什么是嵌入式訓(xùn)練？

在和平時(shí)期開展航空兵體系化、信息化對(duì)抗訓(xùn)練是一種能有效維持和提升戰(zhàn)斗力的手段。嵌入式訓(xùn)練（Embedded Training，ET）不僅僅是在安裝形式上對(duì)吊艙式ACMI空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的嵌入化處理，同時(shí)在飛機(jī)的任務(wù)系統(tǒng)中增加了生成具有強(qiáng)對(duì)抗性的空中和地面虛擬目標(biāo)的能力，使飛機(jī)能隨時(shí)隨地的開展“實(shí)”對(duì)“虛”的對(duì)抗訓(xùn)練。傳統(tǒng)的ACMI訓(xùn)練系統(tǒng)采用實(shí)裝對(duì)抗的方式，訓(xùn)練中沒有加入虛擬目標(biāo)。ET技術(shù)將構(gòu)造成分和真實(shí)飛行的結(jié)合，構(gòu)造出的虛擬實(shí)體的行為和能力可定制，將虛擬實(shí)體融入到機(jī)載傳感器后，飛行員可以按照裝備本身方式使用武器系統(tǒng)。

嵌入式訓(xùn)練（ET）與“真實(shí)－虛擬－構(gòu)造”（Live－Virtual－Constructive， LVC）訓(xùn)練相比來說有相似的地方。ET是LVC訓(xùn)練的簡(jiǎn)化版本，不包括虛擬（V）部分，即沒有人在環(huán)的模擬器參與�？梢哉f，ET是一種LC訓(xùn)練模式，只包含真實(shí)飛機(jī)（L）和構(gòu)造部分（C），構(gòu)造部分主要是用計(jì)算機(jī)生成兵力和渲染戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。ET無需復(fù)雜的LVC組織保障訓(xùn)練，使用ET的參與人員更少、資產(chǎn)使用少、成本更低。

ET訓(xùn)練概念圖（NLR圖片）

NLR嵌入式訓(xùn)練發(fā)展歷程

自20世紀(jì)90年代末以來，荷蘭宇航院（The Royal Netherlands Aerospace Centre，NLR）一直致力于研究嵌入式訓(xùn)練，通過十余年的努力，將嵌入式訓(xùn)練從概念轉(zhuǎn)變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。2004年4月，荷蘭皇家空軍的一架F－16戰(zhàn)機(jī)演示了單機(jī)的嵌入式訓(xùn)練能力，證明了這種機(jī)上訓(xùn)練系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的，并且確實(shí)能以安全、靈活的方式提供更激烈、更真實(shí)的訓(xùn)練。

F－16飛機(jī)的ET設(shè)備安裝在機(jī)身中軸線掛架中（NLR圖片）

2007年，F(xiàn)－35項(xiàng)目辦公室提出想進(jìn)一步了解多機(jī)（小編隊(duì)）的嵌入式訓(xùn)練能力，并提升技術(shù)成熟度。2009年初，NLR獲得了美國(guó)洛馬公司的許可，為F－35戰(zhàn)斗機(jī)開發(fā)嵌入式訓(xùn)練能力。該合同于2009年10月7日簽訂，并且在2012年左右完成了合同交付。

多機(jī)聯(lián)合的嵌入式訓(xùn)練能力可以讓戰(zhàn)斗機(jī)飛行員在一個(gè)共享的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中訓(xùn)練，為了實(shí)現(xiàn)這一能力，每架飛機(jī)都配備了一個(gè)帶有嵌入式訓(xùn)練軟件的計(jì)算機(jī)，該軟件使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈路，以確保每架飛機(jī)具有相同的戰(zhàn)術(shù)畫面。

最終目標(biāo)是將嵌入式作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)（Embedded Combat Aircraft Training System，E－CATS）配備在每一架F－35中，該系統(tǒng)不是作為一個(gè)可選的配置升級(jí)，而是作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置的全功能訓(xùn)練系統(tǒng)。E－CATS也將被納入F－35的訓(xùn)練大綱中。F－35的嵌入式作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)為未來LVC訓(xùn)練提供了基礎(chǔ)。除了在當(dāng)前嵌入式訓(xùn)練的技術(shù)下可以不依賴地面設(shè)施，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練外，未來，通過使用機(jī)載E－CATS，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員可以參加LVC范圍內(nèi)的任務(wù)訓(xùn)練。

NLR嵌入式訓(xùn)練LOGO（NLR圖片）

NLR嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)簡(jiǎn)介

嵌入式訓(xùn)練通�？梢远�義為一種內(nèi)置于操作系統(tǒng)中的訓(xùn)練能力，允許飛行員通過沉浸在一個(gè)任務(wù)場(chǎng)景中，并通過與之虛擬目標(biāo)交互來增強(qiáng)他們的訓(xùn)練強(qiáng)度和真實(shí)性。飛行員能夠充分利用其飛機(jī)的能力，并在具有挑戰(zhàn)性的情況下應(yīng)對(duì)大量空中和地面威脅。該系統(tǒng)與飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。ECAT的輸入是飛行參數(shù)、武器選擇和其他飛行員動(dòng)作。注入任務(wù)系統(tǒng)的ECAT輸出是虛擬目標(biāo)位置和傳感器設(shè)置。任務(wù)系統(tǒng)對(duì)虛擬目標(biāo)進(jìn)行處理，就好像它們被飛機(jī)的傳感器捕獲一樣。

F－16嵌入式訓(xùn)練機(jī)內(nèi)畫面（NLR圖片）

虛擬威脅具有智能的行為，向參訓(xùn)飛機(jī)模擬發(fā)射導(dǎo)彈，并在受到攻擊時(shí)采取反制措施。E－CATS為戰(zhàn)斗機(jī)提供了LVC訓(xùn)練中的L和C，給后續(xù)集成V奠定了基礎(chǔ)，對(duì)LVC訓(xùn)練開展有促進(jìn)作用。

1．NLR嵌入式訓(xùn)練組成

——訓(xùn)練管理模塊

在ET模式下訓(xùn)練時(shí)，訓(xùn)練管理模塊執(zhí)行選擇訓(xùn)練場(chǎng)景、啟動(dòng)和停止訓(xùn)練演習(xí)等功能。

——本機(jī)仿真模塊

本機(jī)仿真模塊包括與ET相關(guān)的飛機(jī)系統(tǒng)模型，如火控雷達(dá)、導(dǎo)彈、箔條和雷達(dá)告警接收機(jī)。本機(jī)仿真模塊的另一個(gè)功能是真實(shí)地評(píng)估敵方武器的有效性，包括命中計(jì)算和殺傷概率計(jì)算。

——虛擬環(huán)境仿真模塊

虛擬環(huán)境仿真模塊包括虛擬地面和空中威脅、及其武器和動(dòng)態(tài)行為，涉及戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、機(jī)動(dòng)和對(duì)抗，包括避免出現(xiàn)可被預(yù)測(cè)的行為。

——安全模塊

如果存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全模塊會(huì)自動(dòng)關(guān)閉訓(xùn)練場(chǎng)景的執(zhí)行，以使飛行員重新獲得對(duì)真實(shí)世界的態(tài)勢(shì)感知。如果飛行員飛出了TRA的邊界、達(dá)到了設(shè)定的剩余油量告警狀態(tài)或者無意間激活了軍械開關(guān)時(shí)，ECAT系統(tǒng)會(huì)提示飛行員并自動(dòng)關(guān)閉，所有虛擬目標(biāo)也將隨之消失。

——場(chǎng)景生成模塊

通過場(chǎng)景生成模塊，可以根據(jù)特定的訓(xùn)練需求定制場(chǎng)景。驗(yàn)證場(chǎng)景后，將數(shù)字化的場(chǎng)景集合的加載到飛機(jī)中。

——匯報(bào)模塊

任務(wù)匯報(bào)模塊用于回放飛行后的任務(wù)匯報(bào)和訓(xùn)練評(píng)估。為飛行員及其教員提供了一個(gè)交互式工具，用于同步回放飛行中記錄的數(shù)據(jù)，生成駕駛艙畫面、飛機(jī)飛行軌跡和事件列表等。

NLR嵌入式訓(xùn)練結(jié)構(gòu)圖（NLR圖片）

2．嵌入式訓(xùn)練過程

嵌入式訓(xùn)練任務(wù)流程（NLR圖片）

從飛行員的角度來看，ECAT訓(xùn)練任務(wù)的準(zhǔn)備工作將與任何正常任務(wù)一樣。利用現(xiàn)有的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)、情報(bào)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)載數(shù)據(jù)。在將任務(wù)數(shù)據(jù)上傳到飛機(jī)上的同時(shí)，還將上傳訓(xùn)練場(chǎng)景。ECAT訓(xùn)練任務(wù)需要一個(gè)額外的步驟，即選擇虛擬飛機(jī)和地對(duì)空武器的類型、航線和戰(zhàn)術(shù)。

在訓(xùn)練開始之前，飛行員必須將軍械開關(guān)設(shè)置為“模擬”，然后選擇其中一個(gè)多功能顯示器（MFD）上的ECAT，選擇幾個(gè)場(chǎng)景中的一個(gè)，隨后進(jìn)入訓(xùn)練場(chǎng)景，地面規(guī)劃的目標(biāo)即將出現(xiàn)。在訓(xùn)練狀態(tài)下，所有的飛機(jī)傳感器都能正常工作，捕捉真實(shí)的目標(biāo)。ECAT系統(tǒng)現(xiàn)在將模擬目標(biāo)疊加到駕駛艙顯示器上，如HUD和MFD。這些“虛擬”目標(biāo)在符號(hào)旁邊會(huì)多顯示一個(gè)“V”。使用ECATS的飛行員可以像在真實(shí)的戰(zhàn)斗環(huán)境中那樣完成飛行控制、操作傳感器、顯控和武器系統(tǒng)。

NLR嵌入式訓(xùn)練機(jī)內(nèi)畫面，對(duì)雷達(dá)告警接收機(jī)也進(jìn)行了改裝（NLR圖片）

在機(jī)載計(jì)算機(jī)上，預(yù)先定義好的一塊空域被標(biāo)記為訓(xùn)練區(qū)域，叫臨時(shí)限制空域（TRA）。TRA一般選擇在海上或者人口稀疏的平坦區(qū)域，以便完成超音速飛行或者低空飛行�？罩泻偷孛嫱�脅可能在TRA的邊界之外，但飛行員必須留在TRA的邊界之內(nèi)已確保沒有空域沖突。

地面目標(biāo)和地對(duì)空威脅可以放在TRA內(nèi)或者外，飛行員可以像攻擊真實(shí)目標(biāo)一樣攻擊這些虛擬目標(biāo)。在沒有ET之前，很多部隊(duì)沒有地對(duì)空武器用于實(shí)裝對(duì)抗訓(xùn)練；在海上對(duì)抗時(shí)也無法部署實(shí)裝的地對(duì)空武器。

嵌入式訓(xùn)練防空武器任務(wù)規(guī)劃（NLR圖片）

到達(dá)指定訓(xùn)練區(qū)域后，飛行員選擇一個(gè)可用場(chǎng)景。啟動(dòng)場(chǎng)景后，飛行員將面臨虛擬威脅。當(dāng)場(chǎng)景運(yùn)行時(shí)，ECAT記錄所有必要的數(shù)據(jù)，以便在落地后任務(wù)回放。

講評(píng)系統(tǒng)圖（NLR圖片）

對(duì)于任務(wù)評(píng)估，ECAT匯報(bào)工具使飛行員或教員能夠回放任務(wù)執(zhí)行期間發(fā)生的所有事件。例如：模擬訓(xùn)練開始和停止、導(dǎo)彈發(fā)射、脫鎖機(jī)動(dòng)、攻防對(duì)抗過程等。信息將以三維和二維圖形的形式呈現(xiàn)。任務(wù)回放同步顯示的多個(gè)通道，還將包含計(jì)劃的訓(xùn)練場(chǎng)景數(shù)據(jù)。

3．NLR開發(fā)智能化的虛擬目標(biāo)

NLR的“靈巧盜賊”（Smart Bandits）程序給“敵人”可以自動(dòng)做出反應(yīng)并獨(dú)立做出比較真實(shí)的行動(dòng)，這種程序代替了過去的預(yù)先編程行為，使虛擬敵人“更加人性化”�！皵橙恕睍�(huì)對(duì)飛行員的行動(dòng)產(chǎn)生實(shí)時(shí)響應(yīng)，因此飛行員無法預(yù)測(cè)虛擬目標(biāo)的行為，飛行員需要提前判斷“敵人”的行動(dòng)并調(diào)整戰(zhàn)術(shù)。這使“敵人”的行為舉止更加真實(shí)，增加了訓(xùn)練的價(jià)值。數(shù)字化武器彈道仿真和實(shí)時(shí)評(píng)估是在機(jī)載計(jì)算機(jī)里完成的，因此飛行員會(huì)立即知道自己是被擊中還是被擊落�！皵橙恕钡哪�擬雷達(dá)也可以把工作狀態(tài)發(fā)送到飛機(jī)總線中，激勵(lì)本機(jī)的告警設(shè)備做出響應(yīng)。

目前，“靈巧盜賊”已可以支持最多4V4的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。

“靈巧盜賊”架構(gòu)圖（NLR圖片）

小結(jié)

第一，盡管嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)有安裝和維護(hù)成本，并且占用了內(nèi)部空間，增加了飛機(jī)重量，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)使用來看總體效果很好，是一種省錢、高效的訓(xùn)練手段。使用ET可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的開展空對(duì)空和防空壓制等科目的訓(xùn)練；減少了對(duì)專業(yè)假想敵部隊(duì)的需求，提高了飛行時(shí)間質(zhì)量；加入了虛擬C4ISR，減少了對(duì)這類稀缺裝備的占用；減少訓(xùn)練空域受限制的影響。

第二，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中智能化、高保真的“敵人”是提升訓(xùn)練效果的關(guān)鍵因素。近些年來人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，并且在空戰(zhàn)對(duì)抗中已經(jīng)可以在1對(duì)1、多對(duì)多空戰(zhàn)中戰(zhàn)勝人類飛行員。目前有的用機(jī)器學(xué)習(xí)方法開發(fā)的空戰(zhàn)程序已經(jīng)表現(xiàn)出了動(dòng)作準(zhǔn)確、反應(yīng)快、信息處理快、以及最重要的在特定范圍內(nèi)幾乎不犯錯(cuò)誤的優(yōu)勢(shì)。

第三，嵌入式訓(xùn)練已經(jīng)包含了LVC訓(xùn)練中的L和C，實(shí)現(xiàn)了一種在本機(jī)上完成“實(shí)”“虛”對(duì)抗模式，是實(shí)現(xiàn)LVC前的一個(gè)關(guān)鍵部分。本機(jī)內(nèi)的“實(shí)”“虛”對(duì)抗不涉及到在LVC訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)的問題，相對(duì)來說沒有帶寬、時(shí)延、數(shù)據(jù)丟失等問題。