虛擬島岸靶區(qū)總體方案研究*

向楊蕊 慈 旋

(92493部隊(duì)98分隊(duì) 葫蘆島 125000)

虛擬島岸靶區(qū)總體方案研究*

向楊蕊 慈 旋

(92493部隊(duì)98分隊(duì) 葫蘆島 125000)

為了開展導(dǎo)彈對(duì)島岸目標(biāo)攻擊試驗(yàn),構(gòu)建了將指定的淺海海區(qū)模擬為一座島嶼的虛擬島岸靶區(qū)的建設(shè)方案,設(shè)計(jì)了由虛擬島岸靶區(qū)、仿真系統(tǒng)、實(shí)際武器系統(tǒng)合成的試驗(yàn)回路,研究了仿真系統(tǒng)和靶區(qū)單元構(gòu)成和功能,并明確了虛擬島岸靶區(qū)的應(yīng)用模式。

虛擬島岸; 靶區(qū); 試驗(yàn)回路

Class Number TP393

1 引言

隨著各國海洋領(lǐng)土意識(shí)的增強(qiáng),我國與周邊國家島嶼爭(zhēng)端將會(huì)越來越激烈,未來島嶼爭(zhēng)奪戰(zhàn)將要求戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈具有能夠打擊港內(nèi)/近岸的軍事目標(biāo)能力[1～3],由于缺乏符合試驗(yàn)條件的島岸靶區(qū),組織此類試驗(yàn)非常困難。

因此考慮采用模擬的方式,利用等效模擬技術(shù)和目標(biāo)特性控制技術(shù),以較低的成本近似地模擬島岸環(huán)境,通過布設(shè)脫靶量測(cè)量系統(tǒng)獲取導(dǎo)彈的落點(diǎn)信息。由于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的目標(biāo)指示方式和導(dǎo)引頭工作模式不同,對(duì)島岸目標(biāo)特性的模擬和設(shè)置方法也不同。在試驗(yàn)過程中,通過運(yùn)行內(nèi)場(chǎng)仿真模型,模擬被試武器和島岸并與外場(chǎng)實(shí)裝數(shù)據(jù)交互,在三維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)中顯示導(dǎo)彈對(duì)島岸目標(biāo)的攻擊態(tài)勢(shì)。

2 總體設(shè)計(jì)

虛擬島岸靶區(qū)是將指定的淺海海區(qū)模擬為一座島嶼,作為導(dǎo)彈對(duì)島攻擊或近岸攻擊的目標(biāo),同時(shí)布設(shè)測(cè)量系統(tǒng),獲取導(dǎo)彈的落點(diǎn)信息,進(jìn)而能夠考核武器系統(tǒng)命中精度和毀傷效果等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈對(duì)虛擬島岸目標(biāo)射擊試驗(yàn)是由虛擬島岸靶區(qū)、仿真系統(tǒng)、實(shí)際武器系統(tǒng)合成的試驗(yàn),實(shí)際武器系統(tǒng)對(duì)虛擬靶區(qū)對(duì)應(yīng)的位置射擊實(shí)彈,仿真系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈對(duì)島岸目標(biāo)射擊過程進(jìn)行仿真并在計(jì)算機(jī)內(nèi)虛擬產(chǎn)生島岸目標(biāo),靶區(qū)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量實(shí)彈落點(diǎn)位置,并將其映射到仿真系統(tǒng)對(duì)虛擬目標(biāo)的著靶位置,從而進(jìn)行試驗(yàn)態(tài)勢(shì)顯示以及結(jié)果評(píng)估。

3 仿真系統(tǒng)

在導(dǎo)彈對(duì)虛擬島岸目標(biāo)試驗(yàn)回路中,仿真系統(tǒng)

訂購實(shí)際武器系統(tǒng)發(fā)射裝訂參數(shù)等信息和靶區(qū)脫靶量測(cè)量系統(tǒng)獲取的落點(diǎn)信息,并對(duì)導(dǎo)彈對(duì)島岸目標(biāo)射擊過程進(jìn)行仿真并在計(jì)算機(jī)中虛擬產(chǎn)生島岸目標(biāo),從而顯示島岸目標(biāo)攻擊試驗(yàn)情況,并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

在仿真系統(tǒng)中試驗(yàn)人員在任務(wù)規(guī)劃節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)任務(wù)規(guī)劃[4]；調(diào)度管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)任務(wù)規(guī)劃文檔控制內(nèi)場(chǎng)仿真過程使之與外場(chǎng)試驗(yàn)過程協(xié)調(diào)一致；武器控制平臺(tái)網(wǎng)關(guān)[5]節(jié)點(diǎn)訂購真實(shí)武器系統(tǒng)的發(fā)射裝訂參數(shù)并發(fā)布給導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn)；導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn)按照發(fā)射參數(shù)進(jìn)行武器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型解算,得到導(dǎo)彈的彈道數(shù)據(jù)；二維顯示[6]節(jié)點(diǎn)顯示彈道數(shù)據(jù)圖表等,三維顯示[7]節(jié)點(diǎn)對(duì)虛擬島岸靶區(qū)所模擬的島嶼進(jìn)行三維建模,并與實(shí)際試驗(yàn)航路和靶區(qū)地理坐標(biāo)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)對(duì)被試武器系統(tǒng)進(jìn)行三維建模并訂購導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn)的彈道數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)訂購脫靶量測(cè)量系統(tǒng)的落點(diǎn)信息,顯示對(duì)島岸目標(biāo)攻擊或近岸攻擊試驗(yàn)過程；試驗(yàn)后將記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提交給試驗(yàn)結(jié)果分析節(jié)點(diǎn),對(duì)命中精度[8]或毀傷效果[9]進(jìn)行評(píng)估；試驗(yàn)結(jié)束后試驗(yàn)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)。

仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 靶區(qū)單元

虛擬島岸靶區(qū)單元是虛擬島岸靶區(qū)的主要組成部分,以載體為靶區(qū)單元的主體支撐結(jié)構(gòu),上面布設(shè)目標(biāo)模擬系統(tǒng)模擬島岸目標(biāo)的紅外輻射特性和雷達(dá)反射特性,通過靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng),控制靶區(qū)的狀態(tài),并且安裝脫靶量測(cè)量系統(tǒng)獲取導(dǎo)彈的落點(diǎn)信息送至試驗(yàn)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)。虛擬島岸靶區(qū)單元組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1) 載體

我國用于生物質(zhì)成型燃料的原料大部分是農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質(zhì)資源等。其中，秸稈是固體成型燃料原料的主要來源。我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，為達(dá)到生物質(zhì)成型燃料成為普遍使用的優(yōu)質(zhì)燃料的目標(biāo)，我國將加大力度開發(fā)，并高效、合理地利用生物質(zhì)能。

載體作為虛擬島岸靶區(qū)單元的主體支撐結(jié)構(gòu),能夠模擬島嶼外形,安裝攝錄設(shè)備、脫靶量測(cè)量設(shè)備、雷達(dá)輻射源、紅外輻射單元和供電系統(tǒng)等靶載設(shè)備,并且具備拖航、停泊的能力。為了降低建設(shè)成本,和布防撤收難度,載體采用充氣式結(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)為近橢圓形充氣桁架,該桁架平鋪在水面上,通過錨來定位。核心結(jié)構(gòu)是兩個(gè)6m×4m×3m的靶載設(shè)備船,由剛性浮筒和剛性載體組成,用來裝載充氣桁架和靶載設(shè)備。布靶時(shí)靶載設(shè)備船拖送到預(yù)定位置后,對(duì)充氣式結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開、使充氣式桁架連接靶載設(shè)備船、模擬建筑及角反射器等；充氣桁架上多點(diǎn)支撐偽裝網(wǎng),各點(diǎn)支撐高度的不同使載體具有高低起伏的島嶼外形。

2) 目標(biāo)特性模擬系統(tǒng)

目標(biāo)特性模擬系統(tǒng)分為兩部分,一部分是島岸紅外特性模擬,一部分是島岸目標(biāo)的雷達(dá)反射特性模擬；具體試驗(yàn)時(shí),根據(jù)被試裝裝備的目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)和導(dǎo)引頭工作方式設(shè)置不同的目標(biāo)模擬特性。

紅外目標(biāo)特性模擬用于檢驗(yàn)導(dǎo)彈或裝填信息化彈藥的艦炮的導(dǎo)引頭對(duì)島岸目標(biāo)的判定性能,主要模擬島嶼的紅外成像(輻射溫度分布)特性；能夠根據(jù)紅外輻射源配置方案,拼裝、組合和調(diào)整紅外輻射單元的位置、尺寸和溫度等；紅外輻射源配置方案通過分析島岸目標(biāo)的紅外特性(島嶼和海面的紅外輻射溫差)產(chǎn)生；在試驗(yàn)過程中能夠手動(dòng)/遙控完成輻射源的開關(guān)機(jī)及溫度、工作狀態(tài)等技術(shù)參數(shù)檢測(cè)、顯示、記錄和傳輸。紅外輻射單元中電加熱材料選擇碳納米管布,通電情況下可以模擬目標(biāo)熱紅外分布。

雷達(dá)目標(biāo)反射特性模擬用于檢驗(yàn)導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭在島岸背景下對(duì)軍艦?zāi)繕?biāo)的識(shí)別能力,主要模擬島嶼的雷達(dá)目標(biāo)反射特性；由于虛擬島岸靶區(qū)表面覆蓋的碳納米管布本身可以反射雷達(dá)波,且其雷達(dá)反射率與布的電導(dǎo)率相關(guān),可以通過調(diào)整布的電導(dǎo)率調(diào)整其雷達(dá)反射率。因此,構(gòu)成的島岸目標(biāo)的主體(載體和外形)已經(jīng)形成了自己特有的雷達(dá)散射特性。在模擬島嶼主體的雷達(dá)特性基礎(chǔ)上,通過雷達(dá)強(qiáng)反射體(金屬網(wǎng)、角反射器等)及雷達(dá)吸波材料(暗室用吸收體、偽裝網(wǎng)、偽裝裝飾布)來調(diào)整島嶼的雷達(dá)反射特性,使其能夠?qū)豆舻膶?dǎo)彈提供與真實(shí)島嶼相似的雷達(dá)環(huán)境背景的干擾。

3) 脫靶量測(cè)量系統(tǒng)

4) 靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)

靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)控制靶區(qū)的工作狀態(tài)。靶試狀態(tài)時(shí),所有對(duì)靶區(qū)的控制均通過岸上的遙測(cè)計(jì)算機(jī)完成。依照任務(wù)要求情況在遙控軟件上依次開始啟動(dòng)發(fā)電機(jī),在進(jìn)行島岸目標(biāo)紅外特性模擬時(shí)實(shí)施溫度控制。此時(shí)靶區(qū)上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)將通過無線電臺(tái)在岸上計(jì)算機(jī)上顯示。控制人員應(yīng)根據(jù)顯示情況發(fā)布是否準(zhǔn)備好的信息,發(fā)布是否進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)命令。靶區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)將中心控制機(jī)室放在吃水線以下位置,將盡量減少被彈擊中的概率,電氣控制設(shè)計(jì)自動(dòng)分離裝置。在被彈體擊中后可自動(dòng)切斷電源,并不影響其他部分的工作。在試驗(yàn)結(jié)束后可在遠(yuǎn)端遙控關(guān)閉發(fā)電機(jī)組,完成本次試驗(yàn)任務(wù)。

5 試驗(yàn)應(yīng)用模式

5.1 虛擬島岸靶區(qū)構(gòu)成模式

由于武器系統(tǒng)目標(biāo)指示的方式和導(dǎo)引頭工作模式不同,在構(gòu)建虛擬島岸靶區(qū)時(shí)對(duì)靶區(qū)單元進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉艋蚪M合以滿足不同試驗(yàn)的需求。虛擬島岸靶區(qū)構(gòu)成模式分為“模擬”、“虛擬”或者“模擬+虛擬”三種方式。

“模擬”的方式是指利用等效模擬技術(shù)和目標(biāo)特性控制技術(shù),以較低的成本逼真地模擬島岸環(huán)境,同時(shí)由于“模擬”的方式能夠提供測(cè)量設(shè)備的安裝平臺(tái),測(cè)量的手段也更為多樣。如圖3所示。對(duì)于安裝復(fù)合導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈[12],需要靶區(qū)為其提供島岸目標(biāo)特性,因此采用單個(gè)靶區(qū)單元模擬的方式。

“虛擬”的方式是指在海區(qū)內(nèi)不布設(shè)任何載體,也不對(duì)島岸目標(biāo)特性進(jìn)行模擬,通過在水下布設(shè)水聽器或者在空中采用無人機(jī)航拍等方式獲取脫靶量等落點(diǎn)信息。如圖4所示。對(duì)于按照地理坐標(biāo)位置進(jìn)行射擊的導(dǎo)彈,在對(duì)岸攻擊試驗(yàn)中,只需要在靶區(qū)內(nèi)設(shè)置瞄準(zhǔn)點(diǎn),不需要提供島岸的目標(biāo)特性,因此采用“虛擬”方式的虛擬島岸靶區(qū)。

“模擬+虛擬”是指只對(duì)靶區(qū)內(nèi)模擬島岸目標(biāo)的某部分目標(biāo)特性進(jìn)行模擬,其余的部分不布設(shè)載體,也不模擬目標(biāo)特性,并且由于島岸靶區(qū)的面積比較大,因此靶區(qū)內(nèi)可能布設(shè)多個(gè)靶區(qū)單元,如圖5所示。對(duì)于近岸攻擊的導(dǎo)彈需要靶區(qū)為軍艦?zāi)繕?biāo)提供島岸背景,因此采用一個(gè)或多個(gè)靶區(qū)單元模擬+虛擬的方式。

5.2 試驗(yàn)實(shí)施流程

基本試驗(yàn)流程如下：

1) 按照虛擬島岸靶區(qū)的布靶流程布設(shè)靶區(qū)載體、目標(biāo)模擬系統(tǒng)和脫靶量測(cè)量系統(tǒng)。

2) 試驗(yàn)艦到達(dá)試驗(yàn)點(diǎn),導(dǎo)彈武器系統(tǒng)完成試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作。

3) 通過靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)控制靶區(qū)的工作狀態(tài),使其目標(biāo)模擬系統(tǒng)的目標(biāo)特性與試驗(yàn)所需的目標(biāo)特性一致。

4) 仿真系統(tǒng)啟動(dòng),試驗(yàn)人員在任務(wù)規(guī)劃節(jié)點(diǎn)完成仿真任務(wù)規(guī)劃,將規(guī)劃文件發(fā)送至調(diào)度管理節(jié)點(diǎn)。

5) 調(diào)度管理節(jié)點(diǎn),根據(jù)任務(wù)規(guī)劃文件調(diào)度管理各仿真節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。

6) 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)入?yún)f(xié)同動(dòng)作程序,武控系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)布到武器控制平臺(tái)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

7) 試驗(yàn)人員按下武控系統(tǒng)的發(fā)射按鈕,導(dǎo)彈發(fā)射,同時(shí)發(fā)射命令通過武器控制平臺(tái)網(wǎng)關(guān)發(fā)送到導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn),導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn)按照發(fā)射參數(shù)進(jìn)行武器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型解算。

8) 三維建模并訂購導(dǎo)彈/艦炮動(dòng)力學(xué)仿真節(jié)點(diǎn)的彈道數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)訂購脫靶量測(cè)量系統(tǒng)的落點(diǎn)信息,顯示對(duì)島岸目標(biāo)攻擊或近岸攻擊試驗(yàn)過程。

9) 試驗(yàn)后將記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提交給試驗(yàn)結(jié)果分析節(jié)點(diǎn),對(duì)命中精度或毀傷效果進(jìn)行評(píng)估；最后試驗(yàn)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)。

6 結(jié)語

虛擬島岸靶區(qū)建設(shè)為開展導(dǎo)彈對(duì)島岸目標(biāo)或近岸目標(biāo)射擊試驗(yàn)提供了解決方案和技術(shù)途徑,目前通過構(gòu)建演示驗(yàn)證系統(tǒng),驗(yàn)證了虛擬島岸靶區(qū)建設(shè)的可行性和合理性,同時(shí),載體設(shè)計(jì)、測(cè)量系統(tǒng)和目標(biāo)特性模擬等關(guān)鍵技術(shù)也得到了創(chuàng)新性和可行性也得到了論證。

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Overall Scheme Virtual Island Test Range

XIANG Yangrui CI Xuan

(Unit 98, No. 92493 Troops of PLA, Huludao 125000)

In order to develop the ship to island attack test of missile, virtual target area construction plan is proposed, in which the shallow water sea simulation is specified as an island, and the test loop is constituted by the target unit, simulation system. Then the structure and function of the unit simulation system and the target area are designed, and the application mode of virtual island target area is studied.

virtual island, test range, test loop

2016年10月9日,

2016年11月21日

向楊蕊,女,碩士,工程師,研究方向:試驗(yàn)總體。

TP393

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.018