艦艇末端防空反導仿真中的蒙特卡洛方法應用*

(海軍軍訓器材研究所 北京 102308)

艦艇末端防空反導仿真中的蒙特卡洛方法應用*

祝笑舟古華棟吳桂生

(海軍軍訓器材研究所 北京 102308)

針對艦艇末端防空反導仿真分析中的存在的不確定因素問題,論文設計了一個基于蒙特卡洛法的防空反導仿真方法,并通過一個仿真案例,驗證了該仿真設計的可應用性和靈活性。

反導仿真;蒙特卡洛法;艦艇防空

ClassNumberTP391

1 引言

未來海戰中,水面艦艇所面臨的主要威脅來自空中,艦艇末端防空武器作為水面艦艇的最后的防空手段,是水面艦艇的防空作戰的重要環節[1～2]。目前,在對艦艇末端防空反導的射擊效能仿真分析中,評估方法主要有解析法和蒙特卡洛法[3～7]。解析法只能用來解決簡單情況下的目標命中概率計算問題,并需要做很多的假設和簡化。而針對實際過程中比較復雜的情況,尤其是評估指標為對目標的毀傷概率的情況下,蒙特卡洛法是較為有效的計算方法。

2 蒙特卡洛方法

2.1 蒙特卡洛方法的判決條件

蒙特卡洛方法是一個循環求解的過程,因此需要一個跳出循環計算的條件,本文討論的是利用模擬計算次數n作為判決因素,計算方法見式(1)。

(1)

表1 置信概率與置信系數的關系

當置信概率α給定時,模擬精度ε越小,表示所計算的概率值的精確度越高;當ε給定時,α越大,表示所計算的概率值可靠程度也越高。

2.2 采用蒙特卡洛方法的仿真步驟

在應用于確定事件概率的仿真計算中,其主要步驟如下:

1)根據需要解算問題的實際需要,假定模擬精度ε和置信概率α;

3)若n1>n0,則補充模擬(n1-n0)次,按此循環,直到ni

3 仿真流程設計

仿真步驟如下:

1)仿真開始,設置模擬次數n0=100,進行模擬;

2)模擬開始,進行射擊提前點計算;

3)對提前點的射擊誤差進行計算;

4)對提前點的強相關誤差、弱相關誤差、不相關誤差進行抽樣;

5)計算彈著點坐標,并判斷是否命中,“是”則彈丸數j+1并轉入6),“否”則轉入則進入判斷條件j

圖1 系統仿真流程圖

6)判斷是否毀傷,“是”則判斷模擬次數是否達到模擬次數上限S,沒有達到則模擬次數W+1進入下一次模擬;到達則進行毀傷概率計算,并代入式(1)進行模擬次數計算;“否”則提前點計數i+1,轉入步驟3)。

4 仿真案例

1)仿真參數設定

目標以2.5Ma速度做掠海(舷高)勻速直線運動,目標等效命中面積AT=0.5m2;火炮射速10000發/分,彈丸初速990m/s,射擊遠界1500m,射擊近界500m;不相關誤差均方差高度分量σbh=2.8mil,方向分量σbz=2.8mil;弱相關誤差均方差高度分量σrh=1.9mil,方向分量σrz=1.9mil;弱相關誤差數學期望高度分量mh=1.2mil,方向分量mz=1.2mil;強相關誤差均方差高度分量σgh=0.5mil,方向分量σgz=0.5mil。

2)評估指標和評估方法

評估指標為對目標的毀傷概率,假定目標命中彈丸數n=2即毀傷;評估方法為蒙特卡洛法。

3)仿真結果

表2 射擊效能仿真結果(n=2)

表2中,Rs為目標偏離預測提前點的距離,單位m;P為對目標的全航路毀傷概率。更改目標命中彈丸數n=3,得到仿真結果如表3所示。

表3 射擊效能仿真結果(n=3)

5 結語

在對艦艇末端防空反導的仿真案例中,應用了蒙特卡洛方法,說明了該方法的可應用性。在評估射擊效能時,采用的是毀傷概率,其用于判決毀傷的命中彈丸數也可按目標的實際情況進行調整,也說明了該方法在不確定的情況下應用的靈活性。

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ApplicationofMonteCarloMethodinTerminalAnti-missileSimulationofWarship

ZHU Xiaozhou GU Huadong WU Guisheng

(Naval Training Equipment Institute, Beijing 102308)

Aiming at the uncertainties of terminal anti-missile simulation of warship, an anti-missile simulation method based on Monte Carlo is designed on this article. Through a simulation case, the applicability and flexibility of this simulation design are verified.

anti-missile simulation, monte carlo method, warship air-defense

2013年11月8日,

:2013年12月19日

祝笑舟,男,碩士,高級工程師,研究方向:系統仿真。古華棟,男,碩士,工程師,研究方向:火力控制系統。吳桂生,男,碩士,高級工程師,研究方向:系統仿真,雷達信號處理。

TP391DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.021