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一、序言

隨著計算機(jī)技術(shù)的普及和多媒體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計算機(jī)多媒體的應(yīng)用已深入到了教育領(lǐng)域的各個方面。但在大多數(shù)理工科院校中，由于專業(yè)的分割，長期以來，已形成了由學(xué)科專業(yè)人員提供腳本，教育技術(shù)中心人員制作教學(xué)錄像片或各自獨立編制教學(xué)多媒體課件的模式。隨著教育技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，這種方式已不能完全適應(yīng)教學(xué)的要求。在新形勢下，教育技術(shù)工作者應(yīng)與專業(yè)教師進(jìn)一步配合，充分發(fā)揮人員及設(shè)備的優(yōu)勢，與專業(yè)教師共同研制開發(fā)與教學(xué)相配套的軟、硬件設(shè)施，引導(dǎo)專業(yè)教師在教學(xué)中合理地運用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，提高授課質(zhì)量。

在現(xiàn)代教育教學(xué)中，多媒體教學(xué)是一項重要的應(yīng)用。多媒體有廣義多媒體和計算機(jī)多媒體兩個概念。廣義多媒體是指為了教學(xué)和傳遞信息，將兩種或兩種以上的媒體形式結(jié)和起來用于教學(xué)。而計算機(jī)多媒體是一門以計算機(jī)硬件為基礎(chǔ)的高新技術(shù)，是一個技術(shù)概念。概括地說，多媒體技術(shù)是指用計算機(jī)交互地綜合處理文本、圖形、圖像、動畫、音頻及視頻等多種信息并使這些信息建立邏輯連接。在電子對抗設(shè)備教學(xué)中，由于設(shè)備種類多，變化快，相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備不能配齊，同時，學(xué)生對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行操作時，受電子技術(shù)特點的限制，只能看到操作方法、步驟和結(jié)果，而中間過程看不見、摸不著。這給老師講解，學(xué)生學(xué)習(xí)理解和實習(xí)帶來了很大的困難。因此，提出了制作機(jī)載電子對抗設(shè)備教學(xué)仿真模擬器的設(shè)想。

二、總體構(gòu)想與實現(xiàn)

機(jī)載電子對抗設(shè)備教學(xué)仿真模擬器將多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上配以演示軟件和多媒體操作，是一套數(shù)字軟件加物理硬件組成的半實物綜合仿真系統(tǒng)。操作在實物模擬器上進(jìn)行，操作指示、演示和結(jié)果通過計算機(jī)顯示，學(xué)生可以通過視、聽、觸覺感知并學(xué)習(xí)。該仿真模擬器既能夠進(jìn)行電子對抗設(shè)備的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，又可對學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行考核和評估。

操作控制臺按1∶1仿制設(shè)備的操作系統(tǒng)，其操作控制信號通過數(shù)據(jù)通訊模塊變換成計算機(jī)可以接受的信號輸入計算機(jī)處理并進(jìn)行必要的顯示。該仿真模擬器的制作分為兩大部分，硬件制造和軟件編制。軟件主要完成要求的工作方式和工作狀態(tài)的控制及數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)電子對抗系統(tǒng)功能模擬。

運行在多媒體計算機(jī)上的軟件部分是一個交互性較強(qiáng)的多媒體軟件。交互是指人與計算機(jī)可以隨心所欲地交換信息和操作，這是多媒體軟件區(qū)別與其他信息處理技術(shù)的關(guān)鍵特性。

1.軟件的設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化分析原則。

結(jié)構(gòu)化分析是指應(yīng)用系統(tǒng)分析的方法，將事物按組成要素逐次分解，直至所有要素都能夠被清晰地理解和表現(xiàn)為止。

軟件的內(nèi)容由學(xué)科專業(yè)人員確定，而結(jié)構(gòu)的設(shè)計由教育技術(shù)中心人員與學(xué)科專業(yè)人員共同制定。通過結(jié)構(gòu)化分析，使教學(xué)內(nèi)容層次更加清晰。

軟件的內(nèi)容包括原理敘述、操作步驟講解和演示、設(shè)備結(jié)構(gòu)剖析和工作過程模擬演示，從系統(tǒng)宏觀到局部細(xì)節(jié)都有詳盡的介紹。其中，原理敘述、操作步驟講解演示和工作過程模擬演示以文字和動畫制作為主，結(jié)構(gòu)剖析以實物錄像為主。因工作過程無法真實再現(xiàn)，所以采用模擬演示，模擬是在控制狀態(tài)下對“真實過程”的重現(xiàn)，動態(tài)直觀地表現(xiàn)其工作過程。

2.研制人員通過對多媒體軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析以后，采用模塊化設(shè)計。所謂模塊化設(shè)計就是根據(jù)結(jié)構(gòu)化分析的框架，把相同或相近的部分設(shè)計成模塊，使其相對獨立，將單一功能組成的結(jié)構(gòu)，用模塊圖表示出來，由此確定軟件系統(tǒng)及與之相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)。模塊化設(shè)計的好處在于各模塊相對獨立，制作時可化整為零，分別由不同工作人員進(jìn)行，且易于修改，易于增加新功能。

軟件開始運行以后進(jìn)入主控畫面，操作者在這里選擇操作模塊。主要部分由三大模塊組成：原理闡述模塊、設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊和操作模塊。三個模塊可任意進(jìn)入，也可以按順序連續(xù)播放，并可隨時退出。

模塊化設(shè)計為結(jié)構(gòu)化編程打下了基礎(chǔ)。為軟件的制作提供了程序化的依據(jù)。

(1)原理闡述模塊由文字?jǐn)⑹?、圖表和原理演示畫面構(gòu)成。電子對抗的工作原理涉及到空間電磁波的傳輸及其相互作用，其過程人眼無法看到，概念非常抽象。同時，電磁波在空間的變化和相互作用結(jié)果復(fù)雜多變，文字難以描述清楚，不具有豐富工作經(jīng)驗和深厚電磁學(xué)理論功底的學(xué)生是不可能完全、正確理解的。因此，在這一部分增加了原理演示過程。它利用多媒體技術(shù)將抽象的原理以動態(tài)的圖像和動畫演示出來，表達(dá)清楚，形象逼真，易于理解。

電子對抗分為電子偵察和電子干擾兩大部分。電子偵察是被動接受敵對方的電磁信號，通過處理和分析提取有用信息，用于獲取戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)電磁情報和戰(zhàn)斗情報，是實施電子對抗的基礎(chǔ)和前提。這里所模擬的設(shè)備是電子偵察雷達(dá)告警系統(tǒng)，它采用電子偵察接收機(jī)接收空間存在的各種雷達(dá)信號，通過告警設(shè)備內(nèi)部的信號處理機(jī)，識別其中是否存在與威脅相關(guān)聯(lián)的雷達(dá)信號，如果有的話，就實時發(fā)出告警信號，并立即采取各種對抗措施規(guī)避威脅。其原理和工作過程相對比較簡單，主要涉及到信號的分選原則和威脅信號的特征顯示，用平面動畫制作就可以表示明白。

雷達(dá)告警機(jī)仿真系統(tǒng)。其輸入信號采用模擬的雷達(dá)信號。雷達(dá)數(shù)據(jù)庫用于告警機(jī)判斷輸入雷達(dá)類型及威脅等級使用，性能評估模塊評價告警機(jī)偵察的準(zhǔn)確性。該雷達(dá)告警機(jī)仿真系統(tǒng)可用于教學(xué)和研究平臺研究告警機(jī)的戰(zhàn)術(shù)使用方法及告警機(jī)信號處理新算法新技術(shù)。

雷達(dá)告警機(jī)仿真模型所示。系統(tǒng)由計算機(jī)系統(tǒng)和軟件模塊構(gòu)成：輸入信號按一定時間間隔到達(dá)系統(tǒng)輸入端，輸入脈沖流和時間間隔是隨機(jī)的，且分布未知，他們由專門的雷達(dá)信號源和脈沖信號產(chǎn)生器提供。處理器1的處理時間是定長的，信號到達(dá)處理器時，如其為“閑”狀態(tài)，表示處理器中無信號，到達(dá)信號進(jìn)入信號分析處理模塊處理，處理器1狀態(tài)由“閑”→“忙”；如果處理器1在某一信號到達(dá)時為“忙”狀態(tài)，到達(dá)信號等待一個脈沖寬度時間后離開，即該信號丟失。處理器1中出來的信號根據(jù)所仿真的對象不同，或送入緩沖器中存儲，并按順序送入預(yù)處理器；或直接送入預(yù)處理器中根據(jù)所選方法和算法對信號參數(shù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果或先送到存儲器存儲再送出，或直接送入信號分類與威脅等級判斷模塊。在這里，根據(jù)信號參數(shù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)庫存儲的信息，按一定原則進(jìn)行信號識別、分類和威脅等級分類。

仿真系統(tǒng)中的信號分選、處理等模塊由軟件實現(xiàn)，并可根據(jù)需要重新編制或更換，從而實現(xiàn)對告警機(jī)系統(tǒng)新算法、新技術(shù)的理論研究。

電子干擾是用電子設(shè)備產(chǎn)生電子干擾信號擾亂或阻斷敵方電子設(shè)備的工作，它牽涉到敵對雙方電磁波在空間的相互作用和作用效果，情況復(fù)雜。這里采用了三維動畫技術(shù)和多色彩對比的手段，描繪了電子干擾的工作原理、干擾信號產(chǎn)生的方法、干擾信號的樣式、電磁波在空間的相互作用過程和作用效果以及干擾效果。同時注意將多種媒體信息集成，在播放動畫的同時播放聲音和相應(yīng)的文字，這些聲音和文字都可有或無各種信息做到了同步或非同步交互顯示，也就是注意到了軟件的實時性。，

(2)專業(yè)教學(xué)離不開設(shè)備，在專業(yè)教學(xué)中遇到的最大問題：一是設(shè)備不齊全；二是設(shè)備的分解拆卸不能經(jīng)常進(jìn)行，學(xué)生大部分時間只能看到和接觸設(shè)備外部結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅依靠平面結(jié)構(gòu)圖來理解比較困難。為此，設(shè)計了設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊。該模塊以拍攝的實物錄像為主，即以視頻為主，輔助以一定的圖片和動畫，省時省力且效果逼真。教育技術(shù)中心人員在學(xué)科專業(yè)人員配合下，首先拍攝了設(shè)備外觀外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點是外貌特征和各分機(jī)各組件結(jié)構(gòu)特點及連接方式，拍攝時注意突出重點，強(qiáng)調(diào)了與今后操作有關(guān)的細(xì)節(jié)。然后進(jìn)行后期制作，插入了標(biāo)示、注釋，利用圖片和動畫制作補齊了不可見部分，為學(xué)習(xí)者提供了極大的便利。

(3)操作模塊利用典型的人機(jī)交互式界面，分為學(xué)習(xí)模式、操作模式和考核模式，操作在實物模擬器上進(jìn)行，提示和操作結(jié)果在計算機(jī)上顯示。

進(jìn)入學(xué)習(xí)模式后，首先描述了操作原理、操作步驟和注意事項。操作者根據(jù)提示內(nèi)容開始操作。操作正常時，操作過程順利進(jìn)行；如果操作有誤，系統(tǒng)就暫時中斷并給出提示，操作者根據(jù)提示內(nèi)容改正后繼續(xù)進(jìn)行。操作過程中，學(xué)生可隨時尋求系統(tǒng)幫助。在操作模式下，操作過程不會中斷但可以向系統(tǒng)尋求幫助，操作結(jié)束后指出錯誤。

而在考核模式中，操作者無權(quán)請求幫助，操作中也無任何提示，操作后根據(jù)結(jié)果對操作者進(jìn)行評分并指出錯誤所在，對操作者進(jìn)行總結(jié)性評價，評定操作者是否達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)。