孟 博

（中國空空導(dǎo)彈研究院 洛陽 471000）

1 引言

制導(dǎo)精度是空空導(dǎo)彈的關(guān)鍵性能指標，導(dǎo)彈以高精度、小脫靶量命中目標是保證其作戰(zhàn)效能的基礎(chǔ)［1～2］。空空導(dǎo)彈是多種隨機信號激勵作用下的復(fù)雜非線性時變系統(tǒng)，在內(nèi)部和外部各種隨動誤差影響下，導(dǎo)彈飛行至目標周圍空間的位置具有隨機性［3］，因此對于導(dǎo)彈制導(dǎo)精度的設(shè)計、分析、仿真、評估需基于大量樣本的統(tǒng)計分析計算，數(shù)字仿真評估系統(tǒng)是分析評估制度精度不可或缺的重要技術(shù)手段。國內(nèi)關(guān)于空空導(dǎo)彈制度精度仿真評估的研究較多針對干擾或環(huán)境的影響分析［4～5］，或制導(dǎo)精度理論估計方法［6］，對于仿真評估系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)的相關(guān)研究較少，且仿真設(shè)置、目標類型、仿真模式等功能較為單一。開展空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)設(shè)計的研究，對于導(dǎo)彈制導(dǎo)精度設(shè)計分析與全面評估、性能綜合仿真驗證尤為重要。

本文基于空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真數(shù)學(xué)模型，開展系統(tǒng)構(gòu)建、接口設(shè)計、系統(tǒng)集成、軟件實現(xiàn)，解決傳統(tǒng)制導(dǎo)精度仿真評估的局限和不足，構(gòu)建空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)，可在不同模式、不同目標、不同誤差等豐富場景下，實現(xiàn)單條彈道和批量彈道的單次/多次彈道仿真及制度精度評估，更為豐富全面驗證導(dǎo)彈飛行性能、評估導(dǎo)彈制導(dǎo)精度。

2 制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)主要包含初始條件模塊、仿真配置模塊、彈道仿真模塊和制導(dǎo)精度評估模塊，各模塊功能如下［7～8］：

1）初始條件模塊：接收并處理生成導(dǎo)彈具體的發(fā)射態(tài)勢，如載機、目標、導(dǎo)彈相關(guān)發(fā)射參數(shù)等，供彈道仿真模塊使用；

2）仿真配置模塊：對目標類型、隨機量、作戰(zhàn)模式、仿真模式進行功能設(shè)置，供彈道仿真模塊使用；

3）彈道仿真模塊：依據(jù)特定發(fā)射條件，進行導(dǎo)彈內(nèi)彈道和外彈道數(shù)字仿真，可計算并驗證導(dǎo)彈導(dǎo)引、控制、穩(wěn)定、制導(dǎo)等飛行性能，輸出必要的彈道參數(shù)；

4）制導(dǎo)精度評估模塊：根據(jù)彈道輸出參數(shù)，進行在線或離線的統(tǒng)計、計算、繪圖和定量評估。

通過系統(tǒng)不同模塊的規(guī)劃和設(shè)計，在保證彈道仿真和制導(dǎo)精度評估的基礎(chǔ)功能上，創(chuàng)新豐富拓展仿真評估功能，提高制導(dǎo)精度仿真評估的樣本多樣化和覆蓋全面性，解決傳統(tǒng)制導(dǎo)精度仿真評估的局限和不足。

2.2 系統(tǒng)接口設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計，對初始條件模塊、彈道仿真模塊、制導(dǎo)精度評估模塊、仿真配置模塊的輸入/輸出進行信息傳遞和參數(shù)匹配方面的分析，開展接口規(guī)劃與設(shè)計，系統(tǒng)內(nèi)部及外部的接口設(shè)計如下［9～11］：

1）載機條件：載機高度、載機速度、水平進入角、垂直進入角、水平離軸角、垂直離軸角、發(fā)射距離；

2）目標條件：目標高度、目標速度、目標水平機動、目標垂直機動；

3）攻擊目標：目標1、目標2、典型目標；

4）隨機量：無隨機量、有隨機量；

5）作戰(zhàn)模式：雷達模式、非雷達模式；

6）仿真模式：單條仿真、批量仿真；

7）彈道仿真結(jié)果：導(dǎo)彈飛行時間、脫靶量、位置、速度、姿態(tài)、過載、視線角速度、舵偏角等；

8）制導(dǎo)精度統(tǒng)計結(jié)果：仿真總數(shù)、命中個數(shù)、命中率。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)彈目視線角速度模型、制導(dǎo)律模型、氣動力模型、氣動力矩模型、彈體轉(zhuǎn)動模型、質(zhì)心運動模型、目標運動學(xué)模型、彈目相對運動模型、彈道截止模型等設(shè)計，構(gòu)建全彈彈道仿真系統(tǒng)模型，模型原理框圖如圖1所示。

制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)工作流程為：初始條件模塊的導(dǎo)彈發(fā)射時載機/目標初始條件，以及仿真配置模塊的設(shè)置信息，一并通過輸入接口進入彈道仿真模塊，根據(jù)特定的步長進行彈道的迭代計算，單個仿真中滿足彈道截止條件后停止計算，批量仿真中多個條件均滿足指定仿真次數(shù)后停止計算，輸出導(dǎo)彈單個條件或多個條件的彈道計算參數(shù)，用于進一步分析和顯示；制導(dǎo)精度評估模塊根據(jù)含隨機量的彈道多次仿真結(jié)果，進行統(tǒng)計、計算、顯示和評估［12～13］。制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)原理框圖和界面如圖2和圖3所示。

圖2 制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)原理框圖

圖3 制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)界面

2.4 仿真評估驗證

設(shè)計典型仿真條件分別進行單條彈道仿真和批量彈道仿真，驗證制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)對單條彈道的參數(shù)計算功能及批量彈道多次仿真的制導(dǎo)精度評估功能。單條彈道仿真系統(tǒng)界面如圖4所示，彈目運動三維態(tài)勢圖如圖5所示；批量彈道多次仿真設(shè)置導(dǎo)彈攻擊典型目標、雷達模式、含隨機量、共仿真100次，仿真系統(tǒng)界面如圖6所示，制導(dǎo)精度評估結(jié)果中的脫靶量統(tǒng)計直方圖和概率密度曲線如圖7所示。

圖4 單條彈道仿真系統(tǒng)界面

圖5 單條彈道仿真彈目三維態(tài)勢圖

圖6 批量彈道多次仿真系統(tǒng)界面

圖7 脫靶量直方圖和概率密度曲線

由制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)的仿真驗證情況可知，單條仿真可對一個條件進行單次或多次彈道仿真，依據(jù)內(nèi)彈道和外彈道參數(shù)，可進一步分析驗證導(dǎo)彈的各方面性能；批量仿真可對一個條件或多個條件進行單次或多次彈道仿真，系統(tǒng)實時統(tǒng)計仿真進度和命中概率，利用輸出數(shù)據(jù)，可對大樣本的脫靶量模值及分量進行均值、標準差、直方圖、概率密度分布等分析，進而評估導(dǎo)彈制導(dǎo)精度。

制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)創(chuàng)新實現(xiàn)在不同作戰(zhàn)模式、不同仿真模式、不同目標、不同誤差等功能設(shè)置下，進行單條彈道/批量彈道的單次/多次彈道仿真與制度精度評估，系統(tǒng)功能正確有效，設(shè)置組合多樣，使用靈活便利，達到更為全面和豐富驗證導(dǎo)彈飛行性能、評估制導(dǎo)精度的目的。

3 結(jié)語

本文基于空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真數(shù)學(xué)模型，針對傳統(tǒng)制導(dǎo)精度仿真評估的局限和不足，進行了架構(gòu)規(guī)劃、接口設(shè)計、系統(tǒng)集成、軟件實現(xiàn)，完成了空空導(dǎo)彈制導(dǎo)精度仿真評估系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)仿真驗證，仿真評估系統(tǒng)可創(chuàng)新實現(xiàn)不同作戰(zhàn)模式、不同仿真模式、不同目標、不同誤差等豐富條件下單條彈道/批量彈道的單次/多次彈道仿真與制度精度評估，可進一步提升空空導(dǎo)彈制度精度仿真評估的全面性和有效性。