CN110827598A - 一种电子战装备虚拟操作训练***及其训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子战装备虚拟操作训练***及其训练方法，该电子战装备虚拟操作训练***包括高性能计算机和参训者VR硬件设备，所述VR硬件主要包括VR头盔和VR数据手套。所述高性能计算机预装操作***，安装数据库、模型库和设备库等资料，将虚拟训练内容流畅输出到VR头显。所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块。有益效果：电子战装备虚拟操作训练突破了训练离不开电子战实装的的局限性，降低了训练成本，减少了对装备的损耗及实践环节的危险性；满足了学生个性化训练的要求，实现了最新研制装备配发前提前训练，缩短发装备战斗力生成周期。

Description

一种电子战装备虚拟操作训练***及其训练方法

技术领域

本发明涉及电子战装备技术领域，具体来说，涉及一种电子战装备虚拟操作训练***及其训练方法。

背景技术

虚拟现实（Virtual Reality）技术也称灵境技术，是如今最受关注的前沿科技之一，这里的“现实”，是指在物理意义或者功能实现层次的现实世界中可以达到或者无法达到的环境。而“虚拟”则是指通过计算机仿真***，模拟该环境。虚拟现实具有沉浸-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。

虚拟现实逐步在各个领域得到广泛地应用，包括娱乐、医疗、军事、教育、建筑等等，被认为是当今影响人们生活的重要技术之一。虚拟现实技术在教育培训方面也已经取得了较好的研究性成果，将VR技术应用到电子战装备认知、操作运用与故障检测维修教学中，构建基于VR技术的电子战装备训练平台，实现电子战装备外观仿真、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。

戴尔经验之塔理论强调教学应从具体经验入手，逐步到达抽象。电子战的概念非常抽象，理论比较深奥，经验不易理解，而虚拟现实技术结合了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。

借助VR技术可以低成本地提供训练手段，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，利用电子战装备虚拟训练平台，既能满足单兵操作训练，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。因此，虚拟现实技术作为一种新的教学与训练手段，在提高装备训练质量和效益方面有着其他方式无法替代的优点。

现代化战争中，电子战已经发展成为一种独立的作战方式，是不对称战争环境中具有信息威慑能力的主战武器和作战力量之一。电子战装备科技含量高，***庞大，操作复杂，价格昂贵。随着电子战技术的不断发展，电子战所面临的作战环境越来越复杂，如何开展电子战装备的操作训练进而熟练掌握装备的操作方法和技巧，以发挥装备应有的性能和能力，是一项支撑性的重要工作。

但是现有的电子战装备价格高数量少，组织训练难度大，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战装备运用的教学，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战装备虚拟操作训练***及其训练方法，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，提供了一种电子战装备虚拟操作训练***。

该***包括电子设备，一种电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，高性能计算机和参训者VR硬件设备，所述高性能计算机配置高性能硬件，预装操作***，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。所述高性能计算机作为基于VR的电子战装备虚拟操作训练平台的计算中心，安装定制开发的电子战虚拟操作训练软件。所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块。电子战装备虚拟操作训练***通过高性能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数据手套。

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数据手套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，所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块。

进一步的，所述电子战装备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，所述电子战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，便于参训者掌握电子战基础知识。

进一步的，所述理论知识学习软件模块通过VR技术手段实现电子战装备的基础理论、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，形象生动地将电子战装备整体外观、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。

进一步的，所述电子战装备操作训练软件包括附属设备操作软件模块、分机面板操作软件模块、***流程操作软件模块和席位软件操作软件模块。

进一步的，所述附属设备操作软件模块通过VR技术手段实现电源、配电柜、通信设备等设备的开关机操作及其它相关操作。

进一步的，所述分机面板操作软件模块通过VR技术手段实现虚拟分机面板键盘布局，按键响应，信息显示均与实际设备面板一致。

进一步的，所述***流程操作软件模块通过VR技术手段实现设备的工作场景逼真，软件界面、操作步骤、信息显示、信号流程、***响应等都与具体型号设备一致，并且具有较好的人机交互功能。

进一步的，所述席位软件操作软件模块通过VR技术手段实现用户操作席位软件功能，其软件操作界面、软件响应等都与具体型号设备一致。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子战装备虚拟操作训练***的训练方法。

该电子战装备虚拟操作训练***的训练方法，包括以下步骤：

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

步骤2，电子战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，电子战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，电子战装备认知训练软件实现电子战抽象概念展示、理论知识学习、装备结构认知和分机拆解认知。

步骤5，电子战装备操作训练软件实现附属设备操作、分机面板操作、***流程操作和席位软件操作。

步骤6，参训人员佩带VR头盔和VR数据手套，与电子战装备认知训练软件进行交互训练。

步骤7，参训人员通过VR硬件设备和高性能计算机，体验装备训练和身临其境的沉浸感，并具有人员与电子战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，在电子战装备认知训练***中进行虚拟仿真和交互训练。

步骤9，高性能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，从而实现电子战装备虚拟操作训练。

本发明的有益效果为：

1、电子战装备的虚拟操作训练利用VR技术突破了电子战装备操作训练离不开电子战实装的的局限性，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、电子战装备虚拟操作训练***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、电子战装备虚拟操作训练***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、电子战装备虚拟操作训练***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，在提高电子战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战装备虚拟操作训练***的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种电子战装备虚拟操作训练***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，提供了一种电子战装备虚拟操作训练***。

如图1所示，该电子战装备虚拟操作训练***包括高性能计算机和参训者VR硬件设备，所述高性能计算机配置高性能硬件，预装操作***，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。所述高性能计算机作为基于VR的电子战装备虚拟操作训练平台的计算中心，安装定制开发的电子战虚拟操作训练软件。所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块。电子战装备虚拟操作训练***通过高性能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。

如图2所示，在实际训练过程中，该电子战装备虚拟操作训练***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数据手套，在计算机上运行电子战装备虚拟操作训练***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、操作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战装备虚拟训练；

步骤6，参训人员在当前训练内容完成后，或设定的训练时间到后，***会中止训练，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数据手套、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战训练相结合，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***台，既能满足单兵操作训练，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 (7)

1.一种电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，高性能计算机和参训者VR硬件设备，所述高性能计算机配置高性能硬件，预装操作***，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；

所述高性能计算机作为基于VR的电子战装备虚拟操作训练平台的计算中心，安装定制开发的电子战虚拟操作训练软件；

所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块；

电子战装备虚拟操作训练***通过高性能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。

2.根据权利要求1所述的电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，所述VR硬件设备主要包括VR头盔和VR数据手套；

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数据手套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所述的电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，所述操作训练软件主要包括电子战装备3D虚拟建模软件模块、电子战装备认知训练软件模块和电子战装备操作训练软件模块。

4.根据权利要求3所述的电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，所述电子战装备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所述的电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，所述电子战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，便于参训者掌握电子战基础知识；

理论知识学习软件模块通过VR技术手段实现电子战装备的基础理论、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，形象生动地将电子战装备整体外观、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.根据权利要求5所述的电子战装备虚拟操作训练***，其特征在于，所述电子战装备操作训练软件包括附属设备操作软件模块、分机面板操作软件模块、***流程操作软件模块和席位软件操作软件模块；

附属设备操作软件模块通过VR技术手段实现电源、配电柜、通信设备等设备的开关机操作及其它相关操作；

分机面板操作软件模块通过VR技术手段实现虚拟分机面板键盘布局，按键响应，信息显示均与实际设备面板一致；

***流程操作软件模块通过VR技术手段实现设备的工作场景逼真，软件界面、操作步骤、信息显示、信号流程、***响应等都与具体型号设备一致，并且具有较好的人机交互功能；

席位软件操作软件模块通过VR技术手段实现用户操作席位软件功能，其软件操作界面、软件响应等都与具体型号设备一致。

7.一种电子战装备虚拟操作训练***的训练方法，其特征在于，用于权利要求6所述的电子战装备虚拟操作训练***的训练，包括以下步骤：

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

步骤2，电子战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，电子战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，电子战装备认知训练软件实现电子战抽象概念展示、理论知识学习、装备结构认知和分机拆解认知；

步骤5，电子战装备操作训练软件实现附属设备操作、分机面板操作、***流程操作和席位软件操作；

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

步骤7，参训人员通过VR硬件设备和高性能计算机，体验装备训练和身临其境的沉浸感，并具有人员与电子战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，在电子战装备认知训练***中进行虚拟仿真和交互训练；

步骤9，高性能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，从而实现电子战装备虚拟操作训练。

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