CN113160639A - 一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及工作方法，该系统包括VR工作站计算机、参训者VR硬件设备和虚拟认知训练软件；所述VR硬件主要包括3D头盔和VR数据手柄；所述VR工作站计算机预装window操作系统，安装mySQL数据库、模型库和装备库等资料；所述虚拟认知训练软件包括装备3D虚拟建模软件模块和电子对抗装备认知训练软件模块，将电子对抗装备虚拟认知训练内容流畅输出到VR头显；有益效果：电子对抗装备虚拟认知训练突破了空间和时间的限制，使得学生在任何时间任何地点都可以开展学习与训练；同时，虚拟教学为学生构建了全新的、自由的、开放性的教学环境，便于学生自主学习，提高学生学习积极性和创造性。

Description

一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及电子对抗训练技术领域，具体来说，涉及一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及其工作方法。

背景技术

虚拟现实（VR）技术具有沉浸-交互-构想的环境构建基本特性，综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互能力，并有助于启发构思。

虚拟现实技术在军事训练上的应用一直都受到各个国家军方的关注和青睐。从20世纪90年代初期开始，美国率先将虚拟现实技术应用于军事领域，主要用于虚拟战场环境、单兵训练模拟、实施诸君兵种联合演习、指战员训练四个方面，并在这方面取得很好的成绩。将VR技术应用到电子对抗装备实践教学中，构建基于VR技术的电子对抗装备训练平台，实现电子对抗装备外观仿真、内部结构仿真、业务功能模拟、装备拆解、装备操作、装备状态检测和故障维护功能，是一种值得研究的创新教学训练方法和训练平台。

电子对抗装备认知学习主要是让学员了解电子战基础知识，掌握装备基本组成和性能指标，理解装备工作原理，为装备的操作使用、测试检修和综合运用打下坚实基础。电子对抗装备虚拟实践教学突破了空间的限制，教员对装备的讲解可以同时被大量学员同时查看，避免了传统装备教学中存在的大量学员不能同时进入狭小的设备舱内情况；虚拟实践教学打破了时间的限制，学员在任何时间都可以开展训练；因此，虚拟实践教学为学员构建了全新的、自由的、开放性的教学环境，便于学员自主学习，提高学员学习兴趣和积极性。

一是电子对抗装备基础理论认知；通过VR技术形象生动地展示电子战领域一些复杂、抽象、难以理解的概念、信号工作过程和作战效果等，将电磁波无形的工作过程实化，直观、全面、充分地展示教学内容，便于学员掌握电子战基础知识。

二是电子对抗装备结构组成认知；通过VR技术直观地将电子对抗装备整体外观、内部结构及分机模块进行拆解，方便进行三维展示与交互操作，可以将装备整机、分机、模块的面板设置为透明，以便让学员更加直观地观察、认识内部结构。

三是电子对抗装备工作原理认知；通过VR技术在虚拟装备内部标注信息流、工作流等辅助信息，将多门课程的知识点汇聚到一个学习平台上，学员训练过程各取所需，随时求助，极大地丰富装备教学内容，提升教学效果，高效完成装备认知训练任务。

但是现有的电子对抗装备种类繁多、价格高，数量少，技术先进，原理复杂，更新换代快，依靠实装组织训练难度大，效率低，具有一定的危险性。而且，实装训练大都通过经验丰富的相关人员手把手的进行电子对抗装备运用的教学，装备少，手段少，参训人员多，造成训练效率低下，参训人员领悟的不够透彻。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及其工作方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种电子对抗装备虚拟认知训练系统。

该电子对抗装备虚拟认知训练系统，其特征在于，VR工作站计算机和参训者VR硬件设备，所述VR工作站计算机配置高性能硬件，预装window操作系统，安装mySQL数据库、模型库和设备库等资料，为VR训练提供所需基础资源。所述VR工作站计算机作为基于VR的电子对抗装备虚拟训练平台的计算中心，安装定制开发的电子对抗虚拟认知训练软件。所述认知训练软件主要包括电子对抗装备3D虚拟建模软件模块和电子对抗装备认知训练软件模块；电子对抗装备虚拟认知训练系统通过VR工作站计算机实现人机交互，将虚拟训练内容流畅输出到VR头显，使得参训人员实时感知到训练内容，通过VR外部接口设备的操作与之互动，实现装备虚拟训练。

进一步的，所述VR硬件设备主要包括VR头盔和VR数据手柄。

进一步的，所述VR头盔能营造逼真的视觉环境，单眼拥有高清分辨率，头盔内部配有陀螺仪传感器、近红外CMOS传感器、激光定位、加速度计等设备，使虚拟场景自然、真实。

进一步的，所述VR数据手柄实现参训者的动作捕捉，是对参训者动作位移的反馈和扫描。利用先进的红外惯性跟踪装置，运用外部跟踪方式，采用USB或无线形式进行实时跟踪定位，由神经元、距离传感器、惯性跟踪扫描设备组成。

进一步的，所述认知训练软件主要包括电子对抗装备3D虚拟建模软件模块和电子对抗装备认知训练软件模块。

进一步的，所述电子对抗装备3D虚拟建模软件包括装备车体建模模块、机柜设备建模模块、分机设备建模模块和附属设备建模模块，根据装备训练需要建立相应的虚拟环境模型。

进一步的，所述电子对抗装备认知训练软件包括抽象概念展示软件模块、理论知识学习软件模块、装备结构认知软件模块和分机拆解认知软件模块。

进一步的，所述抽象概念展示软件模块通过VR技术手段，可以形象生动地展示电子对抗领域一些复杂、抽象、难以理解的概念、信号工作过程和作战效果等，将电磁波无形的工作过程实化，直观、全面、充分地展示教学内容，便于参训者掌握电子对抗基础知识。

进一步的，所述理论知识学习软件模块通过VR技术手段实现电子对抗装备的基础理论、装备工作原理、装备结构组成、装备战技指标等内容的学习。

进一步的，所述装备结构认知软件模块主要通过VR技术手段，形象生动地将电子对抗装备整体外观、内部结构，方便进行三维展示，可以将装备整机、分机、模块的面板设置为透明，以便让学生更加直观地观察、认识内部结构。

进一步的，所述分机拆解认知软件模块主要通过VR技术手段，实现对分机模块进行拆解，方便进行三维展示与交互操作，可以在虚拟装备内部标注信息流、工作流等辅助信息，极大地丰富装备教学内容，提升教学效果，高效完成装备认知训练任务。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子对抗装备虚拟认知训练系统的训练方法。

该电子对抗装备虚拟认知训练系统的训练方法，包括以下步骤：

步骤1，电子对抗装备虚拟建模首先需要对电子对抗装备内部、外部设备的建模，完成基础仿真场景的搭建；

步骤2，电子对抗装备虚拟建模其次主要实现真实装备的内部功能仿真与建模，完成装备功能模拟与仿真；

步骤3，电子对抗装备虚拟建模还要实现训练场景搭建和装备功能层面的仿真，从而为训练提供逼真的内外作业环境；

步骤4，电子对抗装备认知训练软件实现电子对抗相关基础理论知识学习、电子对抗抽象概念形象直观展示、电子对抗态势展示以及电子对抗效果展示；

步骤5，电子对抗装备认知训练软件实现典型电子对抗装备整站认知、装备内部结构认知、各分机拆解认知和站工作原理及操作流程认知等；

步骤6，参训人员佩带VR头盔和VR数据手柄，与电子对抗装备认知训练软件进行交互训练；

步骤7，参训人员通过VR硬件设备和VR工作站计算机，体验装备训练和身临其境的沉浸感，并具有人员与电子对抗虚拟训练环境完善的交互能力；

步骤8，参训人员根据训练安排或自主选择内容，在电子对抗装备认知训练系统中进行虚拟仿真和交互训练；

步骤9，VR工作站计算机一方面接收参训人员发送的训练指令，生成相应的训练内容，另一方面实时采集参训人员的操作步骤及训练数据，保存到计算机上，供训练分析用，从而实现电子对抗装备虚拟认知训练。

本发明的有益效果为：

1、电子对抗装备的虚拟认知训练利用VR技术突破了电子对抗装备认知训练离不开电子对抗实装的的局限性，实现了可以低成本地提供训练手段，减少了传统实装训练对装备的损耗及实践环节的危险性；

2、电子对抗装备虚拟认知训练系统利用VR技术可以很好地满足每位学生个性化训练的要求，大大增加了每位学生实践与体验时间，明显减小训练时间，大大提高训练效率；

3、电子对抗装备虚拟认知训练系统利用VR技术可以在最新研制装备配发前，组织人员使用虚拟装备进行训练，缩短装备战斗力生成的周期；

4、电子对抗装备虚拟认知训练系统利用VR技术既能满足单个学生操作训练，又能方便组织大容量大规模操作训练，成本低，组织实施难度小，是一种新的教学与训练手段，在提高电子对抗装备训练质量和效益方面有着其他方式无法替代的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种电子对抗装备虚拟认知训练系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种电子对抗装备虚拟认知训练系统的训练方法及工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种电子对抗装备虚拟认知训练系统。

如图1所示，该系统包括VR工作站计算机、参训者VR硬件设备和虚拟认知训练软件。VR硬件主要包括3D头盔和VR数据手柄。VR工作站计算机预装windows操作系统，安装mySQL数据库、模型库和装备库等资料。电子对抗装备虚拟认知训练系统通过VR工作站计算机实现人机交互，将虚拟训练内容流畅输出到VR头显，使得参训人员实时感知到训练内容，通过VR外部接口设备的操作与之互动，实现装备虚拟训练。电子对抗装备虚拟认知训练突破了空间和时间的限制，使得学生在任何时间任何地点都可以开展学习训练。同时，虚拟教学为学生构建了全新的、自由的、开放性的教学环境，便于学生自主学习，提高学生学习兴趣和积极性。

如图2所示，在实际训练过程中，该电子对抗装备虚拟认知训练系统的使用练方法及工作流程包括以下步骤：

步骤1，参训人员戴上VR头显和VR数据手柄，在计算机上运行电子对抗装备虚拟认知训练系统软件；

步骤2，参训人员输入密码，进行用户登陆；

步骤3，参训人员成功登陆，进行训练内容选择；

步骤4，参训人员根据实际需要，从自主学习、课堂训练和训练考核三项内容中选择相应的训练内容，或依次进行训练；

步骤5，参训人员选定内容后，计算机根据定制的软件功能设计，生成相应的训练内容，输出到参训人员的VR头显上，从而一步一步地进行电子对抗装备虚拟训练；

步骤6，自主学习时，参训人员自行选择训练科目和训练内容，方便个人根据自己的实际情况进行定个性化学习；

步骤7，课堂训练时，参训人员由训练管理人员根据训练计划下达训练内容，按照进度要求完成所需学习的内容；

步骤8，训练考核时，参训人员在规定的时间内，完成系统给出的考核内容，系统自动给出评判结果，对参训人员的学习效果进行评估，发现参训人员的薄弱环节，为后面的学习计划提供指导意见；

步骤9，参训人员在当前训练内容完成后，或设定的训练时间到后，系统会中止自动训练，从而完成一个阶段的虚拟训练。

在一个实施例中，通过增加VR头显、VR数据手柄、计算机和相应软件，可以扩展参训人员，从而实现多人同时训练。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，能够通过虚拟现实技术与电子对抗训练相结合，结合视听手段和三维立体虚拟操作，将抽象的理论转化成具体直观的实物，给学习者更加接近直接经验的一种方式，让观察经验和做的经验进行更好的过渡。电子对抗装备虚拟认知训练系统突破了实装培训模式离不开实装的的局限性，满足每位学生个性化训练的要求，大大增加了单兵实践与体验时间，减少了传统实装训练对装备的损耗及实践环节的危险性。另外，利用电子对抗装备虚拟认知训练平台，既能满足单人操作训练，又能方便组织大容量大规模操作训练，还可以在最新研制装备配发前，组织学生使用虚拟装备进行训练，缩短装备战斗力生成的周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子对抗装备虚拟认知训练系统及工作方法，其特征在于，VR工作站计算机和参训者VR硬件设备，所述VR工作站计算机配置高性能硬件，预装操作系统，安装数据库、模型库和设备库等资料，为VR训练提供所需基础资源；所述VR工作站计算机作为基于VR的电子对抗装备虚拟认知训练平台的计算中心，安装定制开发的电子对抗虚拟认知训练软件。所述认知训练软件主要包括电子对抗装备3D虚拟建模软件模块和电子对抗装备认知训练软件模块；电子对抗装备虚拟认知训练系统通过VR工作站计算机实现人机交互，将虚拟训练内容流畅输出到VR头显，使得参训人员实时感知到训练内容，通过VR外部接口设备的操作与之互动，实现电子对抗装备虚拟训练。

2.根据权利要求1所述的电子对抗装备虚拟认知训练系统，其特征在于，所述VR硬件设备主要包括VR头盔和VR数据手柄。所述VR头盔能营造逼真的视觉环境，单眼拥有高清分辨率，头盔内部配有陀螺仪传感器、近红外CMOS传感器、激光定位、加速度计等设备，使虚拟场景自然、真实；所述VR数据手柄实现参训者的动作捕捉，是对参训者动作位移的反馈和扫描；利用先进的红外惯性跟踪装置，运用外部跟踪方式，采用USB或无线形式进行实时跟踪定位，由神经元、距离传感器、惯性跟踪扫描设备组成。

3.根据权利要求2所述的电子对抗装备虚拟认知训练系统，其特征在于，所述认知训练软件主要包括电子对抗装备3D虚拟建模软件模块和电子对抗装备认知训练软件模块。

4.根据权利要求3所述的电子对抗装备虚拟认知训练系统，其特征在于，所述电子对抗装备3D虚拟建模软件包括装备车体建模模块、机柜设备建模模块、分机设备建模模块和附属设备建模模块，根据装备训练需要建立相应的虚拟环境模型。

5.根据权利要求4所述的电子对抗装备虚拟认知训练系统，其特征在于，所述电子对抗装备认知训练软件包括抽象概念展示软件模块、理论知识学习软件模块、装备结构认知软件模块和分机拆解认知软件模块；抽象概念展示软件模块通过VR技术手段，可以形象生动地展示电子对抗领域一些复杂、抽象、难以理解的概念、信号工作过程和作战效果等，将电磁波无形的工作过程实化，直观、全面、充分地展示教学内容，便于参训者掌握电子对抗基础知识；理论知识学习软件模块通过VR技术手段实现电子对抗装备的基础理论、装备工作原理、装备结构组成、装备战技指标等内容的学习；装备结构认知软件模块主要通过VR技术手段，形象生动地将电子对抗装备整体外观、内部结构，方便进行三维展示，可以将装备整机、分机、模块的面板设置为透明，以便让学生更加直观地观察、认识内部结构；分机拆解认知软件模块主要通过VR技术手段，实现对分机模块进行拆解，方便进行三维展示与交互操作，可以在虚拟装备内部标注信息流、工作流等辅助信息，极大地丰富装备教学内容，提升教学效果，高效完成装备认知训练任务。

6.一种电子对抗装备虚拟认知训练系统的训练方法，其特征在于，用于权利要求6所述的电子对抗装备虚拟认知训练系统的训练，包括以下步骤：

步骤1，电子对抗装备虚拟建模首先需要对电子对抗装备内部、外部设备的建模，完成基础仿真场景的搭建；

步骤2，电子对抗装备虚拟建模其次主要实现真实装备的内部功能仿真与建模，完成装备功能模拟与仿真；

步骤3，电子对抗装备虚拟建模还要实现训练场景搭建和装备功能层面的仿真，从而为训练提供逼真的内外作业环境；

步骤4，电子对抗装备认知训练软件实现电子对抗相关基础理论知识学习、电子对抗抽象概念形象直观展示、电子对抗态势展示以及电子对抗效果展示；

步骤5，电子对抗装备认知训练软件实现典型电子对抗装备整站认知、装备内部结构认知、各分机拆解认知和站工作原理及操作流程认知等；

步骤6，参训人员佩带VR头盔和VR数据手柄，与电子对抗装备认知训练软件进行交互训练；

步骤7，参训人员通过VR硬件设备和VR工作站计算机，体验装备训练和身临其境的沉浸感，并具有人员与电子对抗虚拟训练环境完善的交互能力；

步骤8，参训人员根据训练安排或自主选择内容，在电子对抗装备认知训练系统中进行虚拟仿真和交互训练；

步骤9，VR工作站计算机一方面接收参训人员发送的训练指令，生成相应的训练内容，另一方面实时采集参训人员的操作步骤及训练数据，保存到计算机上，供训练分析用，从而实现电子对抗装备虚拟认知训练。

Images