CN109256007A - 一种航天测控***操作人员模拟训练***及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天测控***操作人员模拟训练***及训练方法，解决了由于目前实装测控车和车载设备有限，控制***操作人员等无法进行实装测试演练，在实际操作前使用该训练***，可显著提高训练效果，改变以往控制***操作人员缺少实践训练的局面；控制***操作人员使用该模拟测试方法进行特殊情况处置训练，可以提高操作人员应对特殊情况的反应能力，保证操作的准确性；本发明最大程度的模拟外部极端环境，训练操作人员适应能力，不因外部环境的改变影响到控制***操作人员的操作能力，减小环境对操作人员的影响效果，提升操作的稳定性。

Description

一种航天测控***操作人员模拟训练***及训练方法

技术领域

本发明涉及一种航天测控***操作人员模拟训练***及训练方法，属于航天训练体系技术领域。

背景技术

航天测控***操作人员承担着测控车能否正常运转、测试性能发挥与工作质量优劣的重要责任。在实际操作过程中，要求操作人员具有过硬的操作技术、稳定的心理素质和很强的适应能力，但现有的测控***培训手段还不够完善，没有与之相配套的模拟训练器材和培训体系。目前操作人员在实际操作前，缺少充足的实装***对操作人员进行训练，不经过模拟训练直接进行实装测试，缺乏辅助理论学习的有效手段，操作人员对操作界面缺乏更深入的了解，不能完全理解操作规程的要求，容易出现误操作，一旦出现误操作，将极大影响测控***的测试任务，如处置不当，甚至会出现重大的安全事故；且测控车的实际操作环境多变，工作环境恶劣，具有空间狭小、设备密集、高噪声、外部光线强、温度变化大等特点，操作人员在未经训练的情况下，在严酷的操作环境不能很好的执行技术动作，各项操作容易出现变形，存在误操作风险。且多岗位人员难以进行协同训练，对特殊情况的处置等问题已经逐步提升为控制***操作人员培训的瓶颈，严重阻碍了操作人员技术的提高。

综上所述，传统的训练方法无法达到满意的训练效果。如何提供一套可以对实际操作环境进行有效仿真，模拟实际操作过程中的真实状况的模拟训练***，同时可以对检验训练效果进行有效评估的测控***训练方法是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航天测控***操作人员模拟训练***及训练方法，具有与真实测控车相同的结构，能够模拟极端环境、能人工注入故障信息，实现控制***操作人员面对复杂情况依然能够准确操作，减少人员误操作率，提高测试结果的精确度；能够量化检测训练成果，便于参训人员清楚了解自己的训练不足，提高训练效果。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种航天测控***操作人员模拟训练***，包括仓体、温湿度调节模块、光照调节模块、噪声干扰模块以及专家控制台；

仓体与测控车操作仓内部设备布局和形状一致；仓体的顶部设置温湿度调节模块，用于根据设定场景，调节仓体壳体内的温度和湿度；光照调节模块设置在前部车窗及侧门的窗上，用于模拟设定场景的光照；噪声干扰模块设置在工位侧面，用于模拟设定场景的噪声；实时监控模块，采集操作人员口令声音，及操作动作图像；专家控制台设置在仓体壳体外部，用于选择测试内容，选择设定场景，接收实时监控模块发送的人员口令声音，及操作动作图像，进行播放，由专家进行监控。

优选的，测试科目内容分为正常测试和异常测试，正常测试时，设定场景为常规工作状态的温度、湿度、噪声和光照；异常测试分为异常环境测试和异常状态测试两大类，其中异常环境测试为专家控制台向仓体壳体内的受训人员提供极端的光照、温度、湿度或噪音环境，用于模拟测控车在极端环境的下进行测试的情况；异常状态测试为注入测试项目故障。

优选的，极端环境包括高温高湿的雨林环境、极端寒冷干燥的高纬环境、电机异常时的高噪音环境。

优选的，光照调节模块通过在前部车窗及侧门的窗外安装照射强度及方向可调节仿日光灯，模拟各方向强光对操作员的影响，光线强度在训练过程中能够通过专家控制台调节。

优选的，噪声干扰模块事先预录制环境噪声，在仓体内用高保真音响播放环绕立体声音效果用来模拟实际操作过程中的噪声。

优选的，还包括集成语音调度模块与耳麦，模拟指挥岗与操作岗、操作岗与操作岗之间的语音通信，语音调度模块及耳麦型号与测发控车使用型号相同。

优选的，专家控制台包括异常状态控制模块，将多种故障案例编写故障模板，并将故障模板存储在异常状态控制模块中，在训练前专家首先根据训练内容选择异常状态控制模块中的故障模板，向仓体内的测控***烧写存在异常的软件，在受训人员操作过程中，发现存在故障信息后，受训人员通过分析和检查，快速定位故障、评估故障严重程度、排除故障、并进行详细记录，并将处理情况反馈至专家控制台，对训练结果进行评估。

优选的，专家控制台具有训练评估***包括自动评分模块，自动评分模块通过摄像头检查人员的面部情况，通过图像处理软件，识别出眼部的特征信息，测算出测试人员的注意力集中程度；采集操作指令的完成时间，与规定的时间进行比对，计算出完成时间的准确性；采集实际操作指令与规定的操作指令进行比对，计算出操作的准确性；统计单次测试过程中正确操作占总操作次数的正确比例；将测试人员的注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例加权计算获得受训人员自动评分模块的成绩。

优选的，训练评估***还包括专家测评模块，专家测评模块专家根据操作人员的有效操作、关键操作和危险操作给出测评结果，将所有专家给出的测评结果取均值获得专家测评模块的成绩。

优选的，将测试人员的注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例加权计算的权重系数采用层次分析法确定。

优选的，异常状态控制模块中故障实现方法包括切断特定继电器，控制交换机切断部分网口，控制电源模块调整电压、控制中心计算机直接向显示屏输出故障信息。

优选的，异常状态控制模块还自动记录故障训练和考评过程中各种项目的操作步骤的合格情况，按照操作人员完成质量设置操作步骤的权重；在生产随机模拟训练的模板时，权重越高的测试步骤设置为故障流程的可能性越高；

在随机模拟训练中，在故障模板中随机选择故障模式与环境条件时并非等概率抽取。

优选的，步骤设为故障流程的确定方法为：通过BP神经网络建立各个操作步异常出现频率、实操过程中故障出现频率、故障影响程度、故障处理难度与异常模板出现概率的映射，即对于近期操作异常出现频率越低、实际操作过程中故障出现频率越高、故障影响程度越高、故障处理难度越大的操作流程，该流程步骤为故障流程的概率越大。

优选的，训练评估***测试评分方法如下，故障模板中包括两类参数：测试项目和环境条件，测试时由专家选择测试项目和环境条件，测试项目包含测试步骤X₁～X_n，环境条件包括光照、温湿度、噪声；每个新加入模板中的测试项目，其各个步骤由专家根据项目类型、难易程度、重要程度、操作时间设定初始分值，根据注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例四项参数指标确定初始权重比例，各步骤加权分值之和构成测试项目部分的评估成绩；测试项目中普遍操作完成质量较低的操作步骤其分值会增加；根据训练目的不同参数指标对成绩的影响程度也会随之调整；随着训练样本数的增加，根据BP神经网络形成自适应步骤分值和权重映射训练模型；环境条件选择时环境条件越恶劣系数越高，测试项目分数乘以环境系数得到最终的评估分数。

提供一种基于所述的航天测控***操作人员模拟训练***的训练方法，其特征在于，步骤如下：

(1)专家控制台发出训练开始指令；(2)操作人员就位对***进行加电；(3)专家根据训练安排选择训练或测试项目，选择训练环境；(4)异常状态控制模块烧写故障异常程序，调节训练***环境状态；(5)准备工作完成后，操作人员根据专家选定训练或测试项目启动操作流程；(6)当出现异常时，操作人员进行处理，并将处理情况反馈给专家控制台；(7)专家根据操作人员的有效操作、关键操作和危险操作进行评分；(8)结束后，自动评分模块和专家测评模块对被训人员表现进行测评，自动生成训练报告。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明解决了由于目前实装测控车和车载设备有限，控制***操作人员等无法进行实装测试演练，在实际操作前使用该训练***，可显著提高训练效果，改变以往控制***操作人员缺少实践训练的局面；

(2)控制***操作人员使用该模拟测试方法进行特殊情况处置训练，可以提高操作人员应对特殊情况的反应能力，保证操作的准确性；

(3)控制***操作人员和测控车其他岗位人员可以利用该模拟训练***实现同场组训，训练沟通互联，提高协同工作的能力；

(4)控制***操作人员使用该模拟训练***实现测控设备的功能训练，熟练掌握车载设备性能，熟悉各种车载设备的排故基本方法。

(5)本发明最大限度的模拟真实测控车的内部结构，解决了以往试验室培训环境与真实测控车设备布局相距较大，试验室环境舒适操作空间宽松，真实环境反差巨大，难以提升控制***操作人员能力的问题。

(6)本发明最大程度的模拟外部极端环境，训练操作人员适应能力，不因外部环境的改变影响到控制***操作人员的操作能力，减小环境对操作人员的影响效果，提升操作的稳定性。

(7)本发明解决了在以往训练中，缺少对控制***操作员的监控，当出现某些错误时，很难被发现，不能及时记录错误。无法做到全面、细致的分析训练过程，达到迅速提高操作水平的目的。

(8)本发明可以人工的注入故障信息，可以让操作人员***的训练遇到故障后的处理能力和应对办法，提升操作人员的故障定位、处理、排故能力。

(9)本发明的训练评估***能够合理正确的反应受训人员的能力水平，便于受训人员有针对性的提高自身业务能力，同时提升受训人员的积极性。

附图说明

图1为本发明模拟训练平台结构示意图；

图2为本发明***关系示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于航天测控***模拟训练的***及相应的训练方法，模拟真实的测试状态和使用环境，可以提供极端环境状态和异常测试状态，同时可以客观的受训的人的训练效果进行评定。

一、操作人员模拟训练***

操作人员模拟训练***包括环境仿真***、带有异常状态注入的专家控制***、训练评估***。

环境仿真***为多模块组合结构，用来模拟实装测控车的内部环境和外部环境。

设计内部仪器设备模块结构过程中以实物作为参考，最大限度的模拟测发控装备界面的原型，以力求接近真实的操作体验，各操作界面显示屏11、电缆走线、测控单机设备布局均与实际情况一致，使控制***操作员的岗位布局、操作手感、身体姿态均与实际情况相符。

模拟外部环境对控制***操作人员的影响时，需要建立自然环境信息库，模拟实际工作环境信息。信息库中载入可能涉入的环境如森林、沙漠等，针对不同的场景设计不同的温湿度、光照强度等可调节项，并利用环境模拟模块进行实现。环境模拟模块用来模拟实际操作过程中环境可能出现的强光、高低温、大湿度环境，提升控制***操作员在恶劣环境下对测试状态的辨识技巧与测试的稳定性。温度调节模块12采用大功率集成电热片与制冷***可以实现冷热高低温调节，高温可达零上30度，低温可达零下三十度；光照调节模块13通过在模拟舱中设置放日光平板LED灯，模拟各方向强光对控制***操作员的影响，光线强度可以根据测试流程与训练的要求自主调节；噪声干扰模块14事先预录制发动机噪声、雷雨声等环境噪声，在模拟舱内用高保真音响播放环绕立体声音效果用来模拟实际操作过程中的巨大噪声，使控制***操作员提前适应高噪声环境下的测试操作，训练在高噪声环境下专注工作的能力；在训练台中集成语音调度模块15与耳麦，耳麦型号与实战状态相同，模拟指挥岗与操作岗、操作岗与操作岗之间的语音通信,模拟真实测发控***的通信环境,接收从指挥岗位提出的关于各种操作的控制指令，充分完成整个试验过程中各岗位之间的沟通过程。

实时监控模块应用录音设备和高清摄像设备16，需要记录的主要内容为操作***控制界面内容，操作人员口令声音，操作动作图像等。实时将音频图像传输给外部测评专家，除了同步记录这项功能以外，还根据训练的需求对训练过程进行重放，方便分析控制***操作员的技术动作。

带有异常状态注入的训练***，该***的控制界面位于专家控制台17，控制界面中可以选择本次需要进行的训练科目，测试科目可以分为正常测试和异常测试，异常测试又可分为异常环境测试和异常状态测试两大类。正常测试时，环境仿真***正常工作模拟常规工作状态，训练***也不对测控***软件进行干扰，异常测试可分为异常环境测试和异常状态测试两大类，其中异常环境测试为专家控制台直接控制环境仿真***的各项参数，向受训人员提供极端的光照、温度、湿度、噪音环境，用于模拟测控车在极端环境的下进行测试的情况，可以模仿极端高温高湿的雨林环境、极端寒冷干燥的高纬环境、电机异常时的高噪音环境等。异常状态测试为根据可能存在故障模式，通过软件对故障进行仿真，方法包括切断特定继电器，控制交换机切断部分网口，控制电源模块调整电压、控制中心计算机直接向显示屏输出故障信息等。每项训练由操作步骤X₁～X_n组成，将操作步骤的故障情况通过异常的测控软件编写为异常操作X_i错，正常情况下操作为X_i对。每次的训练模板由正常流程和异常流程共同组成，在生产训练模板时，通过BP神经网络建立近期异常模板出现频率、实操过程中故障出现频率、故障重要程度、故障处理难度与异常模板出现概率的映射，即对于近期异常模板出现频率越低、实操过程中故障出现频率越高、故障重要程度越高、故障处理难度越大的操作流程，该流程为故障流程的概率越大。该频率可以根据近期的训练情况作出动态调整。在受训人员操作过程中，当发现存在故障信息后，受训人员要通过分析和检查，快速定位故障、评估故障严重程度、排除故障、并进行详细记录。并将处理情况反馈至专家控制台，便于专家对训练结果进行评估。

训练评估***由两部分组成，自动评估***和专家评估***，用来对控制***操作人员的训练表现进行定性定量测评。

自动评估***需要评估的能力主要包括完成规定操作的时间准确性，完成规定操作的执行准确性依据每项操作的成功率以及训练的精神面貌。其中操作的时间准确性为***中的参考操作时间与实际操作时间的比值，将其作为判别指标；操作的执行准确性为测试人员操作与***中参考操作点的匹配程度，将实际操作与参考操作的相符的数量与总操作数量的比值；操作的成功率为操作正常执行的数量与总操作数量的比值，将其作为判别指标；训练的精神面貌，主要评估测试人员的注意力集中程度，使用眼睛闭合时间占单次眨眼总时间的百分比作为精神面貌判别标准。

自动评估***可以检测操作人员的每一步的操作情况、操作时间及操作是否成功从而测算出时间准确性、执行准确性、及操作的成功率。通过摄像头检查人员的面部情况，通过图像处理软件，识别出眼部的特征信息，测算出测试人员的注意力集中程度。

***建立成绩评估的层次结构；每项测试模板中主要包括两类参数：测试项目和环境条件，测试项目包含操作步骤X₁～X_n，环境条件包括光照、温湿度、噪声等。每项测试步骤采用BP神经网络的方法，建立项目类型、难易程度、重要程度、操作时间与该测试步骤的分值之间的映射关系，对于新的测试步骤可以快速建立起测试步骤特征与测试步骤分值的关系，同时可以根据训练的情况，对各项测试步骤的分值进行动态调整。建立注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例四项参数指标，用于评估训练的结果，根据不同的训练重点，对各项指标的权重***进行动态调整。各操作步骤加权分值之和构成测试项目部分的评估成绩。随着测试样本数的增加，各步骤的分值和权重系数会更合理的变化。

专家测评***主要评定项目为操作人员的有效操作、关键操作和危险操作。有效操作例如确认测控***状态、确认测控***电压参数；关键操作例如关键指令的接收回复、关键节点的暂停与执行；危险操作例如错误切换高低压电缆、未按规定流程执行测试步骤等，专家根据受训人员的操作时间长短、操作技巧应用的好坏、操作准确程度对受训人员的操作情况进行评测，均衡多位专家的评分作为专家测评***成绩。

将自动评分和专家测评两者相结合，能够更加准确的体现被训人员的训练水平，大大提高了评估工作的科学性，提高被训人员的积极性。同时便于训练体系的改进，更加合理的安排见血内容、调整训练进度，提高训练的实际效果和质量。

二、训练方法

1专家控制台发出训练开始指令；2操作人员就位对***进行加电；3专家根据训练安排选择训练或测试项目，选择光照温度等训练环境；4***根据需求自动烧写故障异常程序，调节训练***环境状态；5准备工作完成后，操作人员根据专家选定项目启动操作流程；6当出现***异常时，需要在进行故障定位，并将处理、排除方法反馈给专家控制台；7训练过程中专家根据操作人员的有效操作、关键操作和危险操作进行评分；8训练项目结束后，自动测评***和专家测评***对被训人员表现进行测评，自动生成训练报告；9根据监控回放详细剖析被训人员不满足标准要求的操作，便于训练人员操作水平的提高；10专家根据多个被训人员的综合训练结果制定下一步培训方案。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (15)

1.一种航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，包括仓体、温湿度调节模块、光照调节模块、噪声干扰模块以及专家控制台；

仓体与测控车操作仓内部设备布局和形状一致；仓体的顶部设置温湿度调节模块，用于根据设定场景，调节仓体壳体内的温度和湿度；光照调节模块设置在前部车窗及侧门的窗上，用于模拟设定场景的光照；噪声干扰模块设置在工位侧面，用于模拟设定场景的噪声；实时监控模块，采集操作人员口令声音，及操作动作图像；专家控制台设置在仓体壳体外部，用于选择测试内容，选择设定场景，接收实时监控模块发送的人员口令声音，及操作动作图像，进行播放，由专家进行监控。

2.如权利要求1所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，测试科目内容分为正常测试和异常测试，正常测试时，设定场景为常规工作状态的温度、湿度、噪声和光照；异常测试分为异常环境测试和异常状态测试两大类，其中异常环境测试为专家控制台向仓体壳体内的受训人员提供极端的光照、温度、湿度或噪音环境，用于模拟测控车在极端环境的下进行测试的情况；异常状态测试为注入测试项目故障。

3.如权利要求2所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，极端环境包括高温高湿的雨林环境、极端寒冷干燥的高纬环境、电机异常时的高噪音环境。

4.如权利要求2所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，光照调节模块通过在前部车窗及侧门的窗外安装照射强度及方向可调节仿日光灯，模拟各方向强光对操作员的影响，光线强度在训练过程中能够通过专家控制台调节。

5.如权利要求2所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，噪声干扰模块事先预录制环境噪声，在仓体内用高保真音响播放环绕立体声音效果用来模拟实际操作过程中的噪声。

6.如权利要求2所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，还包括集成语音调度模块与耳麦，模拟指挥岗与操作岗、操作岗与操作岗之间的语音通信，语音调度模块及耳麦型号与测发控车使用型号相同。

7.如权利要求4所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，专家控制台包括异常状态控制模块，将多种故障案例编写故障模板，并将故障模板存储在异常状态控制模块中，在训练前专家首先根据训练内容选择异常状态控制模块中的故障模板，向仓体内的测控***烧写存在异常的软件，在受训人员操作过程中，发现存在故障信息后，受训人员通过分析和检查，快速定位故障、评估故障严重程度、排除故障、并进行详细记录，并将处理情况反馈至专家控制台，对训练结果进行评估。

8.如权利要求4所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，专家控制台具有训练评估***包括自动评分模块，自动评分模块通过摄像头检查人员的面部情况，通过图像处理软件，识别出眼部的特征信息，测算出测试人员的注意力集中程度；采集操作指令的完成时间，与规定的时间进行比对，计算出完成时间的准确性；采集实际操作指令与规定的操作指令进行比对，计算出操作的准确性；统计单次测试过程中正确操作占总操作次数的正确比例；将测试人员的注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例加权计算获得受训人员自动评分模块的成绩。

9.如权利要求8所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，训练评估***还包括专家测评模块，专家测评模块专家根据操作人员的有效操作、关键操作和危险操作给出测评结果，将所有专家给出的测评结果取均值获得专家测评模块的成绩。

10.如权利要求8所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，将测试人员的注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例加权计算的权重系数采用层次分析法确定。

11.如权利要求8所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，异常状态控制模块中故障实现方法包括切断特定继电器，控制交换机切断部分网口，控制电源模块调整电压、控制中心计算机直接向显示屏输出故障信息。

12.如权利要求11所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，异常状态控制模块还自动记录故障训练和考评过程中各种项目的操作步骤的合格情况，按照操作人员完成质量设置操作步骤的权重；在生产随机模拟训练的模板时，权重越高的测试步骤设置为故障流程的可能性越高；

在随机模拟训练中，在故障模板中随机选择故障模式与环境条件时并非等概率抽取。

13.如权利要求12所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，步骤设为故障流程的确定方法为：通过BP神经网络建立各个操作步异常出现频率、实操过程中故障出现频率、故障影响程度、故障处理难度与异常模板出现概率的映射，即对于近期操作异常出现频率越低、实际操作过程中故障出现频率越高、故障影响程度越高、故障处理难度越大的操作流程，该流程步骤为故障流程的概率越大。

14.如权利要求8所述的航天测控***操作人员模拟训练***，其特征在于，训练评估***测试评分方法如下，故障模板中包括两类参数：测试项目和环境条件，测试时由专家选择测试项目和环境条件，测试项目包含测试步骤X₁～X_n，环境条件包括光照、温湿度、噪声；每个新加入模板中的测试项目，其各个步骤由专家根据项目类型、难易程度、重要程度、操作时间设定初始分值，根据注意力集中程度、完成时间的准确性、操作的准确性以及正确比例四项参数指标确定初始权重比例，各步骤加权分值之和构成测试项目部分的评估成绩；测试项目中普遍操作完成质量较低的操作步骤其分值会增加；根据训练目的不同参数指标对成绩的影响程度也会随之调整；随着训练样本数的增加，根据BP神经网络形成自适应步骤分值和权重映射训练模型；环境条件选择时环境条件越恶劣系数越高，测试项目分数乘以环境系数得到最终的评估分数。

15.一种基于如权利要求12所述的航天测控***操作人员模拟训练***的训练方法，其特征在于，步骤如下：

(1)专家控制台发出训练开始指令；(2)操作人员就位对***进行加电；(3)专家根据训练安排选择训练或测试项目，选择训练环境；(4)异常状态控制模块烧写故障异常程序，调节训练***环境状态；(5)准备工作完成后，操作人员根据专家选定训练或测试项目启动操作流程；(6)当出现异常时，操作人员进行处理，并将处理情况反馈给专家控制台；(7)专家根据操作人员的有效操作、关键操作和危险操作进行评分；(8)结束后，自动评分模块和专家测评模块对被训人员表现进行测评，自动生成训练报告。