相控阵雷达多弹丸排布方法与流程

1.本发明涉及相控阵雷达领域，尤其涉及一种相控阵雷达多弹丸排布方法。


背景技术：

2.传统机械扫描雷达，其仅对一枚弹丸目标持续跟踪测量，在资源异常宝贵的实际作战场景中，势必造成资源的无效占用和浪费，如图1所示。相控阵雷达能够合理分配时间、空间、频率、能量等资源，可以快速实现不同方向的波束扫描和跟踪，实现多目标的连续跟踪和测量，因此可以应用于多弹丸的跟踪测量和修正，提高弹丸命中目标的概率，如图2所示。
3.当相控阵雷达搜索并跟踪到敌方目标，火炮系统解算目标与自身位置的相对关系，向敌方目标连续发射多枚修正弹，以一维弹道修正弹为例，相控阵雷达跟踪测量各枚修正弹，计算弹丸与目标交汇点的偏差，并根据偏差的方向和大小，发送控制指令给修正弹。弹丸在接收并解读指令后，其修正执行机构响应指令，实现飞行轨迹的校正，提高弹丸命中目标的概率。
4.对于一维弹道修正弹，其只能修正距离维，弹丸在方位维一旦射偏，即使在距离维上修正弹丸，也无法准确打击到敌方目标。一般的解决方式是依据弹丸偏离目标的落点，火炮系统解算偏差并重新发射弹丸，然而新发射的一维弹道修正弹在方位维可能仍偏离于目标，导致未能命中，也贻误了战机，在瞬息万变的战场中可能造成不可估量的损失，导致战局的失利。


技术实现要素：

5.为解决现有的技术问题，本发明提供了一种相控阵雷达多弹丸排布方法。
6.本发明的具体内容如下：一种相控阵雷达多弹丸排布方法，包括如下步骤：
7.步骤一：向敌方区域建立搜索范围，搜索并跟踪敌方目标；
8.步骤二：根据目标运动轨迹参数，建立目标运动模型；
9.步骤三：火炮系统解算自身与目标位置之间的相对关系，确定各弹丸的发射参数；
10.步骤四：相控阵雷达合理分配时间、空间、频率、能量等资源，连续跟踪测量多枚弹丸；
11.步骤五：相控阵雷达跟踪测量各枚修正弹，计算弹丸与目标交汇点的偏差，并根据偏差的方向和大小，解算出弹丸的控制参数；
12.步骤六：通信设备将控制指令发送给弹丸，弹丸的修正执行机构解读指令并修正弹丸的飞行姿态。
13.进一步的，还包括：步骤七：当上批次弹丸未能命中敌方目标或执行再次打击时，依据上批次弹丸的轨迹及落点重新解算弹丸的发射参数，火炮系统向目标发射下批次弹丸；
14.步骤八：循环以上步骤，直至击毁敌方所有目标。
15.进一步的，步骤三中，确定各弹丸的发射参数包括：首先确定弹丸方位维最优的排布数目n1和距离维的排布数目n2，方位维弹丸分散距离r；确定同批次弹丸覆盖范围，使首批次弹丸命中目标的概率最大，至少有一枚弹丸能够覆盖到目标；解算弹丸的各项发射参数并向目标发射首批次弹丸。
16.进一步的，使弹丸命中目标趋于正方形时，命中目标的概率最大。
17.进一步的，设目标在(0,0)位置，单枚弹丸的可修正落点区域与目标中心之间的偏差(x,y)服从高斯分布，且在方位维x，距离维y独立同分布σ
x
＝σy，所以
[0018][0019]
则单枚修正弹命中目标的概率为
[0020][0021]
已知其中x1为单枚弹方位维杀伤半径，y1为距离维最大可修正半径，落在(-x1,x1)，(-y1,y1)区域的目标可被命中；
[0022]
设一共有n枚修正弹，在方位维排n1枚弹，距离维排n2枚弹，使命中目标概率最大，即
[0023][0024]
s.t.
[0025]
n＝n1·
n2[0026]
n1≥1
[0027]
n2≥1
[0028]
当n1·
x1＝n2·
y1时，命中目标的概率最大。
[0029]
本发明的相控阵雷达多弹丸排布方法，对多枚弹丸跟踪测量并校正其落点与打击目标的偏差，提高弹丸的命中率，并依据发射弹丸的批次和落点，自适应地调节弹丸发射的排布，能够实现首批次弹丸尽可能地覆盖到目标，再次打击批次的弹丸尽可能多地覆盖到目标，提升打击效能和容错率。
附图说明
[0030]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
[0031]
图1为机械扫描雷达单弹丸目标跟踪测量示意图；
[0032]
图2为相控阵雷达多弹丸目标跟踪测量示意图；
[0033]
图3为本发明的相控阵雷达多弹丸排布方法的流程图；
[0034]
图4为自适应弹丸排布示意图；
[0035]
图5为不同排布策略命中概率对比图。
具体实施方式
[0036]
本发明公开了一种相控阵雷达多弹丸目标排布方法，如图3所示，包括如下步骤：
[0037]
步骤一：向敌方区域建立搜索范围，搜索并跟踪敌方目标。
[0038]
步骤二：根据目标运动轨迹参数，建立目标运动模型，为火炮系统发射一维弹道修正弹做准备。
[0039]
步骤三：火炮系统解算自身与目标位置之间的相对关系，确定各弹丸的发射参数。
[0040]
首先确定弹丸方位维最优的排布数目n1和距离维的排布数目n2，方位维弹丸分散距离r。
[0041]
确定同批次弹丸覆盖范围area，使首批次弹丸命中目标的概率最大，至少有一枚弹丸能够覆盖到目标。
[0042]
解算弹丸的各项发射参数并向目标发射首批次弹丸。
[0043]
步骤四：相控阵雷达合理分配时间、空间、频率、能量等资源，连续跟踪测量多枚弹丸。
[0044]
步骤五：相控阵雷达跟踪测量各枚修正弹，计算弹丸与目标交汇点的偏差，偏差小于阈值，则逼近并击中目标，否则根据偏差的方向和大小，解算出弹丸的控制参数。
[0045]
步骤六：通信设备将控制指令发送给弹丸，弹丸的修正执行机构解读指令并修正弹丸的飞行姿态。
[0046]
步骤七：当上批次弹丸未能命中敌方目标或执行再次打击时，依据上批次弹丸的轨迹及落点重新解算弹丸的发射参数，火炮系统向目标发射下批次弹丸。
[0047]
重新确定弹丸方位维最优的排布数目n1和距离维的排布数目n2，方位维弹丸分散距离r。
[0048]
确定同批次弹丸方位维的覆盖范围area，使更多的弹丸可以命中目标。
[0049]
解算弹丸的各项发射参数并向目标发射下批次弹丸。
[0050]
步骤九：循环上步骤，直至击毁敌方所有目标。
[0051]
发射首批次弹丸时，如图4(a)，由于没有弹道气象误差的先验知识，首批次弹丸的落点可能在方位维和距离维与目标有整体偏移，所以在发射首批次弹丸时，自适应地调节发射弹丸的排布和发射参数，根据目标的运动方向，确定弹丸方位维的排布数目n1和距离维的排布数目n2，方位维弹丸分散距离r(根据方位维距离和n1确定)，扩大同批次弹丸群的覆盖范围，相比于传统“孤注一掷”式同批次弹丸采用统一发射参数，能够使弹丸尽可能地覆盖到目标。
[0052]
发射非首批次弹丸时，如图4(b)，由于可以获得前批次弹丸落点偏差和弹道气象误差的先验知识，校偏后的弹丸的命中率将提升，因此需要调节发射弹丸的排布和发射参数，减小同批次弹丸群的覆盖范围，使更多的弹丸可以覆盖到目标。
[0053]
设弹丸的可修正落点区域中心与目标中心之间的偏差(x,y)服从高斯分布，且在方位维x与距离维y独立同分布，设σ
x
＝σy。
[0054][0055]
则单枚修正弹命中目标的概率可表示为
[0056]
[0057]
其中x1为方位维单枚修正弹的杀伤半径，y1为单枚修正弹在距离维的最大可修正半径；
[0058]
忽略弹丸在方位维和距离维折叠部分，则发射首批次弹丸时，采用最大覆盖面积排布的n1·
n2枚一维增程修正弹命中目标的概率为
[0059][0060]
已知其中x1为单枚弹方位维杀伤半径，y1为距离维最大可修正半径，落在(-x1,x1)，(-y1,y1)区域的目标可被命中；
[0061]
设一共有n枚修正弹，在方位维排n1枚弹，距离维排n2枚弹，使命中目标概率最大，即
[0062][0063]
s.t.
[0064]
n＝n1·
n2[0065]
n1≥1
[0066]
n2≥1
[0067]
当n1·
x1＝n2·
y1时，即弹丸覆盖面积区域正方形时，命中目标的概率最大。
[0068]
而采用传统方式未排布的n1·
n2枚修正弹命中目标的概率为p1，仿真结果如图5所示(n1·
n2＝10)。以单枚一维增程修正弹命中目标的概率为0.1为例，多枚弹丸命中目标的概率由小到大对应的策略依次为无排布策略、n1＝2,n2＝5、n1＝10,n2＝1、n1＝5,n2＝2。当选择合适的弹丸排布方式，可以大幅提升弹丸打击到目标的概率，分析并验证可得，当弹丸的排布覆盖面积趋于正方形时，命中目标的概率可以达到最优。
[0069]
本发明提出的相控阵雷达多弹丸排布方法，对多枚弹丸跟踪测量并校正其落点与打击目标的偏差，提高弹丸的命中率，并依据发射弹丸的批次和落点，自适应地调节弹丸发射的排布，能够实现首批次弹丸尽可能地覆盖到目标，再次打击时依据上批次弹丸落点的先验信息，调节发射弹丸的排布，使其尽可能多的弹丸覆盖到目标，提升打击效能和容错率。相较于传统的机械扫描雷达单一弹丸目标测量修正方法，其能够在不增加总的搜索跟踪时间的同时，可以对多枚弹丸进行测量校正，对敌方目标实施压制性打击，更适合于现代化作战场景。相较于相控阵雷达未考虑弹丸排布方法，其能够保证每批次弹丸尽可能地覆盖到目标，再次打击时使更多的弹丸覆盖到目标。
[0070]
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。