一種空中平臺雷達(dá)探測動態(tài)過程的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及空中平臺雷達(dá)探測動態(tài)過程的一種仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隱身技術(shù)是通過降低武器平臺特征信號，減小敵方探測器的探測、跟蹤、鎖定概率和制導(dǎo)武器攻擊成功率的技術(shù)。評價飛行器隱身性能的傳統(tǒng)方法是通過計算、測試得到武器平臺各個方位、頻率的RCS并進(jìn)行平均。實(shí)戰(zhàn)過程中，探測器的位置、速度、距離、方位在時刻變化，采用傳統(tǒng)方法已難以全面考核飛行器面臨實(shí)戰(zhàn)時的隱身性能。因此建立飛行器在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下飛行仿真過程，同時模擬目標(biāo)被探測的狀態(tài)，對于評估飛行器隱身性能、評價執(zhí)行任務(wù)所遇到的風(fēng)險以及評估突防技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明基于實(shí)戰(zhàn)仿真以及隱身性能評估的需要，實(shí)現(xiàn)飛行器飛行仿真過程，模擬在不同實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下探測、攻擊的結(jié)果，對實(shí)戰(zhàn)環(huán)境、平臺、武器、探測器等諸多要素進(jìn)行了關(guān)耳關(guān)。
[0004]本發(fā)明提供的一種空中平臺雷達(dá)探測動態(tài)過程的仿真方法，主要由以下步驟組成:
[0005]步驟1:仿真元素關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)計和仿真任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。
[0006]所述的仿真元素關(guān)聯(lián)關(guān)系包括靜態(tài)關(guān)聯(lián)和動態(tài)關(guān)聯(lián)，所述的靜態(tài)關(guān)聯(lián)包括目標(biāo)和探測器之間的搭載關(guān)系、平臺和武器之間的可搭載關(guān)系。所述的動態(tài)關(guān)聯(lián)包括任務(wù)場景中的作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)單元所采用的平臺、作戰(zhàn)單元所用平臺搭載的武器和作戰(zhàn)單元的預(yù)設(shè)指令。
[0007]所述的仿真任務(wù)數(shù)據(jù)庫包括9個數(shù)據(jù)表，分為四類:第一類包含與任務(wù)無關(guān)的仿真元素參數(shù)信息，包括目標(biāo)、探測器、航跡點(diǎn)；第二類包含與任務(wù)相關(guān)的仿真元素參數(shù)信息，包括任務(wù)場景、作戰(zhàn)單元、航跡；第三類表示與任務(wù)無關(guān)的關(guān)系信息，包括平臺-武器、目標(biāo)-探測器；第四類表示與任務(wù)相關(guān)的關(guān)系信息，包括裝載武器。其中，第三類的數(shù)據(jù)表就是兩個靜態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，第四類的數(shù)據(jù)表就是一個動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0008]步驟2:設(shè)定仿真任務(wù)。一個仿真任務(wù)就是一個任務(wù)場景數(shù)據(jù)表的一條記錄，可以對其進(jìn)行添加、刪除、修改等操作。在仿真任務(wù)設(shè)定中，對仿真的區(qū)域(經(jīng)度范圍、瑋度范圍)、面雜波特性(海雜波、地雜波)、體雜波特性(雨、霧特性)等進(jìn)行設(shè)置。
[0009]在設(shè)定仿真任務(wù)的中，需要添加作戰(zhàn)單元作為仿真主體。每一個作戰(zhàn)單元必須指定一個平臺，由于平臺與探測器的關(guān)系是靜態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此不需要制定平臺所搭載的探測器。但是作戰(zhàn)單元與搭載武器之間的關(guān)系是動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，所以還需指定平臺所搭載的武器類型、數(shù)量，所搭載的武器類型又受到平臺與武器的可搭載關(guān)系這個靜態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系的約束。
[0010]每個作戰(zhàn)單元可以預(yù)先指定一條航跡，沒有指定航跡的作戰(zhàn)單元按照初始速度和方位運(yùn)動。航跡由多個按照順序排列的航跡點(diǎn)組成，運(yùn)行過程中作戰(zhàn)單元順序經(jīng)過預(yù)設(shè)航跡點(diǎn)。遍歷航跡點(diǎn)的方法有單次遍歷、循環(huán)遍歷、往復(fù)遍歷三種。
[0011]以航跡點(diǎn)A、B、C、D為例說明“單次遍歷、循環(huán)遍歷、往復(fù)遍歷”的涵義。單次遍歷指設(shè)定的航跡點(diǎn)按順序逐個遍歷一次，即A-B-C-D ;循環(huán)遍歷指航跡點(diǎn)順序遍歷后，再從頭開始順序遍歷，直到接收到新的指令，即A-B-C-D-A-B-C-D-......;往復(fù)遍歷指航跡點(diǎn)順序遍歷與逆序遍歷交替進(jìn)行，直到接收到新的指令，即A-B-C-D-C-B-A-B-C......。
[0012]步驟3:對作戰(zhàn)單元的運(yùn)動、探測過程進(jìn)行仿真和分析。設(shè)定一個仿真的時間步長，在指定航跡的情況下，可以根據(jù)速度、航跡得出各作戰(zhàn)單元在每個時間步的位置、姿態(tài)。進(jìn)一步計算出對抗雙方各作戰(zhàn)單元的距離和相對方位角、俯仰角，根據(jù)雷達(dá)性能和各平臺對應(yīng)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(radar cross sect1n，RCS)計算互相探測情況。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014](I)涵蓋了作戰(zhàn)環(huán)境、平臺、武器、探測器、作戰(zhàn)單元等主要的仿真元素；
[0015](2)根據(jù)各仿真元素關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，設(shè)計了關(guān)系數(shù)據(jù)庫，能夠體現(xiàn)各元素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;
[0016](3)仿真任務(wù)設(shè)置快捷方便，可設(shè)置不同模式的預(yù)定航跡；
[0017](4)作戰(zhàn)單元的航跡和仿真探測概率的可視化顯示更為直觀。
【附圖說明】
[0018]圖1是目標(biāo)分類示意圖；
[0019]圖2是探測器分類示意圖；
[0020]圖3是任務(wù)場景結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是靜態(tài)關(guān)聯(lián)和動態(tài)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖5是仿真過程流程圖；
[0023]圖6是實(shí)施例中作戰(zhàn)仿真區(qū)域示意圖；
[0024]圖7是航跡點(diǎn)示意圖；
[0025]圖8是兩個作戰(zhàn)單元的航跡；
[0026]圖9是兩個作戰(zhàn)單元在各時間步的位置；
[0027]圖10是兩個作戰(zhàn)單元距離隨時間步的變化；
[0028]圖11是兩個作戰(zhàn)單元航向角隨時間步的變化；
[0029]圖12是探測方位角隨時間步的變化；
[0030]圖13是探測俯仰角隨時間步的變化；
[0031 ]圖14是兩架飛機(jī)各方位角的RCS ;
[0032]圖15是各時間步雷達(dá)探測到的RCS ；
[0033]圖16是探測概率隨時間步的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]本發(fā)明提供一種空中平臺雷達(dá)探測動態(tài)過程的仿真方法，如圖3所示，仿真任務(wù)包括任務(wù)場景和作戰(zhàn)單元。任務(wù)場景反映仿真的戰(zhàn)場環(huán)境，包含戰(zhàn)場的位置、范圍、地形等信息。作戰(zhàn)單元是仿真過程中的主體，由平臺、武器和探測器三部分組成，其位置和姿態(tài)可以隨時間變化、可以探測敵方目標(biāo)、可以發(fā)射武器、也可被敵方探測。平臺可以搭載武器和探測器，武器可以搭載探測器。在設(shè)定仿真任務(wù)時，可預(yù)先給每個作戰(zhàn)單元設(shè)定指令，作戰(zhàn)單元在仿真運(yùn)行過程中按照預(yù)先設(shè)定的指令運(yùn)動和執(zhí)行相應(yīng)操作。
[0036]如圖1所示，所述的平臺包括飛機(jī)、艦船和陸基平臺，所述的武器包括主動制導(dǎo)武器、半主動制導(dǎo)武器、被動制導(dǎo)武器和非制導(dǎo)武器。所述的探測器如圖2所示，包括雷達(dá)、紅外探測器、可見光探測器、聲探測器和磁異探測器。
[0037]假設(shè)要對Su-27戰(zhàn)斗機(jī)和F-15戰(zhàn)斗機(jī)的雷達(dá)探測對抗過程進(jìn)行仿真，仿真區(qū)域范圍為東經(jīng)50?70度，東經(jīng)150?180度，仿真區(qū)域范圍如圖6所示。Su_27裝載的探測器是PKSU-35雷達(dá)，對Im2目標(biāo)探測距離為90km，可裝載的武器包括AA-8、AA-9、AA-10、AA_11空空導(dǎo)彈；F-15裝載的探測器是AN/APG-63雷達(dá)，對Im2目標(biāo)探測距離為100km，可裝載的武器包括A頂-7、A頂-9、A頂-120空空導(dǎo)彈。本例假設(shè)雷達(dá)能夠探測到所有方位。下面應(yīng)用本發(fā)明提供的空中平臺雷達(dá)探測動態(tài)過程的仿真方法進(jìn)行仿真操作，具體步驟如下:
[0038]步驟1:仿真元素關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計。此步驟主要是設(shè)計仿真元素之間的關(guān)系，并據(jù)此設(shè)計數(shù)據(jù)庫，為仿真做準(zhǔn)備，主要包括以下內(nèi)容:
[0039](1.1)搭建仿真架構(gòu)。所述仿真架構(gòu)由服務(wù)器和客戶端組成。服務(wù)器主要用于數(shù)據(jù)庫管理和仿真過程控制，數(shù)據(jù)庫管理涉及對目標(biāo)、探測器、任務(wù)場景的管理，仿真過程控制包括控制仿真過程的開始、結(jié)束、暫停以及每個時間步各作戰(zhàn)單元狀態(tài)的迭代計算。客戶端主要用于實(shí)時顯示仿真結(jié)果，供分析研究。同一個任務(wù)場景可實(shí)現(xiàn)多個客戶端操作和顯不O
[0040](1.2)目標(biāo)分類。將平臺和武器歸為一類，都稱作目標(biāo)，通過目標(biāo)的類型屬性來判斷該目標(biāo)是平臺還是武器。目標(biāo)的共同點(diǎn)是都具有雷達(dá)、紅外等特征信號，可以被對方的探測器探測到。本例中，目標(biāo)包括 Su-27、F-15、AA-9、AA-10、AA-11、A頂-7、AIM-9、A頂-120，其中Su-27和F-15都是平臺，其余的AA-9、AA-10、AA-11、A頂-7、A頂-9、A頂-120是武器，這些目標(biāo)都可被對方的雷達(dá)探測到。
[0041](1.3)搭載、探測的靜態(tài)關(guān)系和動態(tài)關(guān)系設(shè)計。任務(wù)場景、平臺、武器、探測器、作戰(zhàn)單元、預(yù)設(shè)指令之間有各種關(guān)聯(lián)關(guān)系，這些關(guān)聯(lián)關(guān)系可分為兩類:靜態(tài)關(guān)聯(lián)與動態(tài)關(guān)聯(lián)。靜態(tài)關(guān)聯(lián)是指仿真元素之間的關(guān)系不隨任務(wù)場景而變化，在任何場景中對象之間的關(guān)系是固定的；而動態(tài)關(guān)聯(lián)是指對象之間的關(guān)系在不同任務(wù)場景中可以不同，即不同任務(wù)場景可以設(shè)定不同的關(guān)系。根據(jù)實(shí)際仿真需要，靜態(tài)關(guān)聯(lián)反映以下關(guān)系:1、目標(biāo)和探測器之間的搭載關(guān)系；2、平臺和武器之間的可搭載關(guān)系。動態(tài)關(guān)聯(lián)反映以下關(guān)系:1、任務(wù)場景中的作戰(zhàn)單元；2、作戰(zhàn)單元所采用的平臺；3、作戰(zhàn)單元所用平臺搭載的武器；4、作戰(zhàn)單元的預(yù)設(shè)指令。
[0042]本例中，靜態(tài)關(guān)聯(lián)包括Su-27和PKSU-35的搭載關(guān)系和Su_27與AA-9、AA-10,AA-1l的可搭載關(guān)系，F(xiàn)-15和AN/APG-63的搭載關(guān)系和F-15與A頂-7、A頂-9、A頂-120的可搭載關(guān)系。動態(tài)關(guān)系與任務(wù)有關(guān)，在任務(wù)設(shè)定時加以確定。
[0043](1.4)仿真任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。仿真任務(wù)數(shù)據(jù)庫包括9個數(shù)據(jù)表，分為四類:第一類包含與任務(wù)無關(guān)的仿真元素參數(shù)信息，包括target (目標(biāo))、detector (探測器)、site(航跡點(diǎn));第二類包含與任務(wù)相關(guān)的仿真元素參數(shù)信息，包括scenar1 (任務(wù)場景)、unit (作戰(zhàn)單元)、path(航跡)；第三類表示與任務(wù)無關(guān)的關(guān)系信息，包括platform_weapon(平臺-武器)、target_detector(目標(biāo)-探測器);第四類表示與任務(wù)相關(guān)的關(guān)系信息，包括arm(裝載武器)。其中，第三類的數(shù)據(jù)表就是兩個靜態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，第四類的數(shù)據(jù)表就是一個動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系O
[0044]數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系如圖4所示，圖4同時也給出了各數(shù)據(jù)表反映的靜態(tài)關(guān)聯(lián)和動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系。各數(shù)據(jù)表的涵義如下所不:
[0045]target (目標(biāo)):包括平臺和武器，由target的類型參數(shù)來確定具體是平臺還