一种防空导弹射击精度评估模型

1.本发明涉及一种防空导弹射击精度评估模型，属于系统性能评估技术领域。


背景技术：

2.防空导弹系统命中精度直接反映了防空导弹的弹着点与目标瞄准点的统计特征。常用的武器精度指标有准确度(accuracy)、密集度(precision)和圆概率误差(cep，circular error probability)。其中准确度是指弹着点的散布中心相对目标瞄准点的偏离程度；密集度是指弹着点相对散布中心的离散程度；cep是指以弹着点的散布中心为圆心作一个圆，弹着点落入该圆内的概率为50％时，圆的半径就是cep的值。
3.在射击精度评估中，传统的统计方法能够处理此类精度评估问题；但是，由于导弹系统属于价格昂贵的武器系统，实际的试验样本非常有限，传统的统计方法针对此类评估问题将难以处理。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提出了一种防空导弹射击精度评估模型，有效确定了防空导弹射击精度的关键度量指标值，解决了现有防空导弹射击精度评估中评估结果不准确的问题。
5.本发明的防空导弹射击精度评估模型，包括以下步骤：
6.第一步，根据制导精度和弹道参数，并通过引信特性仿真确定战斗部相对于目标的炸点；
7.第二步，根据引信特性仿真的引信启动规律，结合引战配合效率仿真确定目标炸点；
8.第三步，根据战斗部特性仿真计算导弹对目标的毁伤概率，以确定导弹的射击精度，对战斗性能进行评估。
9.进一步地，所述战斗部特性仿真的具体步骤如下：
10.根据战斗部破片静态飞散特性分析战斗部破片动态飞散特性；
11.首先，设目标不动，战斗部破片以弹目相对速度接近目标，采用与目标纵轴重合的坐标系，指向目标头部为正，坐标系原点为目标尾部；
12.然后，根据弹目交会时的实际情况做以下假设：1)导弹与目标遭遇时，二者速度矢量在同一平面之内；2)不考虑导弹和目标绕各自质心的转动对战斗部和目标速度矢量的影响；3)目标速度矢量与其纵轴重合；4)弹目交会阶段目标速度变化相对于高速破片流可以忽略不计；
13.则导弹速度矢量与其纵轴夹角满足以下关系：
14.cosθ＝cosα
×
cosβ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
15.式中，α为导弹攻角，β为侧滑角，θ为纵轴夹角；
16.利用正弦定理将导弹速度分解为沿弹体纵轴方向分量和破片流静态飞散角中心
线方向分量，则
[0017]vm1
＝vm×
sinθ/sinφ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]vm2
＝vm×
sin(φ-θ)/sinφ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]
式中，为导弹速度，为导弹速度沿弹体纵轴方向分量，为导弹速度沿破片流静态飞散角中心线方向分量；
[0020]
将目标速度沿导弹纵轴方向和与纵轴垂直方向分解，可得破片流动态飞散角中心线与导弹纵轴夹角满足：
[0021][0022]
式中，为动态破片流的平均速度，为目标速度，φi为破片流动态飞散角中心线与导弹纵轴夹角；
[0023]
式(4)中两个符号部分：尾追时取上边符号，迎击时取下边符号。
[0024]
再进一步地，所述战斗部破片静态飞散特性的相对指标包括破片初始速度、破片的质量、破片飞散角、破片总数目、破片与命中目标数学检测模型及破片命中点参数。
[0025]
进一步地，所述引信特性仿真的具体步骤如下，根据防空导弹的特点及射击效果要求，将最佳起爆点设置在满足弹目相对距离小于战斗部动态杀伤半径，若在该点引爆战斗部，目标要害部位上某点恰好位于战斗部破片动态飞散角的中心线上；则引信最佳延迟时间就在引信起动后延迟一段时间起爆战斗部，使破片流中心与目标的交点恰好与目标要害部位上某点重合或距该点最近；则引信的最佳延迟时间表述为：
[0026]
f(τ)＝min(r
p
)s.tr＜ro，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]
式中，τ为引信的最佳延迟时间，r
p
为破片流中心与目标的交点与目标要害部位上某点的距离，ro为战斗部动态杀伤半径，r为战斗部质心到交点的距离。
[0028]
进一步地，所述引战配合效率仿真的具体步骤如下，
[0029]
若已知目标几何中心在地面发射坐标系坐标及导弹战斗部质心在地面发射坐标系坐标，则目标纵轴向量为
±
(x-x1，y-y1，z-z1)＝(a
x
，ay，az)，由于向量(x
o-x，y
o-y，z
o-z)＝(b
x
，by，bz)与目标纵轴向量的夹角为φi+ξ，即：
[0030][0031]
式中，x、y、z分别为动态飞散角中心线与目标交点在地面发射坐标系的坐标点，x1、y1、z1分别为目标几何中心在地面发射坐标系的坐标点，xo、yo、zo分别为导弹战斗部质心在地面发射坐标系的坐标点；
[0032]
式(6)与目标特征尺寸参数及姿态角等约束条件联立即可求出动态飞散角中心线与目标交点坐标；特别是当目标作水平运动时，目标纵轴向量为(
±ax
，0，0)，此时动态飞散角中心线与导弹纵轴交点在地面发射坐标系坐标可设为(x，y1，z1)，式(6)可简化为：
[0033][0034]
令m＝(y
0-y1)2+(z
0-z1)2，n＝[1/cos2(φi+ξ)]-1，则：
[0035][0036]
同理可得迎击时交点坐标：
[0037][0038]
由两点间距离公式可得战斗部质心到交点距离为：
[0039][0040]
交点在坐标系上的坐标x为：
[0041][0042]
式(11)中(x
to
，y
to
，z
to
)为目标尾部在地面发射坐标系坐标，可以根据具体目标的特征尺寸参数及有关姿态角由目标中心坐标求出；当x＞x
to
时，取正号；否则取负号；特别的，当目标作水平运动时交点在坐标系上坐标为：
[0043]
x＝x-x
to
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0044]
式(12)中x
to
＝x1+l，l为目标中心与尾部之间长度，由具体目标的尺寸参数确定；
[0045]
最佳起爆位置应满足以下条件：
[0046][0047]
其中(x
p
，y
p
，z
p
)为要害部位p在地面发射坐标系坐标，与具体目标有关；若导弹作水平运动，则：
[0048]rp
＝|x
p-x|，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0049]
上式中x
p
＝x
to
±
s，s为点p与尾部之间距离，可由具体目标尺寸参数给出。
[0050]
与现有技术相比较，本发明的防空导弹射击精度评估模型，针对具体的目标类型，选择相应的弹道参数，通过战斗部特性仿真、引信特性仿真及引战配合效率仿真模型的仿真计算导弹对目标的毁伤概率，以确定导弹的射击精度，对战斗性能进行评估，有效确定了防空导弹射击精度的关键度量指标值，解决了现有防空导弹射击精度评估中评估结果不准确的问题。
附图说明
[0051]
图1是本发明的射击精度评估方法的框架示意图。
[0052]
图2是本发明的射击精度评估方法的操作流程示意图。
[0053]
图3是本发明的战斗部破片静态飞散随角度的密度分布情况示意图。
[0054]
图4是本发明的弹目交会时几何关系图。
具体实施方式
[0055]
如图1和图2所示的防空导弹射击精度评估模型，包括以下步骤：
[0056]
第一步，根据制导精度和弹道参数，并通过引信特性仿真确定战斗部相对于目标的炸点；
[0057]
第二步，根据引信特性仿真的引信启动规律，结合引战配合效率仿真确定目标炸点；
[0058]
第三步，根据战斗部特性仿真计算导弹对目标的毁伤概率，以确定导弹的射击精度，对战斗性能进行评估。
[0059]
射击精度评估方法的具体操作步骤如下，首先，确定目标类型；然后，根据目标类型选择弹道参数；接着，对弹目相对运动参数进行仿真计算；之后，根据战斗部特性仿真、引信特性仿真及引战配合效率仿真模型计算战斗部破片动态飞散区和引信启动延迟时间，从而得到破片分布；最后，计算单发杀伤概率计算。
[0060]
其中，所述战斗部特性仿真的具体步骤如下：
[0061]
根据战斗部破片静态飞散特性分析战斗部破片动态飞散特性；
[0062]
1、战斗部破片静态飞散特性，
[0063]
对战斗部破片静态飞散相对指标(破片初始速度、破片的质量、破片飞散角、破片总数目、破片与命中目标数学检测模型、破片命中点参数)的研究是分析破片动态飞散的基础；战斗部静态飞散区是指战斗部在静止状态下爆炸时破片的飞散区域，通常战斗部静态飞散区具有轴向的对称性，即破片静态飞散随飞散角度的密度分布绕弹纵轴是对称的；战斗部破片静态飞散随角度的密度分布情况如图2所示，图2中为静态破片飞散中心方向角，即破片平均飞散方向与弹轴之间的夹角，为破片静态飞散角，通常是指90％破片所占的飞散角的宽度；破片静态飞散的初速v0具有一定的变换范围，并随飞散角而变化，破片的初速一般由静态实验来确定；通常在计算中不考虑初速随角度的变化，而取其平均值，但如果v0变化较大，则必须考虑其变化对动态飞散角的影响；
[0064]
2、战斗部破片动态飞散特性，
[0065]
战斗部在动态下爆炸后，每块破片的运动参数都要发生变化，形成了破片群的动态飞散区，也称为动态杀伤区，破片式战斗部爆炸后形成的动态破片飞散锥可通过静态破片锥叠加导弹速度获得；
[0066]
首先，设目标不动，战斗部破片以弹目相对速度接近目标，采用与目标纵轴重合的坐标系ox，指向目标头部为正，坐标系原点o为目标尾部，如图3所示，是导弹速度，是目标速度，是导弹相对目标的速度，ξ是导弹纵轴与目标纵轴夹角，θ是导弹速度矢量与弹体纵轴的夹角(弹体纵轴之上为正，反之为负)，φ是破片静态飞散方向角(中心线方向)，φi是破片动态飞散方向角(中心线方向)；
[0067]
然后，根据弹目交会时的实际情况做以下假设：1)导弹与目标遭遇时，二者速度矢量在同一平面之内；2)不考虑导弹和目标绕各自质心的转动对战斗部和目标速度矢量的影响；3)目标速度矢量与其纵轴重合；4)弹目交会阶段目标速度变化相对于高速破片流可以忽略不计；
[0068]
设导弹攻角、侧滑角分别为α、β，则导弹速度矢量与其纵轴夹角θ满足以下关系：
[0069]
cosθ＝cosα
×
cosβ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0070]
利用正弦定理将导弹速度分解为沿弹体纵轴方向分量和破片流静态飞散角中心线方向分量由图3所示几何关系可以得出，
[0071]vm1
＝vm×
sinθ/sinφ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0072]vm2
＝vm×
sin(φ-θ)/sinφ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0073]
设动态破片流的平均速度为将目标速度为沿导弹纵轴方向和与纵轴垂直方向分解，可得破片流动态飞散角中心线与导弹纵轴夹角φi满足：
[0074][0075]
式(4)中两个符号部分：尾追时取上边符号，迎击时取下边符号。
[0076]
所述引信特性仿真的具体步骤如下，根据防空导弹的特点及射击效果要求，将最佳起爆点设置在满足弹目相对距离小于战斗部动态杀伤半径，若在该点引爆战斗部，如图3所示，目标要害部位(如尾部发动机)上某点p恰好位于战斗部破片动态飞散角的中心线上；则引信最佳延迟时间就在引信起动后延迟一段时间起爆战斗部，使破片流中心与目标的交点a恰好与点p重合或距点p最近；则引信的最佳延迟时间表述为：
[0077]
f(τ)＝min(r
p
)s.tr＜ro，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0078]
式中，τ为引信的最佳延迟时间，r
p
为破片流中心与目标的交点a与点p的距离，ro为战斗部动态杀伤半径，r为战斗部质心到交点a的距离。
[0079]
所述引战配合效率仿真的具体步骤如下，
[0080]
设动态飞散角中心线与目标交点a在地面发射坐标系坐标为(x，y，z)，若已知目标几何中心在地面发射坐标系坐标为(x1，y1，z1)及导弹战斗部质心在地面发射坐标系坐标为(xo，yo，zo)，则目标纵轴向量为
±
(x-x1，y-y1，z-z1)＝(a
x
，ay，az)，由几何关系可知向量(x
o-x，y
o-y，z
o-z)＝(b
x
，by，bz)与目标纵轴向量的夹角为φi+ξ，即：
[0081][0082]
式(6)与目标特征尺寸参数及姿态角等约束条件联立即可求出交点a坐标；特别是当目标作水平运动时，目标纵轴向量为(
±ax
，0，0)，此时动态飞散角中心线与导弹纵轴交点a在地面发射坐标系坐标可设为(x，y1，z1)，式(6)可简化为：
[0083][0084]
令m＝(y
0-y1)2+(z
0-z1)2，n＝[1/cos2(φi+ξ)]-1，则：
[0085][0086]
同理可得迎击时交点坐标：
[0087][0088]
由两点间距离公式可得战斗部质心到交点a距离为：
[0089][0090]
交点a在坐标系0x上的坐标x为：
[0091][0092]
式(11)中(x
to
，y
to
，z
to
)为目标尾部在地面发射坐标系坐标，可以根据具体目标的特征尺寸参数及有关姿态角由目标中心坐标求出；当x＞x
to
时，取正号；否则取负号；特别的，当目标作水平运动时交点a在坐标系0x上坐标为：
[0093]
x＝x-x
to
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0094]
式(12)中x
to
＝x1+l，l为目标中心与尾部之间长度，由具体目标的尺寸参数确定；
[0095]
最佳起爆位置应满足以下条件：
[0096][0097]
其中(x
p
，y
p
，z
p
)为要害部位p在地面发射坐标系坐标，与具体目标有关；若导弹作水平运动，则：
[0098]rp
＝|x
p-x|，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0099]
上式中x
p
＝x
to
±
s，s为点p与尾部之间距离，可由具体目标尺寸参数给出。
[0100]
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。