一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法
【专利摘要】本发明公开了一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，建立导弹的飞行仿真数学模型；开发导弹全弹道仿真软件，选择相应的满足精度的算法，将数学模型转换为计算机程序，在理论条件下进行飞行仿真；进行模型的校验；分析影响导弹命中精度的各种干扰因素，建立这些干扰的数学模型；根据各种干扰对导弹飞行的影响机理，将干扰因素加入到飞行仿真数学模型中进行仿真计算，得到相应的结果；采用基于均匀设计法的蒙特卡洛弹道仿真，用安排仿真实验表，对仿真结果进行统计分析，筛选出对导弹精度影响较为显著的因素。本发明的技术方案可以有效减少仿真数量。
【专利说明】一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，具体地说，涉及一种基 于蒙特卡洛的战术导弹武器系统精度仿真及校验方法。
【背景技术】
[0002] 精度是衡量导弹性能最重要的指标，精度分析是导弹设计、研制和试验阶段必不 可少的重要工作。传统的精度分析方法主要依靠飞行试验数据。由于受经济性、研制周期 等因素制约，只依靠试验方法无法满足现代高科技条件下武器系统性能的要求。计算机仿 真技术的应用使得在地面依靠飞行仿真进行导弹的精度分析成为可能。因此，在研制试验 阶段，根据导弹飞行的数学模型，建立起导弹的飞行仿真平台，可以在该平台上充分验证各 项参数变化给导弹命中精度所带来的影响，从而即时地调整参数直至达到最优，省去了因 设计参数不合理而带来的经济和时间上的浪费。
[0003] 战术导弹武器系统精度仿真及校验具有十分重要的现实意义及军事应用价值。首 先，建立导弹仿真模型是对战术导弹作战效能进行评估的基础，有关部门可以借助该模型 对导弹的作战能力进行定量的评价；战术导弹的使用部队利用飞行弹道及其环境的仿真模 型结合某些战术背景的设定，可以有针对性地研究战术导弹的使用战术，为战术导弹战术 使用条令的编写提供定量依据；在战术导弹靶试时可以利用该仿真模型进行不同技术条件 下的模拟靶试，为战术导弹靶试大纲及靶试技术条件的确定提供所需数据，进行导弹武器 系统性能鉴定，从而节约了经费，缩短了研制周期。
[0004] 现有的导弹武器系统精度仿真验证规范对试验数据处理方法做了如下规定：通过 试验数据处理获得所有采样点所对应的导弹武器系统射击诸元参数实际输出值与其理论 值的偏差，即射击诸元参数偏差随着时间变化的误差序列，用正交多项式回归分离系统误 差，并计算残差的标准偏差，最后预报出射击诸元参数偏差的最大值，进而做出其精度合格 与否的鉴定结论。
[0005] 但现有的导弹武器系统精度仿真验证工作存在如下问题：
[0006] 导弹武器系统精度验证是一项多因素、多水平的试验。现代试验规范要求将目标 的距离、航速以及我舰的航速、航向等直接影响导弹武器系统精度的试验因素，但由于受试 验条件和试验手段的限制，每次打靶仿真只能安排一个水平，而且规定试验的有效航次不 得少于12。由于试验航路缺乏典型性，直接影响精度鉴定结论的有效性。
[0007] 由于试验数据处理是按每个航路逐个进行的，且每个航路下发射参数分别处理。 对其中某个参数进行精度鉴定时只有所有仿真航次下的精度均符合评定标准时，才能鉴定 其精度合格。然而多年的实践证明，多种型号的战术导弹精度验证仅是大部分航次下的精 度合格而己，原因在于，试验航路设计不典型，并且12个航次的数据没有进行综合处理，所 以在评定某个参数的精度时，难以做出合格与否的结论。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种战术导弹武器系统精度仿 真及校验方法，可以有效减少仿真数量，而且由于每个航路下数据采样点相对较多，相当于 每个航路下都做了多次试验，因而能够充分地利用试验信息，提高试验的经济效益。同时均 匀设计方法设计试验航路，采用了新的数据处理方法，在导弹武器系统的作战使用范围内 具有典型性、分布均匀，而且试验数据经过综合处理。将战术导弹弹道仿真与打靶结果统计 结合起来，可以尽可能的减少实弹演练的次数，可以对导弹武器系统精度做出全面鉴定，进 而节省大量训练经费，获得较大的军事效益。
[0009] 其具体技术方案为：
[0010] 一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤1 :根据导弹的总体设计参数、导弹的飞行动力学、导弹控制系统原理，建立 导弹的飞行仿真数学模型；
[0012] 步骤2 :开发导弹全弹道仿真软件，选择相应的满足精度的算法，将数学模型转换 为计算机程序，在理论条件下进行飞行仿真；
[0013] 步骤3 :进行模型的校验，以确定仿真模型的可信程度；
[0014] 步骤4 :分析影响导弹命中精度的各种干扰因素，建立这些干扰的数学模型；
[0015] 步骤5 :根据各种干扰对导弹飞行的影响机理，将干扰因素加入到飞行仿真数学 模型中进行仿真计算，得到相应的结果；
[0016] 步骤6 :采用基于均匀设计法的蒙特卡洛弹道仿真，用安排仿真实验表，得出了在 随机干扰作用下，导弹自控终点和自导终点位置散布统计特性、以及对目标的两次捕捉和 全程捕捉概率、命中概率、超低空掠海飞行的触浪入水概率；
[0017] 步骤7 :对仿真结果进行统计分析，筛选出对导弹精度影响较为显著的因素。
[0018] 优选地，步骤4具体为：
[0019] (1) [0，1]均匀随机数ξ
[0020] 利用C语言函数库中现有的rand ()函数获得，所产生的伪随机数可以通过分布均 匀性和独立性检验，如下式：
[0021] ξ = rand ()/RAND_MAX (1)
[0022] 使用srand((unsigned) time (NULL))获取系统时间来初始化伪随机数的种子；
[0023] 程序中一次产生若干如：10000个均匀随机数ξ，从中任取一个作为均匀分布随 机事件的发生概率,经独立性检验、均匀性检验和参数检验，证明该方法产生的随机数具有 很好的随机性；
[0024] (2)标准正态随机数
[0025] 在一定条件下，服从任何分布的数量足够多的随机数之和近似服从正态分布，对 于均勻分布于[0,1]上的随机变量序列ξ D ξ 2··· ξ k，其数学期望和方差为= " ， ?[d = # = 4 < 00，a和b可选为满足一定要求的奇数，只要η足够大，则依据中心极限定 律随机数η近似服从正态分布Ν[0,1]，如下式： (2) (3)，
[0027] 实行仿真统计时，η -般取12,即 L0029」 （3)臼噪戸
[0030] 白噪声是指过去和未来没有任何关系的随机过程，相关函数是脉冲函数的随机过 ?. ：a和向的瓶hh南麼士
【权利要求】
1. 一种战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :根据导弹的总体设计参数、导弹的飞行动力学、导弹控制系统原理，建立导弹 的飞行仿真数学模型； 步骤2 :开发导弹全弹道仿真软件，选择相应的满足精度的算法，将数学模型转换为计 算机程序，在理论条件下进行飞行仿真； 步骤3 :进行模型的校验，以确定仿真模型的可信程度； 步骤4 :分析影响导弹命中精度的各种干扰因素，建立这些干扰的数学模型； 步骤5 :根据各种干扰对导弹飞行的影响机理，将干扰因素加入到飞行仿真数学模型 中进行仿真计算，得到相应的结果； 步骤6 :采用基于均匀设计法的蒙特卡洛弹道仿真，用安排仿真实验表，得出了在随机 干扰作用下，导弹自控终点和自导终点位置散布统计特性、以及对目标的两次捕捉和全程 捕捉概率、命中概率、超低空掠海飞行的触浪入水概率； 步骤7 :对仿真结果进行统计分析，筛选出对导弹精度影响较为显著的因素。
2. 根据权利要求1所述的战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，其特征在于，步骤4 具体为： (1) [〇，1]均匀随机数ξ 利用C语言函数库中现有的randO函数获得，所产生的伪随机数可以通过分布均匀性 和独立性检验，如下式： ξ = rand ()/RAND_MAX (1) 使用srand((unsigned) time (NULL))获取系统时间来初始化伪随机数的种子； 程序中一次产生若干如：1〇〇〇〇个均勻随机数ξ，从中任取一个作为均勻分布随机事 件的发生概率，经独立性检验、均匀性检验和参数检验，证明该方法产生的随机数具有很好 的随机性； (2) 标准正态随机数 在一定条件下，服从任何分布的数量足够多的随机数之和近似服从正态分布，对于 均匀分布于[〇，1]上的随机变量序列L，€k，其数学期望和方差为= ， = ?，a和b可选为满足一定要求的奇数，只要η足够大，则依据中心极限定 律随机数Π 近似服从正态分布Ν[0,1]，如下式：
(2) 实行仿真统计时，η -般取12,即
(3)； (3) 白噪声 白噪声是指过去和未来没有任何关系的随机过程，相关函数是脉冲函数的随机过程， 其相应的频谱密度为 (4) 由上式可以看出在不同频率上具有相同的频谱密度，类似于白光的能谱在各种频率上 均匀分布，因此称为白色噪声； 在数字计算机中，只能产生"伪随机数"，其特征仅近似地符合白色噪音。
3. 根据权利要求2所述的战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，其特征在于，在步 骤4中： 建立干扰因素的误差模型，才能按照作用机理将其加入到基准弹道中进行计算，得到 对导弹落点精度的影响，采用的方法为谱密度法，步骤如下 首先进行加权函数的协方差法，建立功率谱密度
其中：x(t)为待估计数据，T为记录时间长度，因而谱密度可由协方差求得， 在实际计算中，通常以某个适当的仿真步长由仿真模型产生一仿真数据序列 {χ(?)，i = 0, 1，*··Ν}，并且有NAt = T，于是（2)式可近似表示为求和的形式
因此根据序列lx (h)}，利用（3)求得协方差，再利用（4)式可得谱的估计值，给小p所 对应的R(P Λ t)以较大的权，而给较大p所对应的R(p Λ t)以较小的权，具体的做法是在谱 计算式中将R(P 乘以一种权函数，权函数取为
4. 根据权利要求1所述的战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，其特征在于，在步 骤6中： 选择的试验次数> 自变量个数的2?3倍。
5. 根据权利要求1所述的战术导弹武器系统精度仿真及校验方法，其特征在于，在步 骤7中： 记sw为总的离差平方和：
回归得出拟合k= 1，2，···，N，通常Y的值一般是未知的，将Yk做为"真值"来定义 残差和总残差：
用残差平方和Q做为拟合的一个标准；回归平方和U，在离差平方和中由于自变量的变 化而引起夕变化，可视为Xi与的线性关系而引起f的变化部分，所考虑的因素（愈多，回 归平方和就愈大； 记
R称为全相关系数，通常〇〈R〈l，R越接近1，说明Y与\之间线性关系好，此时线性拟 合出的回归方程就好，R越接近0,说明Y与\之间若相关，还需引出一些因素才可能对Y拟 合得理想； F方差比：设因素的个数为M, S为剩余标准差，S2为剩余标准； (S = Q/N-M-1)1/2 (17) 一个回归方程的结果是否可用，只要比较S，S2与允许的偏差就可以了； 给出如下指标F F = U/M/Q(N-M-1) = U/(M · S2) (18) F服从F (M，N-M-1)分布，根据置信度α，查F分布表；即可获得Y与\之间的相关关 系是否显著，当F>Fa(M，N-M-1)时，认为所得回归方程有显著意义。
【文档编号】G06F17/50GK104050318SQ201410259193
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】胡云安, 陈洁, 赵国荣, 王士星, 张友安 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院