空空導彈制導精度仿真評估系統設計*

孟 博

（中國空空導彈研究院 洛陽 471000）

1 引言

制導精度是空空導彈的關鍵性能指標，導彈以高精度、小脫靶量命中目標是保證其作戰效能的基礎［1～2］。空空導彈是多種隨機信號激勵作用下的復雜非線性時變系統，在內部和外部各種隨動誤差影響下，導彈飛行至目標周圍空間的位置具有隨機性［3］，因此對于導彈制導精度的設計、分析、仿真、評估需基于大量樣本的統計分析計算，數字仿真評估系統是分析評估制度精度不可或缺的重要技術手段。國內關于空空導彈制度精度仿真評估的研究較多針對干擾或環境的影響分析［4～5］，或制導精度理論估計方法［6］，對于仿真評估系統設計及實現的相關研究較少，且仿真設置、目標類型、仿真模式等功能較為單一。開展空空導彈制導精度仿真評估系統設計的研究，對于導彈制導精度設計分析與全面評估、性能綜合仿真驗證尤為重要。

本文基于空空導彈制導精度仿真數學模型，開展系統構建、接口設計、系統集成、軟件實現，解決傳統制導精度仿真評估的局限和不足，構建空空導彈制導精度仿真評估系統，可在不同模式、不同目標、不同誤差等豐富場景下，實現單條彈道和批量彈道的單次/多次彈道仿真及制度精度評估，更為豐富全面驗證導彈飛行性能、評估導彈制導精度。

2 制導精度仿真評估系統設計

2.1 系統架構設計

空空導彈制導精度仿真評估系統主要包含初始條件模塊、仿真配置模塊、彈道仿真模塊和制導精度評估模塊，各模塊功能如下［7～8］：

1）初始條件模塊：接收并處理生成導彈具體的發射態勢，如載機、目標、導彈相關發射參數等，供彈道仿真模塊使用；

2）仿真配置模塊：對目標類型、隨機量、作戰模式、仿真模式進行功能設置，供彈道仿真模塊使用；

3）彈道仿真模塊：依據特定發射條件，進行導彈內彈道和外彈道數字仿真，可計算并驗證導彈導引、控制、穩定、制導等飛行性能，輸出必要的彈道參數；

4）制導精度評估模塊：根據彈道輸出參數，進行在線或離線的統計、計算、繪圖和定量評估。

通過系統不同模塊的規劃和設計，在保證彈道仿真和制導精度評估的基礎功能上，創新豐富拓展仿真評估功能，提高制導精度仿真評估的樣本多樣化和覆蓋全面性，解決傳統制導精度仿真評估的局限和不足。

2.2 系統接口設計

根據系統整體架構設計，對初始條件模塊、彈道仿真模塊、制導精度評估模塊、仿真配置模塊的輸入/輸出進行信息傳遞和參數匹配方面的分析，開展接口規劃與設計，系統內部及外部的接口設計如下［9～11］：

1）載機條件：載機高度、載機速度、水平進入角、垂直進入角、水平離軸角、垂直離軸角、發射距離；

2）目標條件：目標高度、目標速度、目標水平機動、目標垂直機動；

3）攻擊目標：目標1、目標2、典型目標；

4）隨機量：無隨機量、有隨機量；

5）作戰模式：雷達模式、非雷達模式；

6）仿真模式：單條仿真、批量仿真；

7）彈道仿真結果：導彈飛行時間、脫靶量、位置、速度、姿態、過載、視線角速度、舵偏角等；

8）制導精度統計結果：仿真總數、命中個數、命中率。

2.3 系統設計與實現

根據彈目視線角速度模型、制導律模型、氣動力模型、氣動力矩模型、彈體轉動模型、質心運動模型、目標運動學模型、彈目相對運動模型、彈道截止模型等設計，構建全彈彈道仿真系統模型，模型原理框圖如圖1所示。

制導精度仿真評估系統工作流程為：初始條件模塊的導彈發射時載機/目標初始條件，以及仿真配置模塊的設置信息，一并通過輸入接口進入彈道仿真模塊，根據特定的步長進行彈道的迭代計算，單個仿真中滿足彈道截止條件后停止計算，批量仿真中多個條件均滿足指定仿真次數后停止計算，輸出導彈單個條件或多個條件的彈道計算參數，用于進一步分析和顯示；制導精度評估模塊根據含隨機量的彈道多次仿真結果，進行統計、計算、顯示和評估［12～13］。制導精度仿真評估系統原理框圖和界面如圖2和圖3所示。

圖2 制導精度仿真評估系統原理框圖

圖3 制導精度仿真評估系統界面

2.4 仿真評估驗證

設計典型仿真條件分別進行單條彈道仿真和批量彈道仿真，驗證制導精度仿真評估系統對單條彈道的參數計算功能及批量彈道多次仿真的制導精度評估功能。單條彈道仿真系統界面如圖4所示，彈目運動三維態勢圖如圖5所示；批量彈道多次仿真設置導彈攻擊典型目標、雷達模式、含隨機量、共仿真100次，仿真系統界面如圖6所示，制導精度評估結果中的脫靶量統計直方圖和概率密度曲線如圖7所示。

圖4 單條彈道仿真系統界面

圖5 單條彈道仿真彈目三維態勢圖

圖6 批量彈道多次仿真系統界面

圖7 脫靶量直方圖和概率密度曲線

由制導精度仿真評估系統的仿真驗證情況可知，單條仿真可對一個條件進行單次或多次彈道仿真，依據內彈道和外彈道參數，可進一步分析驗證導彈的各方面性能；批量仿真可對一個條件或多個條件進行單次或多次彈道仿真，系統實時統計仿真進度和命中概率，利用輸出數據，可對大樣本的脫靶量模值及分量進行均值、標準差、直方圖、概率密度分布等分析，進而評估導彈制導精度。

制導精度仿真評估系統創新實現在不同作戰模式、不同仿真模式、不同目標、不同誤差等功能設置下，進行單條彈道/批量彈道的單次/多次彈道仿真與制度精度評估，系統功能正確有效，設置組合多樣，使用靈活便利，達到更為全面和豐富驗證導彈飛行性能、評估制導精度的目的。

3 結語

本文基于空空導彈制導精度仿真數學模型，針對傳統制導精度仿真評估的局限和不足，進行了架構規劃、接口設計、系統集成、軟件實現，完成了空空導彈制導精度仿真評估系統設計。經仿真驗證，仿真評估系統可創新實現不同作戰模式、不同仿真模式、不同目標、不同誤差等豐富條件下單條彈道/批量彈道的單次/多次彈道仿真與制度精度評估，可進一步提升空空導彈制度精度仿真評估的全面性和有效性。