一種靜態(tài)導(dǎo)引頭抗干擾半實物仿真試驗方法研究

韋宇祥，馬躍華，王舒申

(上海機電工程研究所，上海 200233)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁環(huán)境下，導(dǎo)彈武器所面臨的電磁環(huán)境是異常復(fù)雜的，要考核其作戰(zhàn)效能，無論從效率還是從耗費上都不可能用窮盡法來建立各種復(fù)雜戰(zhàn)場條件進(jìn)行實裝對抗試驗[1]。基于計算機仿真技術(shù)，利用微波暗室和干擾模擬器構(gòu)建內(nèi)場抗干擾半實物仿真試驗條件，可模擬導(dǎo)彈武器面臨的典型戰(zhàn)場電磁環(huán)境，具有試驗電磁信號環(huán)境構(gòu)建靈活、試驗周期短、試驗結(jié)果重復(fù)性好、電磁輻射信號保密性高的特點，是武器裝備性能檢驗的重要手段[2]。

一般而言，導(dǎo)引頭內(nèi)場半實物仿真試驗是基于多軸轉(zhuǎn)臺的動態(tài)試驗，通過多軸轉(zhuǎn)臺模擬導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)變化，同時在目標(biāo)陣面上模擬目標(biāo)/干擾的運動位置變化，實現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對抗仿真[3]。在沒有多軸轉(zhuǎn)臺情況下，導(dǎo)引頭靜態(tài)放置，一般只能通過目標(biāo)陣列上的固定點源實施導(dǎo)引頭單機靜態(tài)抗干擾試驗，無法反映真實導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)引頭的態(tài)勢變化，不能分析評估導(dǎo)引頭干擾對抗結(jié)果對脫靶量的影響。本文研究在沒有多軸轉(zhuǎn)臺的情況下，導(dǎo)引頭靜態(tài)放置，通過適當(dāng)?shù)膭討B(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運動變化，實現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗的方法，拓展內(nèi)場試驗室的適用范圍。

1 仿真方法

仿真方法的核心是將導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾相對于地面武器系統(tǒng)的運動關(guān)系，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)彈的運動關(guān)系。假設(shè)在以武器系統(tǒng)位置為原點的大地測量坐標(biāo)系Oxyz下，目標(biāo)/干擾的位置坐標(biāo)為(Xt, Yt, Zt)，導(dǎo)彈的位置坐標(biāo)為(Xm, Ym, Zm)，則在導(dǎo)彈導(dǎo)航坐標(biāo)系Oxnynzn下，目標(biāo)/干擾的位置坐標(biāo)為:

(1)

假設(shè)導(dǎo)彈的彈體姿態(tài)角(ψc,?c,φc)，其中ψc為偏航角，定義域(-180°，180°]，即彈體縱軸Ox1軸在水平面的投影與正北方向的夾角，正北方向偏西為正；?c為俯仰角，定義域[-90°，90°]，即彈體縱軸Ox1軸與水平面之間的夾角，在水平面之上該角為正即上仰為正；φc為滾動角，定義域(-180°，180°]，即彈體Oy1與包含彈體Ox1軸的鉛垂面之間的夾角，逆時針繞Ox1軸轉(zhuǎn)動為正，即順航看時右滾為正。從導(dǎo)航坐標(biāo)系到彈體坐標(biāo)系為：

(2)

式中:

(3)

(4)

上述公式表征了將導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾相對于地面武器系統(tǒng)的運動關(guān)系，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)彈的運動關(guān)系，也即是將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)陣面上目標(biāo)/干擾的運動位置變化。通過模擬等效后的目標(biāo)/干擾運動位置變化，實現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對抗仿真，分析評估導(dǎo)引頭干擾對抗結(jié)果對脫靶量的影響。

圖1 典型仿真高拋彈道示意圖

圖2 等效后的目標(biāo)角度隨時間的變化

2 仿真分析結(jié)果

在內(nèi)場試驗室采用前述仿真等效模型進(jìn)行導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗，需要解決目標(biāo)/干擾運動范圍與目標(biāo)陣列匹配的問題。由于真實導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾的飛行運動姿態(tài)變化較大，末制導(dǎo)段的“疊加”等效后目標(biāo)/干擾的運動范圍須與目標(biāo)陣列范圍匹配，保證不超出目標(biāo)陣列的范圍才能正確實施試驗。以一典型仿真彈道為例，如圖1所示。該彈道為高拋彈道，導(dǎo)彈全程運動姿態(tài)變化范圍較大。在彈體坐標(biāo)系下，在導(dǎo)彈上升段，目標(biāo)由方位角的第一象限逐步轉(zhuǎn)向第四象限，并且基本上在彈目交匯前目標(biāo)一直處于俯仰角的三、四象限。采用前述仿真等效模型進(jìn)行動態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算，得到等效后的目標(biāo)方位角和俯仰角隨時間的變化如圖2所示。在150 s以前，俯仰角都是負(fù)值，與前述的“基本上目標(biāo)在彈目交匯前一直處于俯仰角的三、四象限”相符，方位角由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，同樣與前述的“目標(biāo)由方位角的第一象限逐步轉(zhuǎn)向第四象限”相符，驗證了仿真等效模型的正確性。內(nèi)場試驗室的目標(biāo)陣列的工作范圍一般不小于25°～30°。等效后的目標(biāo)方位角和俯仰角的相互關(guān)系如圖3所示。在末制導(dǎo)段，等效的目標(biāo)方位角不大于±2°，而俯仰角不大于±10°，目標(biāo)的運動范圍沒有超出目標(biāo)陣列的范圍，滿足試驗需求。綜上所述，針對采用姿態(tài)變化范圍較大的高拋彈道的導(dǎo)彈進(jìn)行動態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，等效后目標(biāo)/干擾的運動范圍可以與目標(biāo)陣列范圍匹配，驗證了該仿真等效模型可以反映真實導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)引頭的態(tài)勢變化，適用于大多數(shù)情況的包含制導(dǎo)控制閉合回路的導(dǎo)引頭抗干擾半實物仿真試驗。

圖3 等效后的目標(biāo)二維角度變化

3 結(jié)束語

在沒有多軸轉(zhuǎn)臺的內(nèi)場試驗室中，通過適當(dāng)?shù)膭討B(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運動變化，實現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗，靜態(tài)導(dǎo)引頭在末制導(dǎo)段能夠隨導(dǎo)彈運動姿態(tài)變化動態(tài)跟蹤目標(biāo)和實施干擾對抗。本文提出的仿真方法，一方面為導(dǎo)彈武器抗干擾性能試驗驗證提供了一種數(shù)字+半實物仿真相結(jié)合的、全新又經(jīng)濟有效的導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗方法；另一方面拓展了內(nèi)場試驗室的適用范圍，增強了試驗室的綜合試驗?zāi)芰Α！?/p>