ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ WEB-ТЕХНОЛОГИЙ

Введение

Эффективность применения систем специального назначения существенно зависит от качества подготовки специалистов, эксплуатирующих эти системы. Важнейшей составляющей этих систем являются информационные средства – радиолокационные станции специального назначения (РЛС СН) различных типов, осуществляющие непрерывный контроль воздушно-космического пространства.

Для эксплуатации РЛС СН, являющихся сложными техническими изделиями, требуется подготовка высококвалифицированных специалистов. При этом от качества подготовки специалистов и слаженности их действий существенно зависит эффективность применения РЛС СН. Важным направлением повышения качества подготовки специалистов является применение учебно-тренировочных средств (УТС), предназначенных для использования в образовательном процессе по программам специалитета и позволяющих проводить обучение и тренировки по отработке порядка действий обслуживающего персонала в различных условиях изменения внешней обстановки, технического состояния средств и информационного взаимодействия с пунктами управления.

Анализ существующих имитационных и учебно-тренировочных комплексов

На текущий момент существует достаточно большое количество обучающих средств для персонала РЛС СН, которые можно разделить на две группы:

- учебно-тренировочные комплексы (УТК) на основе штатных имитационных средств в составе реальных РЛС СН;

- различные обучающие и имитационные модели, разрабатываемые в рамках научной работы студентов.

УТК на основе штатных имитационных средств в составе реальной техники представляют собой, как правило, набор средств, полностью идентичных реальным, но информация поступает к ним от штатного имитатора, в который закладываются заранее определенные реальные ситуации исходя из накопленного опыта эксплуатации РЛС СН. Несомненным преимуществом этих комплексов является то, что они абсолютно достоверно моделируют реальную работу. Одним из примеров такого комплекса является комплексная имитационная модель станции (КИМС) для РЛС ВЗГ «Воронеж».

Однако следует отметить, что подобные КИМС комплексы достаточны дороги, как в закупке, так и в эксплуатации и требуют как специально подготовленного обслуживающего персонала, так и помещений и площадей для размещения. Кроме того, поскольку такие комплексы точно имитируют реальную работу до мельчайших подробностей, они являются категорированной техникой, что накладывает дополнительные ограничения по размещению и доступу к нему обучающихся. Еще одним недостатком подобных средств является то, что их поставка и развёртывание может занимать достаточно много времени.

Обучающие и имитационные модели, разрабатываемые в рамках научной работы лишены вышеуказанных недостатков, однако являются всего лишь имитацией реальной работы, зачастую лишенной существенных деталей и нацеленные на решение довольно узких задач. Как правило такие комплексы разрабатываются в рамках научной работы на кафедрах и неизвестны за ее пределами. В качестве примера такой работы можно привести выпускные квалификационные работы, такие как программно-имитационный комплекс «Боевая работа на РЛС НГО».

Общим недостатком таких средств является то, что они в большинстве своем реализованы в операционной системе Microsoft Windows, причем устаревших редакций, на языках программирования высокого уровня и модернизация их в соответствии с текущей обстановкой и под появившиеся требования зачастую требует фактически их полной переработки или разработки с нуля.

Таким образом, для повышения эффективности обучения персонала РЛС СН необходимо выработать подход и разработать УТС, которые с одной стороны достаточно полно способны сымитировать реальную работу на РЛС СН, требовали минимум временных и материальных затрат на разработку, развертывание и модернизацию в соответствии с изменяющимися требованиями к подготовке специалистов и были легко масштабируемы для изменяющегося количества обучающихся.

Использование Web-технологий для разработки УТС для РЛС СН

Как известно, Web-приложение – клиент-серверное приложение, в котором клиент взаимодействует с сервером при помощи браузера, а за сервер отвечает веб-сервер. Логика веб-приложения распределена между сервером и клиентом, хранение данных осуществляется, преимущественно, на сервере, обмен информацией происходит по сети. Одним из серьезных преимуществ использования Web-приложений в качестве УТС является тот факт, что клиенты не зависят от конкретной операционной системы пользователя, поэтому такие приложения являются кроссплатформенными. Вместо того, чтобы писать различные версии для MS Windows, Mac OS, GNU/Linux и других операционных систем, приложение создаётся один раз для произвольно выбранной платформы и на ней разворачивается. С учетом устойчивой тенденции перехода к операционным системам отечественной разработки требование кроссплаформенности является достаточно важным.

Следующим преимуществом УТС на основе Web-приложения является простота освоения со стороны разработчика, так как научно-технический прогресс не стоит на месте и однозначно со временем потребуется его модернизация. Кроме того, поскольку предполагается использовать разрабатываемые УТС в образовательном процессе, необходимо будет периодически обновлять состав и динамику отображаемой информации, так как реальная обстановка склонна к постоянному изменению, что определяет необходимость регулярной доработки и модернизации УТС. Использование языка разметки документов HTML в сочетании с использованием Flash- или Java-приложений вполне подходит для этих целей.

Текстовые документы, содержащие разметку на языке HTML (такие документы традиционно имеют расширение .html или .htm), обрабатываются специальными приложениями, которые отображают документ в его форматированном виде. Такие приложения, называемые «браузерами» или «интернет-обозревателями», обычно предоставляют пользователю удобный интерфейс для запроса веб-страниц, их просмотра (и вывода на иные внешние устройства) и, при необходимости, отправки введённых пользователем данных на сервер. Наиболее популярными на сегодняшний день браузерами являются Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Internet Explorer и Safari. Основным браузером целесообразно считать Mozilla Firefox, так это основной браузер в Astra Linux, которая уже является «де-факто» официальной операционной системой для различных ведомств РФ.

Язык HTML целесообразно использовать для создания и оформления рабочей области отображения в УТС, а для управления использовать язык программирования Java. Программы на Java транслируются в байт-код Java, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) – программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор. Достоинством подобного способа выполнения программ является полная независимость байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, в рамках которой исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером), вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят снижение производительности. Ряд усовершенствований несколько увеличил скорость выполнения программ на Java:

- применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде;

- широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках;

- аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами архитектуры ARM).

По некоторым данным для семи разных задач время выполнения на Java составляет в среднем в полтора-два раза больше, чем для C/C++, в некоторых случаях Java быстрее, а в отдельных случаях в 7 раз медленнее. С другой стороны, для большинства из них потребление памяти Java-машиной было в 10-30 раз больше, чем программой на C/C++. Также примечательно исследование, проведённое компанией Google, согласно которому отмечается существенно более низкая производительность и бо́льшее потребление памяти в тестовых примерах на Java в сравнении с аналогичными программами на C++. Однако, исходя из того, что работа УТК предполагается в изолированной ЛВС с высокой скоростью передачи данных на современных ЭВМ с мощными процессорами и большим объемом оперативной памяти, данные недостатки примем несущественными.

Отдельное требование – разрабатываемые УТС должны быть сетевыми и иметь возможность охватывать не менее 25-30 обучающихся одновременно (среднее число обучающихся в одной учебной группе). Данное требование удовлетворяется вышепринятыми решениями, а именно -  разработка УТС в виде Web-приложения при помощи HTML и Java. Действительно, Web-приложения изначально нацелены на достаточно большую аудиторию, а Web-сервера, такие как Apache – способны одновременно обслуживать тысячи одновременных подключений. А поскольку основная нагрузка разрабатываемого УТС будет ложится не на обработку запросов от клиентов, а на передачу к ним данных по одному запросу – такое решение вполне обосновано.

Примерная схема учебно-тренировочного комплекса на основе Web-технологий приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Примерная схема учебно-тренировочного комплекса на основе Web-технологий

Примерная структура УТС для РЛС СН

В основу создания УТС для РЛС СН положены концепция и принципы построения унифицированных учебно-тренировочных комплексов (УТК) для радиолокационных станций высокой заводской готовности [1]. К основным принципам построения УТК относятся:

1. Создание единого фона обучения.

2. Моделирование функционирования средств РЛС, внешней воздушно-космической и радиоэлектронной обстановки, а также взаимодействия с вышестоящим пунктом управления.

3. Моделирование обработки информации в целевом и помеховом каналах на основе штатного программного обеспечения.

4. Имитация командно-технического управления аппаратурой РЛС на основе применения штатной программы технического управления и контроля.

5. Отображение состояния воздушно-космической обстановки и технического состояния средств РЛС на основе применения штатной программы диалога и отображения.

6. Проведение тренировок операторов РЛС в соответствии с заданными сценариями, а также осуществление регистрации, хранения и обработки результатов тренировки.

Концепция построения унифицированных УТК предусматривает то, что в состав учебно-тренировочных средств (УТС) входят три основные составляющие[1]:

-     вычислительные средства для построения рабочих мест (РМ УТК);

-     программное обеспечение УТК (ПО УТК);

-     учебно-методический комплекс (УМК) для обеспечения проведения занятий на УТК.

Вначале дадим характеристику технических и программных средств учебно-тренировочного комплекса (УТК):

1. В состав технических средств УТК входят универсальные рабочие места обучающихся (РМО) и одно рабочее место преподавателя (РМП), соединенных сетью Ethernet.
2. Количество РМО определяется составом номеров расчета на конкретной РЛС СН.
3. В состав РМП входит ПЭВМ-сервер, на котором размещается непосредственно сам УТК, при этом функциональные возможности УТК напрямую зависят от наличия тех или иных сценариев реальной деятельности персонала РЛС СН. В состав сценариев для проведения занятий включаются имитационные web-страницы, на которых и отображается непосредственно моделируемая реальная обстановка.
4. В состав элементов общего оснащения включаются символика и принадлежности, обеспечивающие при проведении занятий необходимый антураж, приближающий практические занятия к реальности.

Далее дадим характеристику составляющих ПО УТК из состава УТС РЛС СН, предназначенного для обеспечения проведения учебных занятий на УТК:

1. В качестве РМО целесообразно использовать ПЭВМ под управлением Astra Linux@Special Edition, так как данная операционная система отвечает современным требованиям, предъявляемыми к вычислительной технике в ведомствах РФ. Требования к программному обеспечению на РМО ограничиваются устанавливаемым по умолчанию браузером Mozilla Firefox.
2. В качестве РМП также целесообразно использовать ПЭВМ под управлением Astra Linux@Special Edition. В качестве необходимого программного обеспечения необходимо устанавливать идущий в штатной поставке web-сервер Apache, установка и настройка которого не должна вызвать затруднений.

Дадим характеристику составляющих учебно-методического комплекса (УМК) из состава УТС РЛС СН, предназначенного для обеспечения проведения учебных занятий на УТК:

1. В состав методических разработок входят материалы лекций и практических занятий по технической, тактической и специальной подготовке, тесты для проверки знаний по теоретической подготовке и сценарии проведения тренировок по практической подготовке, включая порядки действий лиц расчета РЛС СН в различных ситуациях при проведении занятий по специальной подготовке.
2. В состав УМК входят электронные учебные пособия (ЭУП), включающие материалы по технической и специальной подготовке и учебные фильмы, реализованные в виде отдельных ЭУП.
3. В состав УМК включаются также эксплуатационная документация и учебно-технические плакаты по РЛС СН, используемые в качестве дидактических материалов при проведении учебных занятий.

Учебные группы для проведения учебных занятий на УТК формируются из числа обучающихся, усвоивших необходимый для получения практический умений и навыков объем знаний. Учебные группы обеспечиваются методическими материалами и до проведения занятий должны изучить инструкции по работе на РМО, а также ознакомиться с принципами работы программного обеспечения УТК.

В качестве перспектив и направления дальнейшего развития УТС целесообразно рассмотреть возможность создания единого учебно-имитационного комплекса, включающего в себя УТС взаимодействующих сил и средств, построенных на одних принципах и действующих в рамках единых сценариев. Причем территориально УТС могут быть разнесены на значительные расстояния, поскольку такой единый учебно-имитационный комплекс на основе Web-технологий способен работать как в локальной, так и глобальной сети. Единственной, что для этого потребуется – обеспечение устойчивости и, возможно, закрытости каналов связи, что вполне реализуемо, например, использованием VPN-соединений.

Заключение

Таким образом, перспективными направлениями разработки учебно-тренировочных средств РЛС СН являются:

- разработка сетевого единого учебно-имитационного комплекса c использованием Web-технологий, включающего в себя УТС взаимодействующих сил и средств, построенных на одних принципах и действующих в рамках единых сценариев;

- совершенствование учебно-методического комплекса, формируемого с учетом опыта эксплуатации РЛС СН и необходимостью отработки порядка действий персонала РЛС СН при проведении их слаживания в различных ситуациях, возникающих в процессе реальной работы.

1. Куракин С.З., Якубовский С.В., Улиско М.Н. Разработка концепции создания унифицированных учебно-тренировочных комплексов для радиолокационных станций высокой заводской готовности // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2016. – Том 10. – №6. – С. 8–12.

Все статьи автора «Паняев Алексей Иванович»