一种制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法

1.本发明属于弹道仿真技术领域，具体涉及一种制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法。


背景技术：

2.攻击区是衡量制导火箭弹有关性能的最被广泛关注的尺度，又称发射区和发射包线。攻击区边界与多种因素有关，对于研制完成的制导火箭弹应绘制其攻击区供作战使用。
3.对于制导火箭弹，现如今攻击区的计算仍以靶场试验为主，这种计算方法需要多次发射在典型弹道下飞行的火箭弹并根据其飞行情况划定攻击区的范围，由此带来了高昂的计算成本。同时由于发射条件间断变化，得到的攻击区存在一定的误差。本发明旨在采用攻击区的仿真计算代替靶场试验作为评估制导火箭弹作战效能的重要指标。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法，包括以下步骤：
7.确定发射攻击区仿真参数；
8.建立仿真坐标系，包括地面坐标系axyz、弹体坐标系ox1y1z1、速度坐标系ox3y3z3和目标坐标系
9.利用确定的发射攻击区仿真参数，基于所建坐标系建立火箭弹发射飞行仿真模型；
10.基于所述仿真模型，利用黄金分割法边界搜索仿真计算攻击区远边界和攻击区近边界；
11.根据攻击区远边界和攻击区近边界的集合得到攻击区，将攻击区输出至地面制导站。
12.优选地，所述发射攻击区仿真参数包括火箭炮车行进速度、目标坐标、火箭弹发射坐标、发射离轴角、发射仰角、发射仰角跳动量和发射仰角速度跳动量。
13.优选地，所述利用黄金分割法边界搜索仿真计算攻击区远边界，具体步骤为：
14.以选定目标为中心，遍历θ与仿真目标坐标系周围的各个方向；
15.θ为空间某点与原点t的连线与ty轴的夹角，0
°
＜θ＜180
°
；为空间某点与原点t的连线在xtz平面上的投影直线与tx轴的夹角，
16.在某个固定方向进行如下操作：
17.(1)确定攻击区远界初始距离范围[a0,b0]；攻击区远界的可能范围，可根据火箭弹模型通过仿真试算得到。
[0018]
(2)取黄金分割点rg＝a0 0.618(b
0-a0)，在黄金分割点处利用脱靶量tb是否小于某一确定值ε来判断制导火箭弹是否命中目标，即有：
[0019][0020]
(3)若命中标志flag＝1则令ai＝rg、bi＝b
i-1
，其中i代表迭代次数，否则ai＝a
i-1
、bi＝rg；
[0021]
(4)重新循环计算，直到(b
i-ai)＜k为止，其中k代表使攻击区边界仿真满足精度条件的某个常数；此时输出以选定目标为中心的攻击区远边界点为t1，其中r＝ai k(b
i-ai)，k为常数且0≤k≤1。
[0022]
优选地，所述利用黄金分割法边界搜索仿真计算攻击区近边界，具体步骤为：
[0023]
以选定目标为中心，遍历弹道倾角θ与仿真目标坐标系周围的各个方向；
[0024]
在某个固定方向进行如下操作：
[0025]
(1)确定攻击区近界最大初始距离范围[a0,b0]；
[0026]
(2)取黄金分割点rg＝a0 0.618(b
0-a0)，在黄金分割点处利用脱靶量tb是否小于某一确定值ε来判断制导火箭弹是否命中目标，即有：
[0027][0028]
(3)若命中标志flag＝1则令ai＝a
i-1
、bi＝rg，其中i代表迭代次数，否则ai＝rg、bi＝b
i-1
；
[0029]
(4)重新循环计算，直到(b
i-ai)＜k为止，其中k代表使攻击区边界仿真满足精度条件的某个常数；此时输出以选定目标为中心的攻击区近边界点为t2，其中r＝ai k(b
i-ai)，k为常数且0≤k≤1。
[0030]
优选地，所述攻击区远近边界表示为：
[0031][0032]
其中，σ1表示攻击区远边界，σ2表示攻击区近边界，t1、t2分别为攻击区远近边界上的点，所有可能的t1、t2的集合构成了攻击区远边界σ1、近边界σ2。
[0033]
本发明提供的制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法具有以下有益效果：
[0034]
本发明解决了行进间发射制导火箭弹攻击区仿真计算的问题，相比于通过靶场试验计算攻击区以评估制导火箭弹作战效能，本仿真方法不需要进行大范围靶场试验，大大降低计算成本。同时，计算精度可根据ε值人为调整，进而得到相对准确的攻击区。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明实施例1的制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法的流程图。
具体实施方式
[0037]
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0038]
实施例1
[0039]
本发明在充分考虑火箭炮车行进速度、目标坐标、火箭弹发射坐标、发射离轴角和发射仰角的情况下，通过建立制导火箭弹攻击区计算模型给出了制导火箭弹攻击区远近边界仿真计算方法。
[0040]
坐标系
[0041]
地面坐标系axyz：地面坐标系与地球固联，原点a取在地面站处；ax轴在水平面内指向目标在地面上的投影点为正；ay轴与地面垂直向上为正；az轴垂直于xay平面，方向按右手定则确定。
[0042]
弹体坐标系ox1y1z1：弹体坐标系与弹体固联，原点o取在导弹质心上；ox1轴与弹体纵轴重合，指向头部为正；oy1轴在弹体纵向对称平面内，垂直于ox1轴，向上为正；oz1轴垂直于x1oy1平面，方向按右手定则确定。
[0043]
速度坐标系ox3y3z3：速度坐标系与弹目速度矢量固联，原点o取在导弹质心上；ox3轴与导弹速度矢量重合；oy3轴位于弹体纵向对称面内与ox3轴垂直，向上为正；oz3轴垂直于x3oy3平面，方向按右手定则确定。
[0044]
目标坐标系目标坐标系与目标坐标点固连，原点t取在目标质心，tx轴位于水平面内某一确定方向，ty垂直于水平面向上为正，tz轴按照右手定则判断；r为目标质心与空间某点直线距离，r＞0；θ为空间某点与原点t的连线与ty轴的夹角，0
°
＜θ＜180
°
；为空间某点与原点t的连线在xtz平面上的投影直线与tx轴的夹角，从ty轴正向看tx轴逆时针转到投影线为正，
[0045]
数学模型/符号说明
[0046]
制导火箭弹运动模型：
[0047]
(1)制导火箭弹运动学方程
[0048][0049]
其中v、θ、ψv分别为制导炸弹的速度、弹道倾角和弹道偏角；x、y、z为制导火箭弹质心在地面坐标系中的坐标；v
cx
、v
cy
、v
cz
为火箭炮车行进速度vc在地面坐标系axyz上的投影。
[0050]
(2)制导火箭弹动力学方程
[0051][0052]
其中x、y、z分别为制导火箭弹受到的阻力、升力和侧向力；f为发动机推力；m为制导火箭弹质量；αb和βb分别为平衡攻角和平衡侧滑角；a
cx
、a
cy
、a
cz
为火箭炮车行进加速度ac在速度坐标系ox3y3z3上的投影。
[0053]
(3)导引方程
[0054][0055]
其中，k为比例导引系数；g为重力加速度；q
ε
为目标视线高低角；q
β
为目标视线方位角；n
yc
和n
zc
分别为导弹在垂直方向和横向的控制过载。
[0056]
(4)控制方程
[0057][0058]
式中，k
py
、k
pz
为控制系数；ny、nz分别为制导火箭弹在垂直方向和横向的过载；δ
yb
为方向舵的平衡舵偏角；δ
zb
为升降舵的平衡舵偏角。
[0059]
(5)瞬时平衡关系
[0060][0061]
式中分别为俯仰力矩系数关于舵偏角δz和攻角α的偏导数；分别为俯仰力矩系数关于舵偏角δy和侧滑角β的偏导数。
[0062]
(6)目标运动方程
[0063][0064]
其中，v
t
、θ
t
、ψ
t
分别为目标运动速度、弹道倾角和弹道偏角；x
t
、y
t
、z
t
分别为目标质心在地面坐标系中的坐标。
[0065]
(7)相对运动方程
[0066][0067]
式中r为制导火箭弹与目标间的相对距离，q
ε
为目标视线高低角；q
β
为目标视线方位角。
[0068]
基于此，具体如图1所示，本发明提供的制导火箭弹行进间发射攻击区仿真计算方法，具体包括以下步骤：
[0069]
步骤1：确定发射攻击区仿真参数，建立仿真坐标系，包括地面坐标系axyz、弹体坐标系ox1y1z1、速度坐标系ox3y3z3和目标坐标系利用确定的发射攻击区仿真参数，基于所建坐标系建立火箭弹发射飞行仿真模型。
[0070]
按照数学模型/符号说明中的要求生成行进间发射制导火箭弹的仿真模型，同时确定的仿真参数有：
[0071]
火箭炮车行进速度、目标坐标、火箭弹发射坐标、发射离轴角、发射仰角、发射仰角跳动量、发射仰角速度跳动量
[0072]
其中火箭炮车行进速度、火箭弹发射坐标、发射离轴角、发射仰角属于初始发射参数，根据实际发射条件确定；目标坐标根据地面站测量目标位置信息得到；发射仰角跳动量、发射仰角速度跳动量赋予仿真模拟得到的跳动量典型值。
[0073]
步骤2：基于所述仿真模型黄金分割法边界搜索仿真计算攻击区远边界
[0074]
以选定目标为中心，遍历θ与仿真目标坐标系周围的各个方向。
[0075]
在某个固定方向进行如下操作：
[0076]
(1)确定最大初始距离范围[a0,b0]。
[0077]
(2)取黄金分割点rg＝a0 0.618(b
0-a0)，在黄金分割点处利用计算机仿真计算判断制导火箭弹是否命中目标。判断方法有多种，可以利用脱靶量tb是否小于某一确定值ε来判断，即有：
[0078][0079]
(3)若命中标志flag＝1则令ai＝rg、bi＝b
i-1
，其中i代表迭代次数，否则ai＝a
i-1
、bi＝rg。
[0080]
(4)重新循环计算，直到(b
i-ai)＜k为止，其中k代表使攻击区边界仿真满足精度条件的某个常数。此时输出以选定目标为中心的攻击区远边界点为其中r＝ai k(b
i-ai)，k为某常数且0≤k≤1。
[0081]
步骤3：基于所述仿真模型黄金分割法边界搜索仿真计算攻击区近边界
[0082]
攻击区近边界仿真与远边界仿真类似，区别仅在迭代中若导弹命中目标即flag＝1是令ai＝a
i-1
、bi＝rg，否则令ai＝rg、bi＝b
i-1
。
[0083]
步骤4：根据攻击区远边界和攻击区近边界的集合得到攻击区，将攻击区输出至地面制导站：攻击区远近边界表示为：
[0084][0085]
其中，σ1表示攻击区远边界，σ2表示攻击区近边界，t1、t2分别为攻击区远近边界上的点，所有可能的t1、t2的集合构成了攻击区远边界σ1、近边界σ2。
[0086]
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。