什么是嵌入式訓練？

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

嵌入式訓練（ET）與“真實－虛擬－構造”（Live－Virtual－Constructive， LVC）訓練相比來說有相似的地方。ET是LVC訓練的簡化版本，不包括虛擬（V）部分，即沒有人在環(huán)的模擬器參與。可以說，ET是一種LC訓練模式，只包含真實飛機（L）和構造部分（C），構造部分主要是用計算機生成兵力和渲染戰(zhàn)場環(huán)境。ET無需復雜的LVC組織保障訓練，使用ET的參與人員更少、資產(chǎn)使用少、成本更低。

ET訓練概念圖（NLR圖片）

NLR嵌入式訓練發(fā)展歷程

自20世紀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練，通過十余年的努力，將嵌入式訓練從概念轉變?yōu)榱爽F(xiàn)實。2004年4月，荷蘭皇家空軍的一架F－16戰(zhàn)機演示了單機的嵌入式訓練能力，證明了這種機上訓練系統(tǒng)在技術上是可行的，并且確實能以安全、靈活的方式提供更激烈、更真實的訓練。

F－16飛機的ET設備安裝在機身中軸線掛架中（NLR圖片）

2007年，F(xiàn)－35項目辦公室提出想進一步了解多機（小編隊）的嵌入式訓練能力，并提升技術成熟度。2009年初，NLR獲得了美國洛馬公司的許可，為F－35戰(zhàn)斗機開發(fā)嵌入式訓練能力。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。

多機聯(lián)合的嵌入式訓練能力可以讓戰(zhàn)斗機飛行員在一個共享的戰(zhàn)術環(huán)境中訓練，為了實現(xiàn)這一能力，每架飛機都配備了一個帶有嵌入式訓練軟件的計算機，該軟件使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈路，以確保每架飛機具有相同的戰(zhàn)術畫面。

最終目標是將嵌入式作戰(zhàn)訓練系統(tǒng)（Embedded Combat Aircraft Training System，E－CATS）配備在每一架F－35中，該系統(tǒng)不是作為一個可選的配置升級，而是作為一個標準配置的全功能訓練系統(tǒng)。E－CATS也將被納入F－35的訓練大綱中。F－35的嵌入式作戰(zhàn)訓練系統(tǒng)為未來LVC訓練提供了基礎。除了在當前嵌入式訓練的技術下可以不依賴地面設施，在任何時間、任何地點進行訓練外，未來，通過使用機載E－CATS，戰(zhàn)斗機飛行員可以參加LVC范圍內的任務訓練。

NLR嵌入式訓練LOGO（NLR圖片）

NLR嵌入式訓練系統(tǒng)簡介

嵌入式訓練通�？梢远�義為一種內置于操作系統(tǒng)中的訓練能力，允許飛行員通過沉浸在一個任務場景中，并通過與之虛擬目標交互來增強他們的訓練強度和真實性。飛行員能夠充分利用其飛機的能力，并在具有挑戰(zhàn)性的情況下應對大量空中和地面威脅。該系統(tǒng)與飛機任務系統(tǒng)接口，實現(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作。注入任務系統(tǒng)的ECAT輸出是虛擬目標位置和傳感器設置。任務系統(tǒng)對虛擬目標進行處理，就好像它們被飛機的傳感器捕獲一樣。

F－16嵌入式訓練機內畫面（NLR圖片）

虛擬威脅具有智能的行為，向參訓飛機模擬發(fā)射導彈，并在受到攻擊時采取反制措施。E－CATS為戰(zhàn)斗機提供了LVC訓練中的L和C，給后續(xù)集成V奠定了基礎，對LVC訓練開展有促進作用。

1．NLR嵌入式訓練組成

——訓練管理模塊

在ET模式下訓練時，訓練管理模塊執(zhí)行選擇訓練場景、啟動和停止訓練演習等功能。

——本機仿真模塊

本機仿真模塊包括與ET相關的飛機系統(tǒng)模型，如火控雷達、導彈、箔條和雷達告警接收機。本機仿真模塊的另一個功能是真實地評估敵方武器的有效性，包括命中計算和殺傷概率計算。

——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、及其武器和動態(tài)行為，涉及戰(zhàn)略、戰(zhàn)術、機動和對抗，包括避免出現(xiàn)可被預測的行為。

——安全模塊

如果存在嚴重的安全風險，安全模塊會自動關閉訓練場景的執(zhí)行，以使飛行員重新獲得對真實世界的態(tài)勢感知。如果飛行員飛出了TRA的邊界、達到了設定的剩余油量告警狀態(tài)或者無意間激活了軍械開關時，ECAT系統(tǒng)會提示飛行員并自動關閉，所有虛擬目標也將隨之消失。

——場景生成模塊

通過場景生成模塊，可以根據(jù)特定的訓練需求定制場景。驗證場景后，將數(shù)字化的場景集合的加載到飛機中。

——匯報模塊

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

NLR嵌入式訓練結構圖（NLR圖片）

2．嵌入式訓練過程

嵌入式訓練任務流程（NLR圖片）

從飛行員的角度來看，ECAT訓練任務的準備工作將與任何正常任務一樣。利用現(xiàn)有的任務規(guī)劃系統(tǒng)，對目標數(shù)據(jù)、情報數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)進行分析，將其轉化為機載數(shù)據(jù)。在將任務數(shù)據(jù)上傳到飛機上的同時，還將上傳訓練場景。ECAT訓練任務需要一個額外的步驟，即選擇虛擬飛機和地對空武器的類型、航線和戰(zhàn)術。

在訓練開始之前，飛行員必須將軍械開關設置為“模擬”，然后選擇其中一個多功能顯示器（MFD）上的ECAT，選擇幾個場景中的一個，隨后進入訓練場景，地面規(guī)劃的目標即將出現(xiàn)。在訓練狀態(tài)下，所有的飛機傳感器都能正常工作，捕捉真實的目標。ECAT系統(tǒng)現(xiàn)在將模擬目標疊加到駕駛艙顯示器上，如HUD和MFD。這些“虛擬”目標在符號旁邊會多顯示一個“V”。使用ECATS的飛行員可以像在真實的戰(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嵌入式訓練機內畫面，對雷達告警接收機也進行了改裝（NLR圖片）

在機載計算機上，預先定義好的一塊空域被標記為訓練區(qū)域，叫臨時限制空域（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的邊界之內已確保沒有空域沖突。

地面目標和地對空威脅可以放在TRA內或者外，飛行員可以像攻擊真實目標一樣攻擊這些虛擬目標。在沒有ET之前，很多部隊沒有地對空武器用于實裝對抗訓練；在海上對抗時也無法部署實裝的地對空武器。

嵌入式訓練防空武器任務規(guī)劃（NLR圖片）

到達指定訓練區(qū)域后，飛行員選擇一個可用場景。啟動場景后，飛行員將面臨虛擬威脅。當場景運行時，ECAT記錄所有必要的數(shù)據(jù)，以便在落地后任務回放。

講評系統(tǒng)圖（NLR圖片）

對于任務評估，ECAT匯報工具使飛行員或教員能夠回放任務執(zhí)行期間發(fā)生的所有事件。例如：模擬訓練開始和停止、導彈發(fā)射、脫鎖機動、攻防對抗過程等。信息將以三維和二維圖形的形式呈現(xiàn)。任務回放同步顯示的多個通道，還將包含計劃的訓練場景數(shù)據(jù)。

3．NLR開發(fā)智能化的虛擬目標

NLR的“靈巧盜賊”（Smart Bandits）程序給“敵人”可以自動做出反應并獨立做出比較真實的行動，這種程序代替了過去的預先編程行為，使虛擬敵人“更加人性化”�！皵橙恕睍�對飛行員的行動產(chǎn)生實時響應，因此飛行員無法預測虛擬目標的行為，飛行員需要提前判斷“敵人”的行動并調整戰(zhàn)術。這使“敵人”的行為舉止更加真實，增加了訓練的價值。數(shù)字化武器彈道仿真和實時評估是在機載計算機里完成的，因此飛行員會立即知道自己是被擊中還是被擊落�！皵橙恕钡哪�擬雷達也可以把工作狀態(tài)發(fā)送到飛機總線中，激勵本機的告警設備做出響應。

目前，“靈巧盜賊”已可以支持最多4V4的戰(zhàn)術訓練。

“靈巧盜賊”架構圖（NLR圖片）

小結

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

第二，嵌入式訓練系統(tǒng)中智能化、高保真的“敵人”是提升訓練效果的關鍵因素。近些年來人工智能技術飛速發(fā)展，并且在空戰(zhàn)對抗中已經(jīng)可以在1對1、多對多空戰(zhàn)中戰(zhàn)勝人類飛行員。目前有的用機器學習方法開發(fā)的空戰(zhàn)程序已經(jīng)表現(xiàn)出了動作準確、反應快、信息處理快、以及最重要的在特定范圍內幾乎不犯錯誤的優(yōu)勢。

第三，嵌入式訓練已經(jīng)包含了LVC訓練中的L和C，實現(xiàn)了一種在本機上完成“實”“虛”對抗模式，是實現(xiàn)LVC前的一個關鍵部分。本機內的“實”“虛”對抗不涉及到在LVC訓練網(wǎng)絡中實時傳輸大量數(shù)據(jù)的問題，相對來說沒有帶寬、時延、數(shù)據(jù)丟失等問題。