基于STK的預警飛機場景仿真研究

陸 奎，朱志國，涂小波

（安徽理工大學，淮南232001）

0 引 言

STK是由美國AGI公司開發的專門用于航天領域的專業軟件，其在航空航天方面有很強的適用性。利用STK的任務前仿真預演，使飛行員增強對關鍵任務時間和任務序列以及地面態勢的理解，可以將飛機的實時位置數據傳遞給STK，使指揮中心獲得飛行編隊逼真的三維場景，從而根據任務需求來完成海、陸、空等多樣化的戰役演習和戰術訓練。而預警機發展到現在，其在軍事領域的作用已經從單純的遠程預警探測擴展到空中指揮引導、信息傳遞等多個方面。本文通過一個模擬預警機飛行實例來介紹STK在具體的航空領域的應用。

1 預警機基本場景仿真及參數設置

在軍事科技水平如此發達的年代里，雷達作為一種視域廣闊、跟蹤定位能力極強的現代監視技術在軍事戰爭中倍受青睞。雷達優勢在于能夠遠距離探測、跟蹤空中的飛行器，可是由于電磁波只能沿直線傳播，這就使安裝在地面上的雷達因受地球曲率和地形高低起伏的影響，而經常形成一些雷達探測不到的盲區［1］，因此為了克服和彌補雷達的這一缺陷，根據“站得高，看得遠”的原理，人們產生了把雷達搬上飛機的想法。最先實踐這一想法的是美國人，1945年美國海軍在經過無數次的試驗之后，終于成功地將一部雷達安裝到了一架魚雷轟炸機上。于是，一種完全新型的飛行器——空中預警飛機橫空出世［2］。

1.1 建立基本場景

（1）創建空白場景對象“Scenario1”。

（2）在對象瀏覽器中雙擊場景名稱，打開場景的屬性窗口。如表1所列，設置Basic類Time Period屬性頁的參數。如表2所列，設置Basic類屬性參數。

表1 場景Basic類Time Period屬性設置

表2 場景Basic類屬性設置

（3）利用對象創建向導，向場景中添加“Facility”（地面站）對象“Airport”，并將該對象設置為三維視圖窗口的視場中心，以方便后續的參數設置。

（4）在對象瀏覽器中雙擊添加的地面站對象，打開其屬性窗口，如表2所列。

（5）如表3所列，設置2DGraphics類 Attitudes和3DGraphics類Model屬性頁的參數。上述基本場景建立完成后，開始添加飛機對象以及對飛機對象進行參數設置。

表3 場景Attributes和Model屬性設置

1.2 添加飛機對象

下面開始向示例場景中添加飛機對象。具體步驟如下：

（1）利用對象創建向導，向場景中添加“Aircraft”（飛機）對象“Craft”，并將該對象設置為三維視圖窗口的視場中心，以方便后續的參數設置。

（2）在對象瀏覽器中雙擊飛機對象“Craft”，打開其屬性設置頁面。如表4所列，設置Basic類Route屬性頁的參數。

2）廢棄污染水井的封堵重點是封閉隔斷套管與巖層間的導水通道，應通過找準幾個層位穩定的隔水巖層，在該位置割開套管，進行注漿以使套管和隔水巖層膠結成一個整體，達到封堵目的。一般封閉層段應選擇在本溪組底部鋁土泥巖段、峰峰組底部泥灰巖段或馬家溝組泥灰巖段，應根據收集的水井柱狀圖結合實際情況確定合適的封閉位置和長度，一個封閉層段的長度不應小于5 m。

表4 飛機對象的Basic類Route屬性設置

（3）在航跡列表框中，加入如表5所列航跡點。STK會根據用戶輸入的數據，自動計算“Accel”和“Time”參數的值。所有參數輸入完畢后，飛機的航跡點就確定下來了。

表5 為飛機對象添加的航跡點

（4）在2DGraphics類的Attributes屬性頁中，選中 “Show Label”復選框。

（5）在3DGraphics類的 Model屬性頁中，通過Model選項組Model Files單選按鈕右側的瀏覽器按鈕，選擇模型文件707awacs.mdl，然后將Scale設置為0.000。Scale為0，表示在STK中，物體將以真實的比例大小來進行展示。添加完飛機對象后的示例場景三維視圖窗口如圖1所示。

圖1 飛機對象的三維視圖

2 基于STK的傳感器在預警機上的實現

為了表現飛機偵察過程所發出的電磁波，這里將為飛機添加5種不同類型的傳感器對象，來分別代表飛機上經常使用的5種雷達類型，具體步驟如下：

（1）通過對象創建向導，向飛機添加6個傳感器對象，分別取名為“RS－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”。

（2）如表6～表7所列，分別設置傳感器對象RS－1的Basic類Definition屬性、Basic類Pointing屬性和Constraints類Basic屬性參數。

表6 傳感器對象RS－1的Basic屬性設置

（3）如表7～表8所列，設置傳感器對象RS－2的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和Constraints類Basic屬性參數。

表7 傳感器對象RS－1和RS－2的Constraints類Basic屬性設置

（4）如表9～表11所列，分別設置傳感器對象RS－3的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數。

（5）如表11～表14所列，分別設置傳感器對象RS－4的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數。

表8 傳感器對象RS－2的Basic屬性設置

表9 傳感器對象RS－3的Basic類Definition和Location屬性設置

表10 傳感器對象RS－3的Basic類Pointing屬性設置

表11 RS－3的3DGraphics類Projection和RS－4的Basic類Definition的屬性設置

（6）如表14所列，設置傳感器對象RS－5的Basic類Definition屬性。其中，模版文件“RS－5.pattern”是通過單擊“Pattern Tool”按鈕，打開“模版工具”對話框建立并設置各項參數，其基本格式如圖2所示。

（7）如表15～表16所列，分別設置傳感器對象RS－5的Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數。

表12 傳感器對象RS－4的Basic類Location屬性設置

表13 傳感器對象RS－4的Basic類Pointing屬性設置

表14 RS－4的3DGraphics類Projection和RS－5的Basic類Definition屬性設置

圖2 RS－5.sp文件基本格式

表15 傳感器對象RS－5的Basic類Location屬性設置

表16 傳感器對象RS－5的Basic屬性設置

（8）傳感器RS－6設置默認參數即可。

至此，飛機的6個傳感器對象就都已添加完畢了。這樣，一架預警飛機從起飛、偵察到返航的全過程也就建立完成了。

3 仿真演示

現在運行STK場景，即可近距離觀測其三維視圖窗口，進行航空應用分析［3－5］，如圖3所示。

圖3 場景近距離觀測圖

由圖3可以發現，現代軍事上預警飛機進行搜索、監視和跟蹤都可以用STK仿真出來，并且根據任務要求改變預警飛機對象的傳感器對象的參數。可以清晰地看出，傳感器“RS－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”分別在預警飛機飛行過程中的用途。傳感器RS－1呈圓柱體的形狀，以預警飛機為中心向四周探測敵情；傳感器RS－2是一個類似拱形，跟蹤、防御預警飛機下方空中區域，以防遭到偷襲；傳感器RS－3可以連續向周圍三維空間輻射、掃描；傳感器RS－4則是雙向向周圍監視敵方情況；傳感器RS－5安裝在預警飛機前面，進行全方位的搜索、監視；而傳感器RS－6卻是跟蹤預警飛機下方的陸地區域。通過不同傳感器的參數設置，可以根據實際需要模擬預警飛機在軍事上的不同功能，以方便實際應用。

4 結束語

本文進行了基于STK的預警飛機方案設計和仿真分析，分析了如何設置地面站參數以及如何與預警飛機結合完成既定任務需求、如何設計滿足任務要求的進行軍事搜索、監視以及跟蹤對方并給予對手最沉重打擊等三部分內容。利用STK的傳感器分析和對設計方案進行仿真、驗證和演示［6］，可以方便、快捷地分析所設計的預警飛機是否滿足任務要求，并提供了可靠的仿真數據和形象、直觀的結果演示。為預警飛機的功能設計需求提供了一種比較便捷的方法，能夠較好地滿足預警機在軍事規劃階段的要求，有利于預警機的進一步發展。同時傳感器的視場可以加入到地基和空基的STK對象中，這樣在可視條件計算中有了更高的真實度［7］。

［1］郝亮，馮永新.基于STK的軌道機動視景仿真技術研究［J］.沈陽理工大學學報，2009，2（1）：57－61.

［2］秦金彪.基于STK的衛星姿態控制仿真技術研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

［3］秦大國，陳星.STK及其在衛星組網仿真演示中的應用研究［J］.沈陽理工大學學報，2009，2（1）：57－61.

［4］高彬.小衛星技術的發展現狀及其軍事應用前景［M］.天津通信技術，2003（2）：4－7.

［5］鄒晨.STK平臺下的導彈武器對抗實時仿真［D］.成都：電子科技大學，2013.

［6］楊穎，王琦.STK在計算機仿真中的應用［M］.北京：國防工業出版社，2005.

［7］丁溯泉，張波，劉世勇，STK在航天任務仿真分析中的應用［M］.北京：國防工業出版社，2011.