基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法与流程

本发明涉及试验，具体涉及一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法。

背景技术：

1、在水下装备探测能力验证试验中，由于水下装备工作机理复杂，对目标的检测又是在十分复杂的水下环境条件下进行的动态过程，试验能否高效实施，达到预期考核目的不仅与装备自身性能参数有关，还与科学的试验方法设计有关。通过科学的试验设计，制定出优化可行的试验方案，能用尽可能少的试验次数获取足够的、有效的、可靠的数据资料。而对于水下装备探测能力验证试验中，环境构设是试验方法设计的重要环节。环境构设是试验实施保障的重要工作，通过环境构设选择试验区域，设置蓝方目标等。环境构设是否合理可行，直接影响到试验可行性。

2、当前在试验方案设计方面，文献《武器装备作战试验设计方法》(王志淞，化斌斌，万博等.武器装备作战试验设计方法[j].装甲兵学报,2023(3):5.)中提到关于试验理论的研究还停留在试验指标体系、试验项目、试验流程、测试测量手段以及考核评估等试验方法和技术层次的研究，例如文献《武器装备作战试验科目设计方法研究》(叶康，曹裕华，钱邵勇.武器装备作战试验科目设计方法研究[j].工程与试验,2020，60(4):4.)提出一种基于能力域和作战线的装备试验科目设计方法，关注点在于试验项目设计。现有试验环境构设方面发明专利，《一种基于环境构设的无人空中平台任务在线重规划方法》(中国，公开号：115309186a，公开日：2022-09-04，申请号：202211075194.2)和《一种基于环境构设的无人空中平台任务规划与推演方法》(中国，公开号：115374644a，公开日：2022-09-04，申请号：202211075195.7)把复杂的环境构设任务要求等效和分解成无人空中平台可执行的小任务，进而对无人空中平台进行航线、载荷、链路通信等任务规划。

3、因此，对比现有论文和专利，当前缺乏定量、规范的针对水下装备探测试验的静态环境构设方法，导致不能有效设计探测环境，因此，设计一个有效的探测环境，成为试验设计中的重要环节。

4、针对上述问题，发明人提供了一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法，实现在装备探测能力试验中定量、规范的进行环境构设，根据所设计的探测环境，可为试验实施保障提供依据，降低试验成本、优化试验方法，从而缩短试验周期，提升试验效率。通过探测环境设计模型，可有效确定试验中声学探测环境参数，包括布设范围、出发时间等，提升试验实施保障效率。

技术实现思路

1、本技术的发明目的时提供了一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法。

2、为了完成本技术的发明目的，本技术采用以下技术方案：

3、本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法，建立x和y坐标系，静态目标m和水下装备t均在上述坐标系中，水下装备t以半径r为自导扇面半径在“a-b-c-d”任务区内以梳字型航行，其初始位置为(x0,y0)，根据预设定的水下装备t的航行轨迹、探测能力及试验时长ts，构设在探测环境下，满足水下装备t在tt2至tt1时间内探测到静态目标m；其中：它包括以下步骤：

4、(一)、水下装备t的运动轨迹

5、水下装备t在探测静态目标m过程中的航行轨迹为梳字型，梳子型轨迹与上述坐标系的x轴和y轴平行，其在x轴的运动轨迹表示为公式(1)：

6、

7、其在y轴的运动轨迹表示为公式(2)

8、

9、航向ct表示为公式(3)

10、

11、其中ta1、ta2、ta3、ta4和ta5分别为水下装备t在梳字型航行路径的第一段起始点(1)的起始时间、第二段起始点(2)的起始时间、第三段起始点(3)的起始时间、第四段起始点(4)的起始时间和第五段起始点(5)的起始时间，t1＝t3＝ta2-ta1＝ta4-ta3，t2＝t4＝ta3-ta2＝ta5-ta4，v为水下装备t的航行速度，r为水下装备t的自导扇面半径即探测半径，水下装备t在梳字型航行路径的t2和t4时间内行走的距离为r，在t1和t3时间内行走的距离为s,t1、t2、t3、t4构成梳字型航行的一个周期t0，周期t0＝ta5-ta1，k向下取整,为探测周期数减1，以t0＝ta5-ta1为一个探测周期，进行重复周期性运动，ct为水下装备t的航向，在上述公式中，ct、r、s和v均是已知的；

12、(二)、水下装备t的探测模型

13、当静态目标m(xm,ym)点落入水下装备t(xt,yt)自导扇面区域内，即在公式(4)限定的条件下，水下装备t和静态目标m的距离小于水下装备t的自导扇面半径r，同时水下装备t与静态目标m的连线和水下装备t的航向ct之间的夹角小于水下装备t的自导扇面半角ф时，水下装备t探测到静态目标m，

14、

15、(三)、构设探测环境中水下静态目标m

16、对于静态环境构设，需要满足装备在时刻内探测到目标，可表示为：

17、

18、以分别代入公式(6)，计算出k值，然后将k值、ta1、ta2、ta3、ta4和v分别代入(1)、公式(2)和公式(3)，然后，根据水下装备t的梳字轨迹分段求出水下装备t的坐标(xt,yt)和ct,然后将xt,yt和ct代入公式(5)，

19、在t至t的范围内，求解不等式(5)，若不等式(5)无解，即在当前水下装备t的航行t2t1

20、轨迹下，不进行探测环境构设，无法验证水下装备t的探测能力，需要重新规划水下装备t的航行轨迹；若上述不等式存在解，根据所获得的水下静态m目标范围，在试验实施时，可任意选择一个位置布设水下的静态目标m，构设探测环境，进行水下装备t探测能力验证试验。

21、本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法，其中：通过采用matlab进行数值求解不等式(5)。

22、本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法，其中：若上述不等式存在多个解时，在上述所有解的范围内，在试验实施时，可任意选择一个位置布设水下的静态目标m，构设探测环境，进行水下装备t的探测能力验证试验。

23、本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法，其中：所述需要重新规划水下装备t的航行轨迹是改变水下装备t的初始位置(x0,y0)，以达到验证水下装备t的探测能力。

24、本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的静态环境构设方法存在以下有益效果：

25、1)、水下装备探测试验环境构设通过定量计算的方式，将非定量的试验实施保障问题定量化，实现在水下装备探测能力考核试验中定量、规范的进行环境构设；

26、2)、静态环境构设得到目标布设范围，为试验实施提供技术支撑，从而缩短试验周期，提升试验效率；

27、3)、根据环境构设提供的目标布设范围，可选择目标布设范围内任一位置，均满足试验方法设计需求，为试验方法设计人员、试验实施人员提供多种参考。