李永鋒,于雪媛,王 鋒,薛平貞

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在高炮控制系統(tǒng)中應(yīng)用，高炮控制系統(tǒng)的作用不僅僅滿足于作戰(zhàn)的任務(wù)分配和流程控制，同時(shí)兼顧炮兵模擬訓(xùn)練和系統(tǒng)狀態(tài)測(cè)試，尤其對(duì)于炮兵的日常模擬訓(xùn)練，炮內(nèi)人員通過對(duì)高炮實(shí)物平臺(tái)進(jìn)行操作，大大提高了士兵的實(shí)際作戰(zhàn)技能。而在高炮實(shí)裝訓(xùn)練中要逼真地呈現(xiàn)空中目標(biāo)的特點(diǎn)，對(duì)空中目標(biāo)的雷達(dá)目標(biāo)特性的數(shù)據(jù)模擬至關(guān)重要，它主要包括兩個(gè)部分，分別為點(diǎn)跡數(shù)據(jù)和航跡數(shù)據(jù)。點(diǎn)跡和航跡數(shù)據(jù)的模擬真實(shí)度直接影響高炮實(shí)裝訓(xùn)練的總體效果。

本文主要對(duì)雷達(dá)掃描空中目標(biāo)的點(diǎn)跡、航跡特性進(jìn)行分析，并給出合適的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證有效地呈現(xiàn)了雷達(dá)掃描空中目標(biāo)所給出的目標(biāo)特性，達(dá)到模擬訓(xùn)練效果。

1 點(diǎn)跡數(shù)據(jù)模擬

在實(shí)際雷達(dá)掃描目標(biāo)時(shí)，點(diǎn)跡數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出隨機(jī)性和無(wú)序性，點(diǎn)跡數(shù)據(jù)主要與空中目標(biāo)的物理狀態(tài)性質(zhì)有關(guān)[1]。所以為了在點(diǎn)跡模擬時(shí)更加逼真，需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)跡都有不同的隨機(jī)位置的特性要求。因此在軟件算法中采用無(wú)重復(fù)隨機(jī)數(shù)生成算法來(lái)滿足模擬真實(shí)情況點(diǎn)跡數(shù)據(jù)要求。具體實(shí)現(xiàn)方式是采用C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)提供隨機(jī)數(shù)生成器rand函數(shù)，使它返回0到最大之間均勻分布的偽隨機(jī)整數(shù)，但是這種情況如果你第二次運(yùn)行的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出結(jié)果仍和第一次一樣。其實(shí)在rand函數(shù)生成偽隨機(jī)數(shù)時(shí)需要一個(gè)種子(計(jì)算偽隨機(jī)序列的初始數(shù)值)才行，如果種子相同就會(huì)得到相同的序列結(jié)果，這個(gè)特點(diǎn)常用于軟件的加密和解密。而對(duì)于無(wú)重復(fù)隨機(jī)數(shù)模擬來(lái)說(shuō)是個(gè)致命的缺點(diǎn)，要解決這個(gè)問題，需要在每次產(chǎn)生隨機(jī)序列前，指定不同的種子，這樣計(jì)算出來(lái)的隨機(jī)序列就不會(huì)完全相同了。Srand函數(shù)用來(lái)設(shè)置rand產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)時(shí)的隨機(jī)數(shù)種子，所以在調(diào)用rand函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)前必須先利用srand設(shè)好隨機(jī)數(shù)種子。所以采用以下算法語(yǔ)句生成m個(gè)不重復(fù)隨機(jī)數(shù)，過程如下：

1)利用時(shí)間的不可逆性產(chǎn)生種子，語(yǔ)句為srand(tickGet())。

2)通過循環(huán)賦值產(chǎn)生n個(gè)整數(shù)值，n大于m，m、n和w都為正整數(shù)。

3)通過循環(huán)，隨機(jī)產(chǎn)生m個(gè)不重復(fù)隨機(jī)整數(shù)row[w]，主要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句如下:

w=rand()%(n-1)+1;

t=row[i];

row[i]=row[w];

row[w]=t。

通過以上算法產(chǎn)生的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)隨機(jī)分布在雷達(dá)掃描圓周的內(nèi)部且無(wú)重復(fù)的點(diǎn)出現(xiàn)，和真實(shí)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特性(隨機(jī)性和無(wú)序性)保持一致，并且點(diǎn)跡模擬數(shù)據(jù)多少范圍的控制非常靈活，易于實(shí)現(xiàn)。

2 航跡數(shù)據(jù)模擬

真實(shí)的航跡數(shù)據(jù)是雷達(dá)根據(jù)空中目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性輸出相應(yīng)的雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，它與雷達(dá)掃描特性和目標(biāo)的飛行特性有關(guān)[2]。空中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式分為勻速、勻加速和變加速，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡分為直線、盤旋和隨機(jī)。本文主要對(duì)實(shí)裝訓(xùn)練中直線和盤旋航跡數(shù)據(jù)生成進(jìn)行分析，在數(shù)據(jù)生成時(shí)利用空間三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，把目標(biāo)輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)投影到空間三維坐標(biāo)系中進(jìn)行解算，最終生成所對(duì)應(yīng)目標(biāo)的方位角、高低角和斜距離的航跡數(shù)據(jù)值，在數(shù)據(jù)解算過程中，數(shù)據(jù)量的大小與初始距離、時(shí)間間隔有關(guān)。

2.1 直線航跡

目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻加速直線運(yùn)動(dòng)和加加速直線運(yùn)動(dòng)，也可以認(rèn)為是俯沖、拉起和轉(zhuǎn)彎等運(yùn)動(dòng)中的一種或幾種的組合[3]。建立空間直角坐標(biāo)系對(duì)直線航路目標(biāo)當(dāng)前點(diǎn)分析可知：已知參數(shù)為：Dmax是最大斜距離;H是目標(biāo)高度;Dj是航路捷徑;v是目標(biāo)速度;β0為目標(biāo)初始方位角。待求參數(shù)設(shè)為：β為目標(biāo)方位角;ε為高低角;D為目標(biāo)斜距離;θ是航向角。目標(biāo)對(duì)象投影示意圖如圖1所示。

空間坐標(biāo)系下的目標(biāo)初始點(diǎn)的投影值為:

(1)

式中：X0和Y0是目標(biāo)初始點(diǎn)在x軸和y軸上的投影點(diǎn)的值。

空間坐標(biāo)系下的速度分量為:

(2)

式中：vx和vy是目標(biāo)速度在x軸和y軸上的投影速度值。

空間坐標(biāo)系下的距離分量為:

(3)

X和Y是目標(biāo)點(diǎn)在x軸和y軸上的投影點(diǎn)的值，t是時(shí)間變量。

故空間坐標(biāo)系下所求方位角β、高低角ε和斜距離D為：

(4)

2.2 盤旋航跡

目標(biāo)在水平面的機(jī)動(dòng)飛行性能，典型的動(dòng)作是盤旋，它反映了飛機(jī)的方向機(jī)動(dòng)性。為簡(jiǎn)化分析飛行速度及盤旋半徑不隨時(shí)間變化,得到如圖2所示的空間幾何關(guān)系。Dia是盤旋半徑。

根據(jù)目標(biāo)對(duì)象投影示意圖可知，空間坐標(biāo)系下所求方位角β、高低角ε和斜距離D為：

(5)

3 點(diǎn)跡航跡模擬數(shù)據(jù)軟件實(shí)現(xiàn)流程

本實(shí)現(xiàn)方案采用固定時(shí)間步長(zhǎng)，步長(zhǎng)大小可任意給定，具體設(shè)定值和火炮系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間有關(guān)[4]。以目標(biāo)的起始坐標(biāo)(最好設(shè)置在高炮的有效射擊范圍內(nèi))所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為模擬時(shí)鐘的零點(diǎn)，以目標(biāo)到達(dá)火炮位置為模擬的終點(diǎn)結(jié)束標(biāo)志，按照固定的時(shí)間節(jié)拍實(shí)時(shí)地生成目標(biāo)點(diǎn)跡、航跡數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和發(fā)送。點(diǎn)跡、航跡模擬數(shù)據(jù)生成流程圖如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

高炮實(shí)裝訓(xùn)練中雷達(dá)點(diǎn)跡航跡數(shù)據(jù)生成模擬的實(shí)現(xiàn)是進(jìn)一步建立相對(duì)逼真空情的前提條件，是空中飛行目標(biāo)俯沖、躍遷、爬升和投彈等復(fù)雜空襲動(dòng)作模擬正確性的前提條件保證。本文著重分析了對(duì)空中目標(biāo)的雷達(dá)目標(biāo)特性數(shù)據(jù)的模擬方法，并對(duì)實(shí)現(xiàn)過程中涉及到的難點(diǎn)給出了切實(shí)可行的解決辦法，實(shí)驗(yàn)證明該數(shù)據(jù)模擬方式是正確和有效的。該數(shù)據(jù)模擬方式已成功應(yīng)用于某型號(hào)高炮的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中，并取得較好模擬效果。在下一步的工作中，還將繼續(xù)增添在目標(biāo)飛行姿態(tài)變化起伏無(wú)規(guī)則變化時(shí)的數(shù)據(jù)模擬，以便更真實(shí)模擬空中飛行目標(biāo)的機(jī)動(dòng)狀態(tài)。

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