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文/肖韵

彩虹无人机模拟训练系统介绍

彩虹无人机是中国航天空气动力技术研究院依托空气动力学和飞行力学方面的技术优势，在年进军无人机这一新型飞行器领域，并研制了以“彩虹”为名的多种类型无人机，直新闻从中国航天科技集团获悉，彩虹系列无人机将亮相年珠海航展，与此同时，彩虹无人机模拟训练系统也将一同展出。下面我们就来了解一下彩虹无人机模拟训练系统。

无人机模拟训练系统是什么？

无人机模拟训练系统是针对无人机飞行操作手、载荷&武器操作手和任务指挥官的培训需求进行开发的专用训练设备。系统可实现包含飞行操作仿真、载荷操作仿真、航迹规划仿真、武器发射流程仿真等在内的任务全流程仿真训练。为了满足训练需要，目前，彩虹无人机模拟训练系统已实现彩虹系列多种机型及配套多种弹药的仿真训练功能。

顺便一提，在《银河护卫队2》里面，至高星人（就是那个全身金色的种族）使用的宇宙“无人机”操控系统，也差不多就是这样的……

为什么要使用模拟训练系统？

大型的察打一体武装无人机与我们熟悉的“大疆”等消费级无人机不同，大型无人机训练不仅需要机场、跑道还需要申请空域与航线，飞行的范围与时间都会受到限制；同时除去飞行需要的燃油外，飞行过程中还需要专业团队进行保障，会导致训练成本的增加；除此之外，无人机装载的一些昂贵的设备具有使用寿命限制，如果将其寿命用于新人的入门训练而不是用于作战任务，未免有些浪费。

无人机模拟训练系统投入使用，可使日常培训不受时间、空间及空域限制，大大提高了训练效率，而且免去了油料消耗及保障工作，降低了培训成本，同时避免了实装培训导致的设备寿命损耗及学员误操作可能造成的设备损坏。

虽然学员在训练过程中，实装训练是必不可少的环节，但是先利用模拟训练系统进行基础操作训练再进行实装训练是一种更加经济高效的训练方式。

无人机模拟训练系统与有人机模拟训练系统有何不同？

有人机模拟训练系统更注重于飞行操作技巧的训练而无人机模拟训练系统更注重于不同作战模式下的战术战法训练。

我们在航展现场可以看到许多有人机的模拟训练系统，外形都是参照对应型号的座舱进行设计，同时还配有伺服系统，使整个座舱可以根据使用者的操作进行姿态变化。有人机操作相比于无人机更加复杂，除了手推杆、脚踏板以外，还有众多的操作按键、开关，而且有人机的整个任务流程大部分都依靠于飞行员的操作，因此，有人机的模拟训练系统更注重于训练飞行员对座舱内操作界面的熟练程度及飞行操作技巧。

无人机的操作相比有人机要简单，以彩虹无人机为例，由于系统智能化水平比较高，整个任务过程中大部分操作都是由电脑自主完成的，甚至在操作人员确定目标后，攻击航线的制定都可由火控计算机自动生成，相比于有人机的操作对飞行操作人员的操作技巧要求大大降低，因此，无人机模拟训练系统也相对减少了对于飞行操作技巧的训练，而是更注重于不同作战场景下的任务训练。我们将彩虹无人机在国外积累的大量的实战案例提炼为针对性的训练任务，经过这样贴近实战的训练，学员不仅可以学会无人机的基本操作流程，同时还可学会无人机作战的基本战术战法，从而使他们真正走向战场时能最大程度发挥无人机系统的作战效能。

无人机系统相比于有人机要简单，那曾经操作过战斗机的飞行员是否就不需要经过模拟训练了呢？

即便是战斗机飞行员也需要经过模拟训练系统的培训。无人机操作与有人机的操作方式和作战模式都有所不同，因此战斗机飞行员也需要经过一定的适应性训练。

首先从操作方式上来看，飞行员驾驶战斗机时可以通过体感来了解飞机的姿态而无人机操作手则是完全通过数字仪表盘来了解飞机当前的状态，因此需要训练其对数据的敏感性及专注性，从而可及时发现异常现象并进行处理。而且战斗机驾驶是对操作技巧要求极高的一项工作，而无人机的飞行操作手在飞行过程中基本不需要进行操作，甚至不需要操作摇杆，让战斗机飞行员操作无人机就好比让经验丰富的八级老钳工开数控车床，几十年练就的本领按一个按钮就能实现，因此，很多从战斗机转岗的飞行员会有一些不适应及失落的心情，通过模拟训练系统的适应性训练可以使他们适应自己新的工作岗位，完成角色转换。

在作战模式上，战斗机飞行员通常是在明确目标的情况下挂载武器出击进行打击，任务时间通常较短，而像彩虹这样的察打一体无人机往往需要挂载武器对目标区域进行十几甚至几十小时的监控等待目标的出现，在这期间，操作手需要始终保持专注，这对生理和心理都是一种考验。打个比方，战斗机作战就像是草原上的狮子，看到目标扑过去奋力一搏，而无人机作战则像是隐藏在阴影里的蛇，潜伏在猎物身边伺机而动，只要其露出破绽立刻行动，一击毙命。

1.系统形式

模拟训练系统分为方舱版及指挥大厅版。

方舱版（第一代产品）

方舱版按照真实地面站布局进行设计，系统由学员席位和教员席位两部分组成。学员席位包括飞行控制席位、载荷操作席位和航迹规划席位，分别用于培训飞行操作手、载荷操作手和任务指挥官。教员席位包括教学监视系统、三维战场态势系统及教学控制终端，主要用于教员在训练过程中对学员操作过程进行监视，同时可在教学过程中对教学科目及内容进行控制。

指挥大厅版（第二代产品）

指挥大厅版根据指控需求，采用开放式座舱设计，系统数据集成化程度更高。

2.设计理念

模拟训练系统设计理念主要集中在“真实性”和“互动性”两个方面。

真实性设计

为了营造更加真实的软、硬件环境，使训练更加贴近实战要求，系统着重加强以下五方面的真实性设计：

操作真实性

学员席位由飞行控制席位、载荷操作席位和航迹规划席位三组机柜组成。三个席位除了操作台完全按照舱内尺寸及布局设计外，操作席位上所装载的操作软件及其操作方式也与真实系统完全相同，使操作人员在训练过程中具有完全真实的操作感受。

硬件的真实性可以使学员在结束仿真训练进行实操训练时快速熟悉装备，进入下一阶段训练，提高训练效率。

软件及操作的真实性可以使学员在仿真训练阶段完成大部分的操作训练，熟悉软件操作规范及流程，可提高后期实装训练的效率，降低基础训练对实装寿命的损耗，同时可降低学员由于对操作流程不熟悉导致的误操作的发生概率，避免对装备造成损坏。

数据真实性

为了真实模拟飞行操作过程，系统内包含无人机空气动力学模型、电器系统模型、动力系统模型等三个数学模型。这些模型均基于数学理论建模及大量的真实飞行数据，模型可对不同的操作及事件进行响应，解算出接近真实的数据并输出。

基于真实的数据模型，系统开发了故障注入功能，教员可通过发送指令影响数学模型的运算方式，从而模拟常见的故障现象，训练学员对常见故障数据的辨别与判读。

通讯真实性

无人机模拟训练系统采用与真实系统相同的通讯方式及通讯协议，因此，系统可装载真实操作控制软件，无需单独开发模拟操作软件，不仅提高了操作真实性，同时使系统可随着实装系统的软件升级进行软件版本替换，实现与实装的软件版本一致。

由于软件环境及通讯方式与真实系统保持一致，模拟训练系统还可作为真实操作控制软件的测试平台，可用于新算法及模型的功能检测，除此之外，部分机载设备也可通过专用数据线接入系统进行功能检测。

由于通讯协议与真实系统保持一致，模拟训练系统可与真实数据链进行通讯，接收无人机下行数据并进行实时显示，可用于教学观摩演示使用，配合战场三维态势系统还可作为简易指控平台使用，具有较强的可扩展性。

地形真实性

无人机模拟训练过程中，受训驾驶员需要驾驶无人机在虚拟场景中飞行，因此模拟训练系统需要有足够大的仿真场景来满足训练需要，系统所加载的场景越大，场景内可包含的任务区域及目标就越多，可执行的任务种类就越丰富。无人机模拟训练系统根据不同训练要求为学员配有不同的三维训练场景。三维训练场景是根据真实地形利用高精度卫星图片及高程数据制作而成，所建立的三维场景除视觉效果上与真实地形保持一致，其GPS坐标等地理信息也与真实地形完全相同。

针对军用训练场景，可制作真实战区地形，使用者可在训练过程中熟悉战区地形地貌及标志性建筑并可在执行真实任务前进行任务预演，熟悉任务流程并对可能遇到的风险进行预判。

任务真实性

模拟训练系统除了对无人机飞行进行仿真，还对战场任务进行了仿真，在场景中加入了常见军事目标模型，包含巡逻队、装甲车、军力集结地、地下掩体等。同时为了增加真实性，使模拟训练更加贴近于实战需求，场景中还加入了移动目标，并使其根据需求仿真目标行为，如：巡逻小队的规律巡视、常规部队转移、移动目标大机动规避、重要目标短时间出现等动作。在教员第三人称视角中，可观察到目标位置，便于向学员进行目标指示，该指示学员不可见，如图中红色圈为移动目标，红色箭头为目标区，同时在对目标进行打击时，第三人称视角会出现特写镜头，便于观察是否击中目标。

同时，为了使训练科目更加贴近实战要求，在任务仿真模块设计过程中借鉴了大量彩虹无人机国外实战案例并对其进行提炼，设计了可涵盖大部分无人机作战模式的仿真任务，使学员在训练过程中不仅学会无人机基本操作，同时利用实战案例使学员掌握无人机的基本战术战法，使学员在接受培训后可更快形成战斗力。任务模式包括：长时间监视任务、定点打击任务、移动目标打击任务、夜间任务及护卫任务等。

交互式教学

模拟训练系统教学终端采用了创新的交互式教学理念，改变了传统训练时按照固定航线、固定任务训练的模式，在训练过程中，教员可随时改变目标地点、任务内容、天气环境，同时可向无人机平台注入故障，使训练内容更加丰富，训练体验更加真实。

模拟教学系统中，增加了与学员操作席位分离的教官席位，席位上配有多个显示器，在训练过程中可与学员席位同步显示飞控软件界面、载荷图像、航迹规划软件，同时增加了无人机第三人称视角图像，在该图像上还叠加了无人机重要指标参数，使教官可以更直观地观察无人机当前位置及姿态信息。利用教学监控终端软件，教员可在其独立的操作席位上实时监视学员操作过程，及时发现问题，同时可避免教员在学员身边指导使学员产生的依赖心理，给学员独立操作的空间。

3.训练案例

模拟训练系统针对无人机常见的任务内容及作战模式设计了针对性的训练课程，典型案例如下：

长航时监视任务

彩虹系列无人机具有长航时的特点，单次任务时间可达到8--小时甚至更长，因此需要操作人员具有较强的专注力。因此模拟训练系统设置了长航时监视任务，需要操作人员对虚拟地方据点进行长达数小时的连续监视，教员可随时操作控制目标出现用来检验操作人员是否可及时发现目标，若未在规定时间内发现目标并报告则判定训练失败。通过该任务可让操作者适应长时间的任务过程并在任务过程中保持专注。

定点打击任务

彩虹系列无人机目前已被广泛应用于国外反恐战场，恐怖分子据点往往隐匿于平民区中，因此需要在任务执行过程中有效控制受影响范围，降低附带损失，这也就对射手的操作精度提出了较高的要求。彩虹无人机具有察打一体的功能，同时配有可精确打击的AR-1型激光制导导弹，因此具备精确打击的能力。针对这一特点，模拟训练系统设计了定点打击任务。

在训练任务中，学员不仅需要操作光电载荷瞄准目标，还应具体到目标的部位，如：瞄准敌方据点的弹药箱或运输车辆的驾驶舱等，从而使学员掌握精确打击的操作要领。在打击任务过程中，教官还可利用教学控制软件在目标周边加入平民，学员应进行应急规避操作将导弹引导至安全区域避免平民伤亡。

地面护航任务

在底面护航任务中，学员需驾驶无人机对地面部队及VIP车队提供警戒，在必要时提供火力支持。训练过程中需要飞行操作手随时根据地面友军的行进方向对无人机航迹进行修正，同时载荷操作手需要时刻保持警惕，及时发现可疑目标。教官可在教学控制席位控制出现迷彩伪装目标及地方伏击部队的出现，这就需要学员灵活运用机载红外传感器及时发现敌人同时在敌方发起攻击后，快速进入攻击航迹并完成火控系统准备。