機(jī)載布撒器仿真試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

王懷軍，張笑瀛，楊允海

(白城兵器試驗(yàn)中心， 遼寧 白城 137001 )

機(jī)載布撒器仿真試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

王懷軍，張笑瀛，楊允海

(白城兵器試驗(yàn)中心， 遼寧 白城 137001 )

利用蒙特卡羅試驗(yàn)和相容性檢驗(yàn)方法確定了機(jī)載布撒器等精度投彈區(qū)，通過仿真評(píng)定了布撒器命中精度，建立了數(shù)學(xué)仿真中的干擾模型以及脫靶量的計(jì)算方法，確定了數(shù)學(xué)仿真的試驗(yàn)方案，并根據(jù)該模型編制了計(jì)算機(jī)程序，獲得了仿真結(jié)果。最后得出仿真結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)的誤差。

布撒器；散布特性；仿真試驗(yàn)；蒙特卡羅；數(shù)學(xué)模型；仿真

0 引言

機(jī)載布撒器是一種能在敵防空火力區(qū)域之外投放、能攜帶多種子彈藥、高精度、模塊化的滑翔式多用途航空制導(dǎo)攻擊武器，是國內(nèi)第一種具備全天候、中近程、防區(qū)外投放、無動(dòng)力、滑翔型、面殺傷的精確制導(dǎo)炸彈，并且具有維護(hù)簡單、作戰(zhàn)使用方便、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。戰(zhàn)機(jī)使用機(jī)載布撒器無需進(jìn)入敵防空火力區(qū)域就可對(duì)地空導(dǎo)彈發(fā)射陣地、機(jī)場(chǎng)跑道、裝甲部隊(duì)、指揮中心、軍港、機(jī)庫等具有重要戰(zhàn)略意義的面目標(biāo)實(shí)施有效殺傷或嚴(yán)密封鎖，從而大大提高了其生存能力和作戰(zhàn)效能。

1 某型機(jī)載布撒器組成

某型機(jī)載布撒器主要由頭艙、戰(zhàn)斗部艙、尾艙組成，詳見圖1。

圖1 機(jī)載布撒器組成Fig.1 Composition of Airborne dispenser

2 確定機(jī)載布撒器等精度投彈區(qū)

2.1 蒙特卡羅試驗(yàn)

利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生滿足假設(shè)分布的誤差隨機(jī)數(shù)，采用蒙特卡羅方法分別進(jìn)行不同投彈條件下的數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn)[2]。每一投彈條件下，試驗(yàn)次數(shù)不少于45次，為方便計(jì)算選擇100次。

通過對(duì)不同投彈條件下的仿真試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相容性檢驗(yàn)來確定布撒器的等精度投彈區(qū)。

2.2 相容性檢驗(yàn)方法

采用秩和檢驗(yàn)方法。設(shè)X=(X1，X2，…，Xn1)和Y=(Y1，Y2，…，Yn2)為2種投彈條件下仿真試驗(yàn)所獲得的脫靶量子樣，將它們混合在一起，由小到大排列，得到如下次序統(tǒng)計(jì)量：

Z1≤Z2≤…≤Zn1+n2.

如果Xk=Zj，則記rk(X)=j，表示Xk的秩為j。構(gòu)造檢驗(yàn)2個(gè)子樣是否屬于同一總體的統(tǒng)計(jì)量T為樣本(X1，X2，…，Xn1)的秩和，即

當(dāng)n1，n2較大時(shí)，在2個(gè)子樣相容的條件下有

因此，可以采用正態(tài)分布的檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)準(zhǔn)則為

式中：A={兩子樣相容}；α為顯著性水平。

一般情況下，取n1=n2=50，α=0.025或0.05。

檢驗(yàn)結(jié)果：在研制總要求規(guī)定的投彈條件，對(duì)于機(jī)載布撒器來說是一個(gè)等精度區(qū)。

3 利用數(shù)學(xué)仿真評(píng)定布撒器命中精度

3.1 數(shù)學(xué)仿真中的干擾

影響布撒器命中精度的干擾因素可分為兩大類：確定性干擾和隨機(jī)干擾[3-4]。

(1) 確定性干擾

此類干擾，在數(shù)學(xué)仿真時(shí)，對(duì)每組投放條件，干擾的算法均相同。主要為機(jī)彈干擾。

(2) 隨機(jī)干擾

1) 隨機(jī)誤差

此類干擾，在數(shù)學(xué)仿真時(shí)，每種誤差對(duì)應(yīng)每組仿真初始條件，全彈道只取一個(gè)隨機(jī)數(shù)。主要包括彈體、氣動(dòng)參數(shù)、舵機(jī)、子彈藥、目標(biāo)、投彈等干擾。

2) 隨機(jī)過程誤差

此類干擾，在數(shù)學(xué)仿真時(shí)，對(duì)每一種仿真初始條件，按其分布每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)選取一個(gè)隨機(jī)數(shù)。主要包括組合導(dǎo)航、高度表以及風(fēng)場(chǎng)等干擾。

主要干擾因素的數(shù)學(xué)模型見表1。

風(fēng)場(chǎng)模型為

W=NB(3.3+1.94×10-3Y+9.15×10-8Y2),

當(dāng)Y<200 m，W≥10 m/s時(shí)

W=10 m/s,

Wxg=WcosφB,

Wzg=WsinφB,

式中：NB為均方差σNB=1的隨機(jī)中心正態(tài)分布量;φB為在0°～360°間均勻分布的隨機(jī)量;Y為布撒器或飛機(jī)的高度(相對(duì)高度)；Wxg和Wzg為風(fēng)速分量。

3.2 脫靶量的計(jì)算

坐標(biāo)系的選取[5]：定義目標(biāo)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，投彈點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)連線水平投影為x軸，指向目標(biāo)點(diǎn)為正；以目標(biāo)點(diǎn)當(dāng)?shù)劂U垂線為y軸，向上為正；z軸正向按右手法則確定。

式中：( 0，0)為瞄準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo);(x,z)―子彈藥散布中心坐標(biāo);Π為脫靶量;(Πx,Πz)為脫靶量Π在坐標(biāo)系中的分量。

3.3 數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn)方案[6-18]

仿真初始條件，包括投放高度、速度、射程和扇面角，要求能夠覆蓋研制總要求規(guī)定的投彈條件。

3.3.1 仿真試驗(yàn)初始條件

(1) 水平彈射投放；

(2) 高度(h0～hi)m，按(n)m分層，共46個(gè)條件；

(3) 速度(真空速)(v0～vi)km/h，按(n)km/h分層，共6個(gè)條件；

(4) 投放扇面角(在相應(yīng)高度條件下)選取-R°,-R°/2，0°,R°/2和R°，共5個(gè)條件；

(5) 射程(在相應(yīng)高度、速度和投放扇面角條件下)選取最遠(yuǎn)、最近和中值，共3個(gè)條件。

共計(jì)4 140組初始條件，在每組初始條件下，仿真計(jì)算100條彈道。

3.3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)的項(xiàng)目主要包括：最小投放距離；最大投放距離；最大投放扇面角；CEP估計(jì)。

(1) 最小投放距離

1) 高度h0m，速度v0km/h，扇面角0°。

2) 高度him，速度v0km/h，扇面角0°。

(2) 最大投放距離

1) 高度h0m，速度vikm/h，扇面角0°。

2) 高度him，速度vikm/h，扇面角0°。

表1 布撒器干擾因素及其分布特性表

(3) 最大投放扇面角

扇面角±R°，共144組投彈條件。

(4)CEP估計(jì)

4 結(jié)論

(2) 根據(jù)布撒器的投放條件，考慮其飛行過程中的各種干擾條件，通過大量的數(shù)學(xué)仿真數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)飛行試驗(yàn)次數(shù)的不足，可作為布撒器精度評(píng)定的補(bǔ)充依據(jù)。

(3) 仿真試驗(yàn)具有靈活性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和可重復(fù)性等特點(diǎn), 在飛行試驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)的某些極端試驗(yàn)條件設(shè)置、增加子樣數(shù)量和獲得結(jié)果信息量方面, 具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(4) 仿真試驗(yàn)與飛行試驗(yàn)是相互依賴、互為補(bǔ)充的，不能認(rèn)為一切都可以完全依賴于仿真試驗(yàn)，也不可能做完整的各種投放和氣象條件下的飛行試驗(yàn)。

[1] 胡漢東,劉長秀.布撒器氣動(dòng)特性分析[J].流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量，2002(1): 27-32.HUHan-dong,LIUChang-xiu.AnalysisoftheDispenserAerodynamicCharacteristics[J].ExperimentsandMeasurementsinFluidMechanics, 2002(1): 27-32.

[2] 吳甲生,郝璐.機(jī)載布撒器發(fā)展趨勢(shì)及氣動(dòng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[J].流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量,2003(3):1-7. WU Jia-sheng, HAO Lu. The Development Trend of Airborne Dispenser and Several Problems in Its Aerodynamic Design[J]. Experiments and Measurements in Fluid Mechanics,2003(3):1-7.

[3] 雷娟棉,葛瑞光.機(jī)載布撒器雷達(dá)散射截面計(jì)算[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2003(sl):199-201. LEI Juan-mian, GE Rui-guang.Computing Radar Cross Section of Airborne Dispenser[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2003(sl):199-201

[4] 周勇.機(jī)載布撒器子彈藥拋撒參數(shù)設(shè)計(jì)與散布規(guī)律研究[D].南京：南京理工大學(xué),2011. ZHOU yong. Ejection Parameter Design and Dispertion Law Research on Submunition of Airborne Dispenser [D].Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2011.

[5] 王在成,姜春蘭，蔡漢文.機(jī)載布撒器子彈藥拋撒系統(tǒng)總體技術(shù)研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2000(2): 23-30. WANG Zai-cheng, JIANG Chun-lan, CAI Han-wen. Study of the Submunition Dispensing System of Airborne Dispenser[J]. Tactical Missile Technology, 2000(2): 23-30.

[6] 毛亮,姜春蘭.單發(fā)機(jī)載布撒器對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道封鎖效率研究計(jì)算機(jī)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012(7):46-50. MAO Liang, JIANG Chun-lan.Research on Interdiction Efficiency of Airborne Dispenser to Runway[J].Computer Simulation, 2012(7): 46-50.

[7] 劉敏,劉藻珍.機(jī)載布撒器變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律的設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2004(2):15-17. LIU Min, LIU Zao-zhen. The Design of Airborne Dispenser’s Variable Structure Guidance Law[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance,2004(2): 15-17.

[8] 王志軍,王輝.機(jī)載布撒器子彈藥時(shí)序拋撒過程仿真[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2003(S3):279-295. WANG Zhi-jun, WANG Hui. The Ejection Scheduling of Submunition Influence on Attitude of Airborne Dispenser[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance, 2003(S3): 279-295.

[9] 羅智林,劉藻珍.機(jī)載布撒器并聯(lián)復(fù)合控制過載指令分配研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2009(4): 39-42. LUO Zhi-lin, LIU Zao-zhen. Optimization of Overload Allocation for Hybrid Maneuver of Airborne Dispenser[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance, 2009(4): 39-42.

[10] 林波,孟秀云.航空布撒器傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì)與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005(9): 55-84. LIN Bo, MENG Xiu-yun. Design and Simulation of a Coordinated BTT Autopilot for Airborne Dispenser[J]. Computer Simulation, 2005(9): 55-84.

[11] 李輝,劉宏宇.機(jī)載布撒器混合H2/H∞變?cè)鲆鏍顟B(tài)反饋控制[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2010，38(3): 240-244. LI Hui, LIU Hong-yu. MixedH2/H∞Gain Scheduled State Feedback Control for Airborne Dispenser[J]. Modern Defence Technology, 2010，38(3): 240-244.

[12] 呂紅劍,劉藻珍.機(jī)載布撒器多胞變?cè)鲆婊旌螲2/H∞控制[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007(22):5202-5209. Lü Hong-jian, LIU Zao-zhen. Polytopic Gain Scheduled MixedH2/H∞Control for Airborne Dispenser[J]. Journal of System Simulation,2007(22): 5202-5209.

[13] 徐際威,單家元.機(jī)載布撒器中SINS/GPS導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2005，25(4): 922-924. XU Ji-wei, SHAN Jia-yuan. Design of Navigation Computer System for SINS/GPS in Airborne Dispenser[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2005，25(4): 922-924.

[14] 劉莉，李懷建.機(jī)載布撒器滑翔方案彈道優(yōu)化與方案彈道庫設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2004(3): 61-64. LIU Li, LI Huai-jian.The Project Trajecdtory Optimization of Airborne Dispenser and the Design of Trajectory Database[J]. Journal of Projectiles，Rockets，Missiles and Guidance, 2004(3): 61-64.

[15] 王保成,單家元.機(jī)載布撒器綜合控制器半實(shí)物仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2004(S3): 156-159. WANG Bao-cheng, SHAN Jia-yuan. The Design of the Hardware-in-the-Loop Simulation System for Main-controller of Air-Borne Dispenser[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance, 2004(S3):156-159.

[16] 孫樂,韓子鵬.機(jī)載布撒器方案飛行的彈道設(shè)計(jì)[J].彈道學(xué)報(bào),1997(3): 63-65. SUN Le, HAN Zi-peng. Ballistic Design of Airborne Dispenser During Programmed Flight[J]. Journal of Ballistics,1997(3): 63-65.

[17] 何廣軍,徐向東.基于衛(wèi)星導(dǎo)航的航空布撒器制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2004(S2): 242-245. HE Guang-jun,XU Xiang-dong. Design for Control and Guide System of the Fight-Broadcast-Bomb Basing on Satellite Navigation[J]. Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance, 2004(S2): 242-245.

[18] 李舜,李佩佩.機(jī)載布撒器自動(dòng)駕駛儀H_∞魯棒控制的設(shè)計(jì)與仿真[J].電光與控制, 2008(11): 80-83. LI Shun,LI Pei-pei. Autopilot Design and Digital Simulation for Airborne Dispenser Based on H_∞ Robustness Control[J]. Electronics Optics & Control, 2008(11): 80-83.

Design and Implementation of Airborne Dispenser Simulation Test Scheme

WANG Huai-jun， ZHANG Xiao-ying, YANG Yun-hai

(Baicheng Ordnance Test Center,Liaoning Baicheng 137001, China)

The Monte Carlo test and compatibility test are used to determine the equal precision of airborne dispenser drop zone. The accuracy of dispenser hitting is evaluated by simulation. Interference model and calculation method of miss distance is established in mathematical simulation. The test scheme of mathematical simulation is determined. And according to the model, a computer program is developed and the simulation results are obtained. Finally, the error between the simulation results and the real test is obtained.

dispenser; distributed characteristic; simulation test; Monte Carlo; mathematical model; simulation

2016-05-02；

2016-08-20 作者簡介：王懷軍(1972-)，男，黑龍江齊齊哈爾人。高工，碩士，主要研究方向?yàn)閺椝幑こ獭?/p>

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.02.031

TJ414；TP391.9

A

1009-086X(2017)-02-0196-06

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