一种卫星导航系统地面操作人员平行培训系统及培训方法与流程

本发明主要涉及到卫星导航系统领域，特指一种适用于卫星导航地面操作人员的平行培训系统及培训方法。

背景技术：

全球卫星导航系统是一个涉及地球、卫星、时间与频率、无线电通信、空间环境、测绘的多学科或技术领域的复杂系统，系统的生产建设与运行维护都是一项成本巨大且极其复杂的工程。为减少卫星导航系统建设成本、降低技术风险以及提高系统的运行维护能力，目前全球主要卫星导航系统都十分重视构建卫星导航人工系统，以其作为测试评估与分析验证的平台，为系统的生产建设和运行维护提供有力的支持。

2004年由国内学者王飞跃提出以人工系统(Artificial Systems)为基础，用计算实验(Computational Experiments)作为手段，最终达到平行执行(Parallel Execution)目的的平行系统方法，主要用于对复杂系统进行建模、分析与控制。将此方法应用于卫星导航系统研究，可构建一个研究导航技术方案论证与计算实验的卫星导航平行系统平台。卫星导航平行系统是人工系统与实际系统共同构成的组合系统，不仅具备仿真系统所有的功能，也使人工系统与实际系统之间的数据信息进行交互，既可利用实测数据对人工系统进行不断修正，使其不断逼近实际系统，也可利用人工系统进行多次计算实验得到最优解决方案，为实际系统的正常运行提供技术保障。

在GPS建立初期，GPS地面操作培训师通过展示事先设置好的某个培训场景的整个卫星导航系统的遥测数据来培养培训人员的技术素养。培训人员必须在这个培训场景前输入正确的命令与整个卫星导航系统的遥测数据匹配，当一个培训师想要训练培训人员处理某个异常的能力时，一份展示该异常的遥测数据帧就会拷贝在培训人员的计算机屏幕前，然后他们必须识别这个异常并提出一个解决方案，最后培训师评判培训人员提出的解决方案是否正确。为了加强这种方法，培训师会事先准备好看起来像遥测屏幕的PPT。培训人员每输入一个命令，训练员就选择能适当地展示这个命令结果的PPT，把它展示给培训人员。因此，为提高卫星导航人员培训的灵活性，减少人力物力的消耗，需要提供效率更高的方式进行培训。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种效率更高、方式灵活、实时性更好的卫星导航地面操作人员的平行培训系统及培训方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种卫星导航地面操作人员的平行培训系统，它包括：

平行系统，包括一个或多个与实际卫星导航系统等价或具有一致性的人工系统；

异常生成器，用于当培训师想要训练练习生处理某个异常的能力时，向平行系统注入异常；

培训场景系统，用于培训人员卫星导航系统操作、异常处理技能的培训，它由培训师根据培训方式、培训角色、培训目标和培训阶段设定。

作为本发明系统的进一步改进：所述平行系统的各种输入、输出和卫星导航系统完全一致。

作为本发明系统的进一步改进：所述平行培训系统包括软件界面系统，所述软件界面系统包括主机界面和从机界面；所述主机界面是培训师用来控制整个培训过程的操作界面，所述从机界面是供培训人员查看系统状态和操作指令的界面。

本发明进一步提供一种基于上述平行培训系统的培训方法，其步骤为：

S1：培训师首先根据培训需求中的培训方式、培训角色、培训目标以及培训阶段制定培训行动计划，然后设置培训场景的初始条件，之后执行仿真；

S2：在仿真开始时，培训师选择培训模式，培训模式分为自动运行模式和人工控制模式，选择自动运行模式进入步骤S3，选择人工控制模式进入步骤S4；培训人员则按照培训计划，在平行系统仿真场景中发送指令来熟悉实际系统；

S3：在自动模式中，一旦在行动计划中制定某个任务，这个任务就会自动执行；

S4：在人工控制模式中，任务并不是在事先预定好的时间执行，培训师在他想要执行某个任务时点击这个任务。

作为本发明方法的进一步改进：还包括注入异常流程，即培训师在培训过程中根据实际需要注入异常，任意保存系统的状态数据。

作为本发明方法的进一步改进：所述异常类型和个数由培训行动计划来确定。

作为本发明方法的进一步改进：还包括评价流程，即实时记录培训人员对平行系统发出的指令，针对具体仿真场景，判断指令是否有效；若指令无效，是否会使实际系统造成损害，在培训结束后以培训人员的操作记录对其作业能力进行评价。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的卫星导航地面操作人员的平行培训系统及培训方法，培训方法更为灵活，培训师可同时培训的对象数量也大为增加，平行系统能向培训人员提供与现实系统中更高逼真度的操作能力，最重要的是培训人员在与平行系统交互过程中比培训师与培训人员直接进行交互的效率高。也就是说，本发明能够大大提高卫星导航人员培训的灵活性，减少人力物力的消耗，培训效率更高。

附图说明

图1是本发明培训系统在具体应用实例中某个应用场景的原理示意图。

图2是本发明培训方法的流程示意图。

图3是本发明在具体培训实例中的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种卫星导航地面操作人员的平行培训系统，它包括：

平行系统，包括一个或多个与实际卫星导航系统等价或具有一致性的人工系统；所述平行系统在建立时，可以综合考虑多种因素影响，从而进行选择和搭配。平行系统的各种输入、输出和卫星导航系统完全一致。

异常生成器，用于当培训师想要训练练习生处理某个异常的能力时，向平行系统注入异常。

培训场景系统，用于培训人员卫星导航系统操作、异常处理等技能的培训，它由培训师根据培训方式、培训角色、培训目标和培训阶段设计。

本发明的上述卫星导航地面操作人员的平行培训系统主要用来供培训师对培训人员进行技能培训。其中，培训师是整个培训过程的控制者和监督者，负责确定培训目标，制定培训计划，设置仿真场景，注入异常及保存培训状态等；培训人员是培训系统的实施对象，包括卫星系统操作员、卫星系统分析员、地面系统操作员以及飞行指令员等。

参见图1，在本发明的卫星导航平行培训系统中，软件界面分为主机界面和从机界面。主机界面是培训师用来控制整个培训过程的操作界面，从机界面是供培训人员查看系统状态和操作指令的界面。培训师可根据培训任务需求采用不同的培训方式对操作员进行专业培训，也可根据操作员的技术掌握程度选择不同的培训阶段。若只对某一职位的操作员进行培训，比如卫星系统操作员，可选择职位培训方式同时对多位同等技能的卫星系统操作员进行培训。如果需要对整个操作团队所有职位的操作员进行培训，则可选择团体培训方式同时对同等技能的不同职位操作员进行培训。

如图2所示，为一种基于上述平行培训系统的培训方法，其步骤为：

S1：培训师首先根据培训需求中的培训方式、培训角色、培训目标以及培训阶段制定培训行动计划，然后设置培训场景的初始条件，之后执行仿真。

S2：在仿真开始时，培训师可选择培训模式，培训模式分为自动运行模式和人工控制模式，选择自动运行模式进入步骤S3，选择人工控制模式进入步骤S4。培训人员则按照培训计划，在平行系统仿真场景中发送指令来熟悉实际系统。

S3：在自动模式中，一旦在行动计划中制定某个任务，这个任务就会自动执行，这种模式对事先就准备好的培训场景有用，在这种场景下培训师很容易就能预料培训人员的行为。

S4：与自动模式相反，人工控制模式可使培训师在训练阶段更加灵活、更加动态地训练培训人员，任务并不是在事先预定好的时间执行，培训师可以在他想要执行某个任务时点击这个任务就可以。这使得在培训人员的反应没有像预期那样或者脱离事先规定的计划时，培训师能够灵活调节。

进一步，在具体应用实例中，还包括注入异常流程，即培训师可在培训过程中根据实际需要注入异常，也可任意保存系统的状态数据。其中，异常类型和个数由培训行动计划来确定。尤其是，当培训人员能够熟练掌握整个系统的运行指令操作时，培训师可向平行系统注入异常，锻炼培训人员的突发异常处理能力。

进一步，在具体应用实例中，还包括评价流程，即实时记录培训人员对平行系统发出的指令，针对具体仿真场景，判断指令是否有效，若指令无效，是否会使实际系统造成损害，在培训结束后以培训人员的操作记录对其作业能力进行评价。

如图3所示，为本发明在一个具体培训实例中的流程示意图，是卫星导航地面操作的培训人员在遇到异常状况，通过学习纠正异常行为的文件，向卫星导航人工系统发出指令，在于平行系统交互多次之后，最终解决问题的实例。从图中可以看出，流程按照培训师、培训人员以及平行系统的行为划分为以下步骤：

步骤1：培训人员利用培训系统的从机界面进行操作，首先建立地面段和卫星之间的通信，接收下行的遥测数据；

步骤2：培训师在主机界面注入一个移除载体所发的下行遥测数据异常；

步骤3：培训人员监测到系统的地面站没有接收到遥测数据，重新发送接收下行遥测数据指令；

步骤4：培训师拒绝培训人员发送的这个指令；

步骤5：培训人员发现异常并没有得到解决，遥测数据还是没有更新，信号锁定在监测站上，且信号上没有调制数据；

步骤6：培训人员通过查阅描述纠正异常行为的文件，找到解决办法就是转换发射机。输入这个指令后，培训人员发现遥测数据再一次更新了，卫星遥测数据信号再一次锁定在解调硬件上，系统恢复到正常运行；

步骤7：培训人员输入电源失效的指令；

步骤8：培训人员识别出电源储电能力下降，针对这种异常，培训人员只能通过减少飞行器载荷来解决这个异常，使系统恢复到正常运行；

步骤9：培训师发送点燃推进器指令，使互相不抵消的几个推进器燃烧2秒，这会导致卫星发生旋转；

步骤10：培训人员利用多种工具识别出卫星轨道错误，重新规定推进器的点燃顺序，使卫星回到正确的轨道；

步骤11：培训师注入推进剂贮箱泄露异常；

步骤12：推进剂贮箱气压是密切观测项，培训人员会在短时间内就察觉到这个异常，然后使发生故障的推进剂贮箱脱离其他的反应控制系统，这会导致其他推进器的推进剂贮箱大量耗尽；

步骤13：培训师注入电池加热器故障异常；

步骤14：培训人员检测到电源温度增加超出了正常范围，关闭出现故障的电源加热器；

步骤15：培训师注入增加太阳能阵列轴承摩擦系数异常；

步骤16：由于轴承摩擦系数的增加，卫星需要太阳能阵列驱动发电机加大旋转的力度才能移动太阳能阵列，因此培训人员会发现航天器动量增加了，采用备用太阳能阵列驱动发电机，使系统恢复到正常情况，本次培训结束。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。