一种北斗地面运控人员模拟训练系统及使用方法与流程

1.本发明涉及模拟系统领域，尤其涉及一种北斗地面运控人员模拟训练系统及使用方法。


背景技术：

2.卫星导航系统的地面控制段是卫星导航系统的管理控制和数据处理中心，其控制指令的正确性、数据处理功能及精度、关键单机的性能都将直接影响整个卫星导航系统的运行与应用效果。地面控制段的系统操作人员时刻通过相应监控软件监视整个卫星导航系统运行过程，并给出适当的控制指令，尤其是当异常发生时，及时制定相应控制措施，保证系统的正常运行。地面控制段相关人员对卫星导航系统的熟悉程度、对控制指令认识的正确性、及时应变能力对系统的监控维护至关重要。而一个训练有素的监控维护人员的养成势必要经过大量的操作培训。
3.现行的操作培训一般采用“纸质培训” “真实系统操作”的方式进行，但该方式存在一定的缺点，让没有操作经验的新手在实际系统监控软件上操作，一方面，出于系统安全的考虑，能操作的内容非常有限，很难达到熟练训练的目的；另一方面，可能因为操作失误，在训练或测试期间引入错误和/或异常，在真实系统上带来无法估量的损失。错误的指令严重时可能导致整个卫星导航系统无法正常运行。出于经济、安全、可能性及试验重复性方面的考虑，人们往往不希望直接在真实地面段进行试验。
4.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、测绘等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仿真系统，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。
5.最初，gps全球定位系统内的一个风险领域是持续依赖运营资产进行某些形式的操作员培训和新软件测试。意识到训练测试期间引入错误和/或异常可能会给实际系统带来灾难性的影响，为了减轻这种风险,美国空军第50个空间部确定需要有能力完全模拟卫星星座和gps操作控制系统，在高保真的系统上进行培训与软件测试。
6.gps地面操作培训是通过遥测数据来实现的，这些遥测数据包含了整个卫星导航系统的运行状态信息，包括设备状态信息、数据正确性信息等。gps地面操作培训师向培训人员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，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。
7.北斗卫星导航系统缺乏类似gps训练系统的模拟训练系统。而使用仿真系统作为北斗系统的试验验证系统的理论有诸多学者做了研究，如杨俊等的“卫星导航地面试验验证的平行系统方法”一文，应用平行系统理论，研究北斗系统试验支持与运行维护，并提出将其应用于地面管理与控制人员的上岗前培训。但是该文的重点是平行系统试验验证，仅对gnss平行系统在人员培训中的应用做了简单介绍，并未对北斗卫星导航系统培训平台的搭建与训练模式进行详细的说明，也未涉及系统操作人员的考核。
8.现行的“纸质培训” “真实系统操作”培训及考核方式主要存在以下缺点：
9.(1)基于文本纸张的方法中，教员必须描述他们解决问题的方法以及他们如何与地面系统互动以解决问题。通过这些基于纸张的培训方案，工作人员几乎没有与实际系统进行交互，因此他们的知识主要是学术性的，是缺乏实践基础的，效率也是不高的。
10.(2)并非所有培训都是在纸上进行的，没有相关的模拟训练系统意味着必须使用实际的地面运控系统，考虑到地面运控系统的重要性以及与操作错误相关的风险，这种类型的培训只包括最温和的活动，很少针对异常处理，这样也达不到实操训练的相应效果。
11.(3)由于实际的卫星导航系统地面段的相关设备分布式建设的特点，且在真实系统上操作时，导致培训只能在指定地点开展，有场地限制；另一方面，由于操作训练时面对的是真实系统，真实系统只有一个，同类型训练一次只能有一个用户进行操作训练，训练时有人数的限制，导致训练效率的降低。
12.(4)基于实际系统的培训很难实现可重复性。对于实际系统而言，当培训学员进行相关操作后，其操作结果是不可逆转的。学员想要回到操作前的状态重新开始操作训练，过程是很难实现的。
13.因此，为了进一步提高操作人员的实操与应急处理能力,提高培训效率及灵活性，减少人力物力的消耗，需要建立一个地面运控系统的模拟训练系统。


技术实现要素：

14.为解决上述技术问题，本发明提出了一种北斗地面运控人员模拟训练系统及使用方法，所述北斗地面运控人员模拟训练系统及使用方法，用以解决现有“纸质培训” “真实系统操作”培训及考核存在的训练效率低、使用效果差、不可重复的问题。
15.根据本发明的第一方面，提供一种北斗地面运控人员模拟训练系统，所述北斗地面运控人员模拟系统包括仿真器、模拟训练控制台、若干个模拟训练终端、应用服务器和数据库服务器；
16.所述仿真器接收来自模拟训练控制台以及北斗系统各监控软件的控制指令，根据控制指令实时调整仿真参数；用于实现训练过程中北斗系统相关业务与状态数据的仿真；
17.所述模拟训练控制台嵌入地面运控系统的各类监控软件，用于管理北斗地面运控人员模拟系统的全部学习资料、训练题材；设置各类训练场景与环境、生成相关训练任务脚本、发送模拟训练命令、监控训练过程、评估训练结果；
18.所述模拟训练终端，由接受培训的人员使用，所述模拟训练终端内嵌了北斗地面运控的各类监控软件，能够对真实或模拟的北斗系统相关业务与状态参数进行监视与控制；所述模拟训练终端用于接受所述模拟训练控制台的命令，获取所述仿真器的仿真数据，进行模拟训练；
19.所述应用服务器用于处理模拟训练系统内相关业务的逻辑关系，所述应用服务器分别与模拟训练控制台、模拟训练终端、仿真器进行交互，响应各设备的指令并给出回执；
20.所述数据库服务器用于所述北斗地面运控人员模拟训练系统内的数据的存储与管理。
21.根据本发明第二方面，提供一种北斗地面运控人员模拟训练系统的使用方法，其包括如前所述的北斗地面运控人员模拟训练系统，使用方法包括：
22.步骤s301：模拟训练控制台和模拟训练终端通过ip地址和端口号，连接到应用服务器上，并发出数据操作请求；
23.步骤s302：若数据操作请求为数据仿真请求，所述应用服务器将相关设备的仿真配置发送给仿真器进行仿真操作；
24.步骤s303：仿真器根据所述仿真配置进行相关数据的仿真，并根据配置信息的要求将仿真数据发送至模拟训练控制台、模拟训练终端、应用服务器；
25.步骤s304：模拟训练终端接收应用服务器转发的由模拟训练控制台发出的控制指令；
26.步骤s305：模拟训练终端接收所述控制指令，进行相关操作，并将操作结果反馈给应用服务器，所述应用服务器再将操作结果转发给模拟训练控制台；
27.步骤s306：所述应用服务器向模拟训练控制台和模拟训练终端的请求反馈处理结果。
28.根据本发明的上述方案，本发明的模拟训练采用“高精度导航系统数据仿真” “真实监控软件”的模式，利用仿真的方式为实际监控软件提供仿真数据，为用户提供一种近乎真实的操作环境，进行各种异常情况的操作培训而不会对实际系统造成影响。本发明是一种高效率、可重复、无危害的模拟训练系统。具有以下有益效果：(1)、实现了北斗地面运控系统相关训练从纸质到计算机操作的跨越，充分利用了计算机培训可配置、可重复、更小的人员投入量、灵活性强等优点，更好的服务于北斗系统运行监控的相关工作。(2)、本发明采用“仿真”的数据模式给真实的各类地面运控监控软件提供驱动数据进行地面运控的相关操作训练，给用户提供一个近乎真实且安全、无隐患的操作训练环境。高精度仿真器采用面向对象的方法为北斗卫星导航系统空间段、地面段、环境段建模，各段的仿真参数基本与实际系统一致，保证了仿真数据的正确性与合理性。(3)、本发明采用故障/异常实时注入的模式，在仿真的导航系统中实时注入系统故障/异常，生成各类故障/异常数据。使用故障/异常数据驱动监控软件并模拟操作，有利于训练学员应急处理能力。(4)、本发明服务器采用“双机热备份”主从服务模式，主备服务器数据同步。在主服务器发生故障时，能在短时间内启动备用服务器，恢复系统的正常运行。
29.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
30.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：
31.图1为本发明一个实施方式的北斗地面运控人员模拟系统总体架构图；
32.图2为本发明一个实施方式的北斗地面运控人员模拟系统功能结构示意图；
33.图3为本发明一个实施方式的北斗地面运控人员模拟系统运行交互示意图；
34.图4为本发明一个实施方式的北斗地面运控人员模拟系统运行模式示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.首先结合图1
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2说明本发明的北斗地面运控人员模拟系统，如图1
‑
2所示：
37.所述北斗地面运控人员模拟系统包括仿真器、模拟训练控制台、若干个模拟训练终端、应用服务器和数据库服务器；
38.所述仿真器接收来自模拟训练控制台以及北斗系统各监控软件的控制指令，根据控制指令实时调整仿真参数；用于实现训练过程中北斗系统相关业务与状态数据的仿真；
39.所述模拟训练控制台嵌入地面运控系统的各类监控软件，用于管理北斗地面运控人员模拟系统的全部学习资料、训练题材；设置各类训练场景与环境、生成相关训练任务脚本、发送模拟训练命令、监控训练过程、评估训练结果；
40.所述模拟训练终端，由接受培训的人员使用，所述模拟训练终端内嵌了北斗地面运控的各类监控软件，能够对真实或模拟的北斗系统相关业务与状态参数进行监视与控制；所述模拟训练终端用于接受所述模拟训练控制台的命令，获取所述仿真器的仿真数据，进行模拟训练；
41.所述模拟训练包括但不限于模拟操作嵌入的地面运控监控软件、模拟测试功能。
42.所述应用服务器用于处理模拟训练系统内相关业务的逻辑关系，所述应用服务器分别与模拟训练控制台、模拟训练终端、仿真器进行交互，响应各设备的指令并给出回执；
43.所述数据库服务器用于所述北斗地面运控人员模拟训练系统内的数据的存储与管理。
44.进一步地，所述北斗地面运控人员模拟系统的各组成部分通过网线、防火墙、交换机相互连接形成特定的内部局域网。其中防火墙设置的主要目的是为了防止模拟训练系统局域网内异常数据、错误数据及病毒等篡改服务器内的重要数据信息。内部局域网不与外网链接，保证网络环境的安全性。
45.本实施例中，数据库服务器和应用服务器都采用“双热机备份”主从模式服务机制。“双热机备份”主从模式服务机制是目前通常所说的active/standby方式，active服务器处于工作状态，而standby服务器处于监控准备状态，服务器数据同时写入两台服务器或者共享数据的磁盘阵列存储系统，保证数据的即时同步，当active服务器出现故障时，通过软件诊断或手工方式将standby服务器激活，保证应用在短时间内完全恢复正常。
46.本实施例中，所述仿真器能够实现北斗导航系统的空间段、地面段、环境段、用户段各对象与数据的仿真，并能实现异常配置。空间段仿真至少包括卫星轨道仿真、卫星姿态仿真、卫星钟差仿真、星历参数计算、卫星推进控制仿真、设备参数仿真；环境段仿真作用于观测数据仿真中的各项观测误差，至少包括对流层仿真、电离层、多路径效应、相对论效应
仿真功能；地面段仿真至少包括观测数据仿真、接收机钟差仿真、导航电文仿真、设备参数仿真。数据的仿真包括观测数据仿真，所述观测数据仿真需要空间段的卫星轨道数据、卫星钟差数据、环境段的相关误差数据作为输入数据。故障/异常仿真为向仿真数据中注入故障/异常数据，故障/异常类型包括设备故障、设备离线、观测数据失锁、电文异常等。空间段、地面段、环境段仿真的带故障/异常的数据经icd编码形成相关数据流，以一定的频度及既定的通信协议发送给模拟训练控制台和模拟训练终端的实际监控软件。所述仿真器的系统数据具备可配置、可重复等优点。本实施例中，仿真器为高精度仿真器。
47.本实施例中，所述模拟训练控制台实现对整个训练过程的管理监控。其具体功能包括设置各类训练场景与环境、生成相关训练任务脚本、训练过程监控、训练结果评估等。此外，训练管理控制台终端负责管理系统内部所有的相关学习资料、训练题材。训练管理控制台嵌入了相关的地面运控系统的各类监控软件(如测通、管控)，能够对真实或模拟的北斗系统相关状态参数进行监视与控制，也能实时对模拟训练终端的指令进行监控。训练管理控制台终端相当于“出题者”或“老师”的角色，主要面向用户为对训练软件能够熟练操作、及时正确反应的相关北斗地面运控系统从业人员。
48.本实施例中，所述模拟训练终端是训练过程执行的主要场所。其主要功能包括参与操作训练、学习地面运控系统的相关基础知识、参与考核等。模拟训练终端内嵌了北斗地面运控的各类监控软件，能够对真实或模拟的北斗系统相关业务与状态参数进行监视与控制。模拟训练终端相当于“答题者”或“学生”的角色，主要面向用户为新入职或不熟练操作的相关北斗地面运控系统从业人员。
49.本实施例中，所述应用服务器，当用户在模拟训练控制台或模拟训练终端软件界面下达操作指令，根据用户指令执行对应操作并给出回执；应用服务器与仿真器的交互主要是控制数据仿真软件仿真所需的数据并接收。此外，应用服务器具备多媒体服务、文件服务与数据备份的功能。多媒体服务功能主要实现对视频、音频等资源的在线预览；文件服务器功能主要是相关文件的上传、下载、删除等操作；系统数据备份功能主要是对相关系统数据的备份保存，便于系统维护和系统恢复。
50.本实施例中，所述数据库服务器实现系统内的相关数据的存储与管理(例如增、删、改、查)。相关数据主要包含用户信息，资料信息、测试题信息、任务脚本信息、测试信息、仿真数据等。
51.以下结合图3说明本发明的北斗地面运控人员模拟系统的使用方法，如图3所示：
52.步骤s301：模拟训练控制台和模拟训练终端通过ip地址和端口号，连接到应用服务器上，并发出数据操作请求；
53.所述请求包括登录、数据查询、数据管理、数据仿真等。
54.步骤s302：若数据操作请求为数据仿真请求，所述应用服务器将相关设备的仿真配置发送给仿真器进行仿真操作；
55.步骤s303：仿真器根据所述仿真配置进行相关数据的仿真，并根据配置信息的要求将仿真数据发送至模拟训练控制台、模拟训练终端、应用服务器；
56.步骤s304：模拟训练终端接收应用服务器转发的由模拟训练控制台发出的控制指令；
57.本实施例中，所述控制指令可以为模拟测试相关指令。
58.步骤s305：模拟训练终端接收所述控制指令，进行相关操作，并将操作结果反馈给应用服务器，所述应用服务器再将操作结果转发给模拟训练控制台；
59.步骤s306：所述应用服务器向模拟训练控制台和模拟训练终端的请求反馈处理结果。
60.进一步地，处理过程中涉及存储数据，则访问数据库获得相关的存储数据，并在处理完成后并将相关的处理过程中重要的数据更新记录到数据库中。
61.以下结合图4说明本发明的北斗地面运控人员模拟系统的运行模式，如图4所示：
62.所述北斗地面运控人员模拟训练系统包括知识学习模式、模拟操作模式和考核模式；
63.所述知识学习模式：初级用户或者刚入职学员在进行训练之前，通过模拟训练终端学习地面运控相关业务知识内容，其中学习方式包含有下载、播放、在线浏览；相关的业务知识内容包含有多媒体视频、ppt、word、excel等多种形式的资源。
64.所述模拟操作模式：通过模拟训练终端进行北斗地面运控系统各子系统的操作与维护训练，通过数据仿真设备提供的驱动数据，学员操作系统软件开展系统状态监控、异常告警、参数查询与设置等操作训练。
65.所述考核模式：在掌握一定的知识和模拟操作的基础上，通过模拟训练终端进行相关的模拟测试，其中模拟测试又分为模拟测试、知识测试两大类。只有通过相关的模拟测试，并达到相应的水平能力，方可进行实际系统上岗操作。
66.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
67.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
68.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
69.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
70.上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装windows或者windows server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
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only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
71.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。