一種電磁軌道炮綜合仿真平臺及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電磁軌道炮綜合仿真平臺及實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用仿真方法對電磁軌道炮進行研究，能從深層揭示各種因素對系統(tǒng)性能的影響，加快電磁軌道炮系統(tǒng)的研究，縮短研發(fā)周期，顯著提高系統(tǒng)總體性能。
[0003]電磁軌道炮仿真涉及建模與仿真、模型驗證、仿真數(shù)據(jù)分析、仿真優(yōu)化、仿真試驗設計、射擊精度評估等技術(shù)。
[0004]建模是對真實世界對象進行抽象、映射和描述，以構(gòu)造仿真模型的活動。仿真是通過運行模型，對模型中的實體、狀態(tài)、活動進行研究的活動。對于電磁軌道炮仿真，需要首先建立電磁軌道炮內(nèi)彈道和外彈道的仿真模型，進而基于模型開展相關(guān)研究。仿真模型驗證技術(shù)能夠通過比較仿真模型與真實系統(tǒng)的輸出行為是否一致，進而檢驗仿真模型在應用域內(nèi)達到需要的精度。電磁軌道炮仿真模型是否能夠達到足夠的精度決定了利用其進行仿真試驗結(jié)果的可信性。電磁軌道炮仿真系統(tǒng)中存在大量的不確定性因素，仿真試驗設計與分析技術(shù)能夠研究不確定性因素對電磁軌道炮性能的影響，為系統(tǒng)性能優(yōu)化與評估提供依據(jù)。仿真優(yōu)化技術(shù)能夠在滿足系統(tǒng)物理約束的前提下，對影響系統(tǒng)性能的顯著因素進行優(yōu)化，從而獲取最佳的性能。電磁軌道炮射擊精度是電磁軌道炮性能分析中的核心指標，射擊性能評估需要完成對射擊精度參數(shù)的估計與命中概率的計算。
[0005]綜合仿真平臺能對模型、算法、數(shù)據(jù)等仿真資源進行有效整合，支持仿真解算及多種應用問題的求解。但是現(xiàn)有技術(shù)還不能對電磁軌道炮進行全彈道仿真、模型驗證、仿真優(yōu)化、仿真試驗設計、射擊精度分析與評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)不能對電磁軌道炮進行全彈道仿真、模型驗證、仿真優(yōu)化、仿真試驗設計、射擊精度分析與評估的問題，而提出的一種電磁軌道炮綜合仿真平臺及方法。
[0007]上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種電磁軌道炮綜合仿真平臺包括電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)、模型驗證子系統(tǒng)、仿真優(yōu)化子系統(tǒng)、試驗設計子系統(tǒng)、射擊精度分析與評估子系統(tǒng)；
[0009]電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)用于解算電磁軌道炮發(fā)射過程中彈丸在內(nèi)彈道加速模型及外彈道飛行模型；
[0010]模型驗證子系統(tǒng)用于讀取參考數(shù)據(jù)庫中的參考數(shù)據(jù)及仿真數(shù)據(jù)庫中的仿真數(shù)據(jù)，利用模型驗證方法計算仿真數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的一致性程度，作為檢驗電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)的狀態(tài)及輸出能否達到仿真要求精度的依據(jù)；
[0011]仿真優(yōu)化子系統(tǒng)用于在滿足放電電流約束下，以最大炮口速度為優(yōu)化目標，對脈沖功率電源放電時序進行優(yōu)化，使放電電流曲線保持平穩(wěn)；
[0012]試驗設計子系統(tǒng)用于針對電磁軌道炮射擊精度仿真與分析任務，選擇影響射擊精度的不確定性因素，在此基礎(chǔ)上，選擇合適的試驗設計方法，生成試驗方案；
[0013]射擊精度分析與評估子系統(tǒng)用于利用多種數(shù)據(jù)分析方法對電磁軌道炮射擊精度進行分析，進而評估射擊精度參數(shù)，并根據(jù)目標特性計算命中概率。
[0014]一種電磁軌道炮綜合仿真方法具體過程為:
[0015]電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)的目標模塊、彈丸模塊、軌道模塊、電樞模塊、脈沖功率電源模塊、仿真過程管理模塊、參數(shù)配置模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊通過接口相互連接，仿真過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)記錄模塊記錄并存儲到仿真數(shù)據(jù)庫中；
[0016]電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)讀入仿真優(yōu)化子系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)，利用仿真計算優(yōu)化目標函數(shù)，將結(jié)果返回仿真優(yōu)化子系統(tǒng)；電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)還讀入試驗設計子系統(tǒng)生成的試驗設計方案，根據(jù)試驗方案，運行仿真，將數(shù)據(jù)存儲至仿真數(shù)據(jù)庫；
[0017]模型驗證子系統(tǒng)讀取電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)存儲至仿真數(shù)據(jù)庫的仿真數(shù)據(jù)，同時讀取真實電磁軌道炮試驗獲得的參考數(shù)據(jù)，驗證電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)是否有效；
[0018]射擊精度分析與評估子系統(tǒng)讀取仿真數(shù)據(jù)庫中的彈丸彈著點數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)對電磁軌道炮影響射擊精度的因素進行分析，估計射擊精度參數(shù)及計算命中概率。
[0019]發(fā)明效果
[0020]采用本發(fā)明的一種電磁軌道炮綜合仿真平臺及方法，該綜合仿真平臺可以對電磁軌道炮進行全彈道仿真、模型驗證、仿真優(yōu)化、仿真試驗設計、射擊精度分析與評估等。
[0021]I)電磁軌道炮綜合仿真平臺以電磁軌道炮仿真為核心，針對電磁軌道炮應用過程中的全彈道仿真、驗證、優(yōu)化、分析、評估等問題，開發(fā)了相應的子系統(tǒng)，支撐電磁軌道炮仿真、優(yōu)化、驗證、分析、評估工作。
[0022]2)電磁軌道炮綜合仿真平臺的電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)具有內(nèi)外彈道仿真功能，包括軌道、脈沖功率電源、彈丸、電樞、目標等仿真模塊。
[0023]3)電磁軌道炮綜合仿真平臺的模型驗證子系統(tǒng)提供了 Theil不等式系數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、最大熵譜分析法、基于D-S證據(jù)理論的時頻域結(jié)合驗證方法等多種模型驗證方法，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，計算仿真數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的相似性程度，檢驗電磁軌道炮綜合仿真平臺的有效性。
[0024]4)電磁軌道炮綜合仿真平臺的仿真優(yōu)化子系統(tǒng)能夠解決放電電流滿足約束的前提下，以最大炮口速度為優(yōu)化目標，對脈沖功率電源放電時序進行優(yōu)化，使放電電流曲線保持平穩(wěn)。采用優(yōu)化后的脈沖功率電源放電時序進行仿真，電磁軌道炮彈丸炮口速度相對于未進行優(yōu)化的放電時序提高約20%，同時放電電流平穩(wěn)，能有效的減少彈丸在軌道內(nèi)的磨損。
[0025]5)電磁軌道炮綜合仿真平臺的試驗設計子系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的試驗想定，采用正交試驗設計、均勻試驗設計、蒙特卡洛試驗設計法，生成不同格式的試驗設計方案。通過對電磁軌道炮進行合理的試驗設計，能夠減少25%以上的仿真運行次數(shù)，進而有效提高仿真效率。
[0026]6)電磁軌道炮綜合仿真平臺的射擊精度分析與評估子系統(tǒng)利用方差分析、回歸分析等數(shù)據(jù)分析方法對影響電磁軌道炮射擊精度的不確定性因素進行分析，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化；進而評估射擊精度參數(shù)，根據(jù)目標特性計算命中概率。射擊精度分析與評估子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的奇異點剔除、正態(tài)性檢驗、相關(guān)性檢驗等預處理等，繪制散點圖等功能。
[0027]7)電磁軌道炮綜合仿真平臺實現(xiàn)過程中對其進行體系結(jié)構(gòu)設計，對不同的仿真資源進行管理及存儲。在電磁軌道炮綜合仿真平臺應用過程中，針對不同的問題，可以通過靈活配置，選擇相應的子系統(tǒng)，解決電磁軌道炮仿真應用問題。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)運行流程圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的模型驗證子系統(tǒng)運行流程圖；
[0031]圖4為本發(fā)明的仿真優(yōu)化子系統(tǒng)運行流程圖；
[0032]圖5為本發(fā)明的試驗設計子系統(tǒng)運行流程圖；
[0033]圖6為本發(fā)明的射擊精度分析模塊運行流程圖；
[0034]圖7為本發(fā)明的射擊精度評估模塊運行流程圖；
[0035]圖8為本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0036]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，一種電磁軌道炮綜合仿真平臺，其特征在于:所述的電磁軌道炮綜合仿真平臺包括電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)、模型驗證子系統(tǒng)、仿真優(yōu)化子系統(tǒng)、試驗設計子系統(tǒng)、射擊精度分析與評估子系統(tǒng)；
[0037]電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)用于解算電磁軌道炮發(fā)射過程中彈丸在內(nèi)彈道加速模型及外彈道飛行模型，將電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)各模塊的狀態(tài)信息保存在數(shù)據(jù)庫中；
[0038]模型驗證子系統(tǒng)用于讀取參考數(shù)據(jù)庫中的參考數(shù)據(jù)及仿真數(shù)據(jù)庫中的仿真數(shù)據(jù)，利用模型驗證方法計算仿真數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的一致性程度，作為檢驗電磁軌道炮仿真子系統(tǒng)的狀態(tài)及輸出能否達到仿真要求精度的依據(jù)，參考數(shù)據(jù)可以通過查找相關(guān)文獻中數(shù)據(jù)或者利用真實電磁軌道炮試驗記錄的數(shù)據(jù)；
[0039]仿真優(yōu)化子系統(tǒng)用于在滿足放電電流約束下，以最大炮口速度為優(yōu)化目標，對脈沖功率電源放電時序進行優(yōu)化，使放電電流曲線保持平穩(wěn)；
[0040]試驗設計子系統(tǒng)用于針對電磁軌道炮射擊精度仿真與分析任務，選擇影響射擊精度的不確定性因素，在此基礎(chǔ)上，選擇合適的試驗設計方法，生成試驗方案；
[0041]射擊精度分析與評估子系統(tǒng)用于利用多種數(shù)據(jù)分析方法對電磁軌道炮射擊精度進行分析，進而評估射擊精度參數(shù)，并根據(jù)目標特性計算命中概率。
[0042]【具體實施方式】二:結(jié)合