指挥控制。
地面部分包含训练场景生成、安全监控及讲评设备。训练场景生成可根据规划的目标/威胁特征及性能参数、传感器、武器性能参数、各类作战训练场景或者剧情虚拟生成逼真的、贴近实战的训练场景,与空中训练单元通过链路进行交互,进行交互式训练。安全监控主要利用空中训练单元下传的时空位置信息进行态势重构,进而进行越界、相撞、超限、超速、冒顶等安全预警监控。讲评设备主要是通过回放重构训练过程中的飞机位置、航迹、姿态,飞行员操作和座舱显示,同步各训练单元(含虚拟态势/场景)攻防动作,支持飞行后评述,可评估飞行员的表现、纠正错误并巩固训练效果。
着眼战争发展和任务需求,中国军方也在积极进行以“实战化”为主要标志的训练转型,而且随着计算机处理能力和模拟仿真技术的飞速发展,军方对嵌入式训练系统设计和开发的认识也有了质的改变,已经由过去将嵌入式训练系统看作一种处于次要地位的训练设备,转变为现代武器装备特别是复杂武器系统必不可少的一个重要组成部分,与其他作战单元一样重要,并且在新型武器装备设计研发时,特别是在歼-10系列飞机等新一代航空武器装备研制之初,就已将嵌入式训练系统考虑进去,进行一体化构建。并将其作为武器系统的一个关键性指标,成为中国军队建设高素质信息化军队的重要基础之一。