防空导弹命中毁伤过程建模仿真方法与流程

本发明涉及导弹的仿真方法技术领域，尤其涉及一种防空导弹命中毁伤过程建模仿真方法。

背景技术：

作战仿真是对在实际的或假想的环境下，按照设计的规则、数据和过程行动的两支或多只部队进行对抗的仿真。运用作战仿真技术可以方便地实现对防空导弹武器装备作战运用的各种研究。运用作战仿真技术开发防空导弹半实物仿真训练模拟系统，能够进行防空导弹武器装备作战研究，可以提高防空导弹武器装备作战运用水平，满足防导弹日常操作训练与评估、技术培训等需要，加快武器系统形成战斗力。

开发日常作战操作的防空导弹半实物仿真训练模拟系统，关键问题之一是如何实现实时或超实时的防空导弹攻击来袭目标的交战过程建模和仿真。防空导弹交战过程是指：操作员在得到指挥员可以发射导弹命令后，择机发射防空导弹，随后防空导弹发射按导引弹道飞行与目标交会，并以一定命中毁伤概率摧毁来袭目标。此问题事关能否逼真营造描绘导弹攻击来袭目标交战过程的战场环境和评估受训人员的训练效果。

此问题的解决需要首先建立导弹攻击目标全过程的导引规律及弹道数学模型和仿真模型，其中，根据运行防空导弹六自由度飞行动态弹道仿真模型而得到满足一定精度要求的导弹飞行速度仿真数据，以及杀伤区相关数据，分别建立了符合实际的导弹速度参数和单发射击毁伤概率数学模型。然后将一个符合均匀分布的随机数，与防空导弹射表中某一情况下的实际命中毁伤概率进行比较，从而实现逼真仿真防空导弹飞行、命中毁伤目标全过程的作战过程。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种防空导弹命中毁伤过程建模仿真方法，所述方法通过建立防空导弹命中毁伤过程仿真模型，仿真防空导弹飞行、命中毁伤目标全过程的作战过程，培训人员操作模型进行导弹发射训练，提高了训练人员的培训效果。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种防空导弹命中毁伤过程建模方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）根据来袭目标运动相关参数和防空导弹具体采用的导引规律，建立导引规律数学模型，以仿真防空导弹受控飞行过程；

2）根据防空导弹和来袭目标运动涉及的相关参数建立导弹发射后攻击来袭目标的弹目相对运动数学模型，以仿真弹目相对运动过程；

3）构建一个防空导弹六自由度飞行动态弹道仿真模型，运用该弹道仿真模型的导弹飞行速度仿真结果进行导弹速度插值拟合，以得到弹目相对运动仿真过程中的防空导弹运动速度参数；

4）根据防空导弹的命中参数建立导弹命中目标事件的单发射击毁伤概率数学模型。

进一步的技术方案在于：所述方法还包括训练人员操作上述模型进行防空导弹发射训练的步骤。

进一步的技术方案在于：所述的步骤1）中：

以防空导弹导引规律采用三点法导引规律为例，设制导站静止，以导弹发射坐标系作为参考坐标系，建立导引规律数学模型如下：

（1）

（2）

上式中分别是导弹、目标高低角；分别是导弹、目标方位角。

进一步的技术方案在于：所述的步骤2）中：

假设来袭目标为水平匀速直线运动，描述防空导弹发射后攻击来袭目标交战过程的导引弹道，涉及的参数包括：导弹斜距、目标斜距、导弹高低角导弹、目标高低角、导弹方位角、目标方位角、导弹速度、目标速度、导弹速度矢量前置角、目标速度矢量前置角、导弹航向角、目标航向角，根据上述参数建立导弹发射后攻击来袭目标的导引弹道数学模型，即弹目相对运动数学模型如下：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

进一步的技术方案在于：所述的步骤3）中：基于MATLAB/SIMULINK仿真平台构建一个防空导弹六自由度飞行动态弹道仿真模型，并得到满足一定精度要求的导弹飞行速度仿真数据。

进一步的技术方案在于：所述的步骤3）中：

根据得到的满足一定精度要求的导弹飞行速度仿真数据进行了导弹速度插值拟合，从而得到用于计算弹目相对运动数学模型中导弹飞行速度参数的模型如下：

（10）

上式中是导弹飞行速度；是拟合表达式系数；是仿真运行时间。

进一步的技术方案在于：所述步骤4）中：

根据导弹斜距、导弹单发射击毁伤概率、导弹战斗部杀伤半径，建立导弹命中目标事件的单发射击毁伤概率数学模型如下：

（11）

上式中是一个符合均匀分布的随机数，是目标与导弹间相对距离。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法通过建立防空导弹命中毁伤过程仿真模型，仿真防空导弹飞行、命中毁伤目标全过程的作战过程，培训人员操作模型进行导弹发射训练，提高了训练人员的培训效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中三点法导引规律原理图；

图2是本发明中防空导弹六自由度弹道仿真模型图；

图3是本发明中防空导弹交战过程仿真流程。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明公开了一种防空导弹命中毁伤过程建模仿真方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、建立导引规律数学模型

假设防空导弹采用三点法导引规律。设制导站静止，以导弹发射坐标系作为参考坐标系，如图1所示。建立导引规律数学模型如下：

（1）

（2）

上式中分别是导弹、目标高低角；分别是导弹、目标方位角。

步骤二、建立导引弹道数学模型

假设来袭目标为水平匀速直线运动，描述防空导弹发射后攻击来袭目标交战过程的导引弹道，涉及的主要参数包括（参见图1）：导弹斜距、目标斜距、导弹高低角导弹、目标高低角、导弹方位角、目标方位角、导弹速度、目标速度、导弹速度矢量前置角、目标速度矢量前置角、导弹航向角、目标航向角。建立导弹发射后攻击来袭目标的导引弹道数学模型，即弹目相对运动数学模型如下：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

步骤三、建立防空导弹飞行速度六自由度飞行动态弹道仿真模型

为达到逼真仿真出导弹导引飞行弹道，同时又满足训练过程对实时性的要求，对于参数导弹飞行速度，基于MATLAB/SIMULINK仿真平台构建一个防空导弹六自由度飞行动态弹道仿真模型，并得到满足一定精度要求的导弹飞行速度仿真数据。根据得到的满足一定精度要求的导弹飞行速度仿真数据进行导弹速度插值拟合，从而得到用于计算弹目相对运动数学模型中导弹飞行速度参数的模型如下：

（10）

上式中是导弹飞行速度；是拟合表达式系数；是仿真运行时间。

步骤四、建立导弹单发射击毁伤概率数学模型

导弹命中目标是一个当导弹接近目标并与之发生交会时，以一定概率命中毁伤目标的随机事件。此概率称为导弹单发射击毁伤概率，记为。它是目标速度、目标航路捷径、导弹高度、导弹斜距的函数，即。因现在构建是作战操作训练模拟系统，而不是针对弹道特性研究的地空导弹弹道仿真系统。所以，对于典型目标，在一定范围内可以认为目标速度恒定。因此，导弹单发射击毁伤概率可简化为。进一步可通过区分不同的航路捷径值，将表达为一些二维表。根据、、导弹战斗部杀伤半径建立导弹命中目标事件的单发射击毁伤概率数学模型如下：

（11）

上式中是一个符合均匀分布的随机数；是目标与导弹间相对距离。

步骤五、训练人员操作上述模型进行防空导弹发射训练，防空导弹攻击来袭目标的交战过程仿真流程如图3所示。

其具体过程如下：

假设目标与导弹均为质点。为简化说明过程起见，设导弹速度方向始终位于瞄准线上。

1）设来袭目标做水平匀速直线运动，在目标仿真模型中设置目标初始坐标（以防空导弹发射坐标系为参考坐标系），设置目标速度值。分别计算：目标斜距初始值、目标初始方位角、目标初始高低角。设导弹初始坐标为，并将目标初始方位、高低角值设为导弹初始方位、高低角，即、。

2）根据模型10（公式（10））计算导弹仿真速度值。

3）根据弹目相对运动数学模型（公式（3）-公式（9））。分别代入：导弹高低角导弹初始值、目标高低角初始值、导弹方位角初始值、目标方位角初始值、导弹速度值、目标速度值、导弹速度矢量前置角初始值、目标速度矢量前置角初始值、导弹航向角初始值、目标航向角初始值，计算出导弹和目标距离值，当使用三点法导引规律时，仿真计算时可以设置。

4）根据模型11（公式（11））判断弹目是否交会？如成功交会，则查射表得到相应值。

5）产生一个符合均匀分布的随机数，并与比较，时目标被摧毁，否则没有击毁目标，从而完成对防空导弹命中毁伤来袭目标的全过程。

所述方法通过建立防空导弹命中毁伤过程仿真模型，仿真防空导弹飞行、命中毁伤目标全过程的作战过程，培训人员操作模型进行导弹发射训练，提高了训练人员的培训效果。