基于Simulink與Unity3D的制導(dǎo)彈藥彈道可視化仿真

譚哲卿，辛長范，闞 煌，高 鑫，史銘姍

(中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，太原 030051)

0 引言

制導(dǎo)彈藥一直是各國重點研究對象，為了節(jié)省實驗經(jīng)費，盡可能減少實彈射擊次數(shù)，研發(fā)過程中需要進(jìn)行大量的仿真實驗，其中彈道仿真是研究制導(dǎo)彈藥控制系統(tǒng)的重要手段[1-3]。早期常用的彈道仿真多為數(shù)值仿真[4-6]，研究人員只能使用數(shù)值計算結(jié)果繪制二維的曲線來判斷制導(dǎo)系統(tǒng)的性能。后來出現(xiàn)了比較直觀的圖形仿真，其使用數(shù)值計算結(jié)果給圖形仿真提供真實的仿真數(shù)據(jù)。但是目前在彈道可視化研究中，常用的圖形仿真方法較為簡單，彈藥與目標(biāo)的三維模型比較簡陋，作戰(zhàn)場景設(shè)置得比較理想，大多只能觀察制導(dǎo)彈藥的飛行姿態(tài)，難以展現(xiàn)實戰(zhàn)條件下制導(dǎo)彈藥從發(fā)射到命中目標(biāo)的全過程。

文獻(xiàn)[7-10]在Simulink平臺上搭建了制導(dǎo)彈藥的六自由度彈道仿真模型并對可視化進(jìn)行了一定研究，其使用的VRML、Vega Prime軟件開發(fā)難度高、開發(fā)周期長、僅能表現(xiàn)出制導(dǎo)彈藥飛行中的姿態(tài)，無法對戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行模擬，文獻(xiàn)[11]使用的MBVC平臺雖能簡單地表現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境，但場景搭建復(fù)雜、畫面與現(xiàn)實世界差距較大。文獻(xiàn)[12-13]使用了FlightGear、OpenGL作為可視化平臺，但搭建過程復(fù)雜且缺少彈道的數(shù)值仿真部分。文獻(xiàn)[14-17]雖然都使用了Unity3D進(jìn)行可視化仿真，但其中文獻(xiàn)[14]完全沒有數(shù)值計算過程，僅僅是單純的視景呈現(xiàn)。文獻(xiàn)[15-16]的仿真模型部分較為簡單，且文章中沒有體現(xiàn)數(shù)值仿真的計算過程，使仿真的真實度打了一定折扣。文獻(xiàn)[17]雖然有較為細(xì)致的數(shù)值計算過程，但其通過TXT文件將數(shù)值計算結(jié)果傳遞給Unity3D，總體仿真步驟較多，過程較為繁瑣。

為彌補(bǔ)以上不足，本文選擇Unity3D軟件作為可視化平臺，該軟件是一款結(jié)合了圖形、物理、音頻、網(wǎng)絡(luò)等多方面引擎的專業(yè)開發(fā)平臺，從發(fā)布至今已有十余年歷史，它的底層架構(gòu)成熟、平臺的穩(wěn)定性高，成熟的案例較多、開發(fā)相對簡單、開發(fā)周期短，圖形技術(shù)先進(jìn)、顯示畫面生動。本文選擇的數(shù)值計算平臺是在制導(dǎo)彈藥彈道仿真中常用的Matlab/Simulink軟件，文獻(xiàn)[18-19]均進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析。將Simulink和Unity3D結(jié)合起來的聯(lián)合仿真模型能得到準(zhǔn)確的數(shù)值仿真結(jié)果[20]，也能多視角全方位的觀察制導(dǎo)彈藥的飛行姿態(tài)和彈道，從而較為逼真的展現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境下制導(dǎo)彈藥的運動和對目標(biāo)的探測和打擊過程。

1 可視化系統(tǒng)的開發(fā)

本文的聯(lián)合仿真系統(tǒng)包括Simulink軟件中的制導(dǎo)彈藥彈道仿真模型和Unity3D軟件中的可視化窗口，前者包括描述制導(dǎo)彈藥運動的六自由度動力學(xué)和運動學(xué)方程組，使用Simulink編程工具將方程組搭建為圖形化的彈道仿真模型，搭建過程中使用Simulink自帶的圖形化用戶接口，能夠快速、準(zhǔn)確地搭建仿真模型，且能保證仿真算法的可靠性[21]。可視化部分由Unity3D軟件、制導(dǎo)彈藥和目標(biāo)的三維模型、真實世界的高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星地圖、驅(qū)動模型運動的腳本文件組成。Unity3D支持fbx、obj、dxf等多種格式的三維模型，用戶可以根據(jù)需要添加彈藥或目標(biāo)的模型。本文使用AutoCAD建立制導(dǎo)彈藥和目標(biāo)的三維模型，對模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后再導(dǎo)入到Unity3D中。在Unity3D中使用真實世界的高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星地圖可以搭建出基于真實數(shù)據(jù)的三維場景模型，增添了可視化仿真的真實性。

Unity3D中的功能主要由腳本文件實現(xiàn)，腳本支持JavaScript、C#、Boo三種語言。本文中的腳本文件主要由C#語言寫成，除了使用UDP通信協(xié)議處理Matlab/Simulink端發(fā)送來的仿真數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)三維模型的移動、攝像機(jī)的移動、特效展現(xiàn)等功能。整個系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 可視化平臺整體架構(gòu)

本文在研究制導(dǎo)彈藥六自由度彈道可視化仿真的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地加入一種數(shù)值可視化技術(shù)，在顯示制導(dǎo)彈藥彈道的同時，也能實時顯示制導(dǎo)彈藥在飛行過程中所受到的過載。

2 Unity3D可視化關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)學(xué)和三維模型的建立

2.1.1 六自由度彈道仿真模型

在Simulink中搭建數(shù)值仿真時，為了方便修改和調(diào)試參數(shù)，常常將一個龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)分成多個子模塊，并構(gòu)建出各模塊之間清晰的輸入輸出關(guān)系，再將各個子模塊連接并封裝起來，從而建立起一個完整的Simulink仿真系統(tǒng)。制導(dǎo)彈藥的六自由度彈道仿真模型由4個子模塊構(gòu)成，分別是彈體運動學(xué)與動力學(xué)模塊、氣動力模塊、制導(dǎo)模塊和目標(biāo)運動模塊。

彈體動力學(xué)與運動學(xué)模塊用于解算制導(dǎo)彈藥在飛行過程中受到的力，力矩與運動相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系。為了設(shè)計穩(wěn)定的姿態(tài)控制系統(tǒng)，需設(shè)立關(guān)于制導(dǎo)彈藥的六自由度運動學(xué)和動力學(xué)模型[22]。

氣動力模塊用于制導(dǎo)彈藥的氣動特性仿真，首先根據(jù)運動參數(shù)計算縱向與橫向的氣動力系數(shù)和氣動力矩系數(shù)，再根據(jù)氣動力和氣動力矩公式計算軸向力、徑向力、側(cè)向力、俯仰力矩、偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩。具體計算公式取自此文[23]。

本文使用Missile Datcom計算該型制導(dǎo)彈藥的氣動參數(shù)，該軟件能夠根據(jù)飛行器的條件參數(shù)進(jìn)行經(jīng)驗數(shù)據(jù)的擬合并選取公式計算氣動系數(shù)和導(dǎo)數(shù)。將該彈的外形參數(shù)輸入Missile Datcom，即可得到帶有氣動系數(shù)、靜導(dǎo)數(shù)、動導(dǎo)數(shù)和操縱系數(shù)的“for006.dat”的輸出文件。在Matlab中使用命令“datcomimport”即可將Datcom計算結(jié)果導(dǎo)入Matlab工作區(qū)中以備使用。在仿真過程中將動力學(xué)與運動學(xué)模塊計算出來的飛行狀態(tài)參數(shù)和舵偏角導(dǎo)入到氣動力模塊即可得到該狀態(tài)下制導(dǎo)彈藥受到的空氣動力。

制導(dǎo)模塊分為導(dǎo)引頭子模塊與自動駕駛儀子模塊，導(dǎo)引頭子模塊根據(jù)目標(biāo)和彈體之間的相對位置，計算出彈目距離和視線高低角、方位角等信息，再根據(jù)特定的導(dǎo)引規(guī)律形成過載指令信號輸出給自動駕駛儀模塊。自動駕駛儀模塊根據(jù)制導(dǎo)系統(tǒng)輸出的指令，通過一定的控制規(guī)律輸出舵機(jī)控制信號使舵面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生改變導(dǎo)彈姿態(tài)所需要的力和力矩[24]。

目標(biāo)的運動模塊在整個系統(tǒng)中用于模擬目標(biāo)的運動狀態(tài)，各模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 六自由度彈道Simulink模型

2.1.2 目標(biāo)與制導(dǎo)彈藥建模

Unity3D引擎中使用的模型一般先在AutoCAD、3DMax等專業(yè)三維建模軟件中搭建好再導(dǎo)入到Unity3D中使用，Unity3D自身的建模功能比較簡陋，較難完成復(fù)雜模型的搭建。本文使用某型火箭彈和某型裝甲車作為彈藥和目標(biāo)模型，先在AutoCAD軟件中建模后導(dǎo)出為stl格式，再使用blender軟件轉(zhuǎn)換為fbx格式后即可導(dǎo)入到Unity3D中使用。導(dǎo)入模型時要注意根據(jù)現(xiàn)實世界中的尺寸調(diào)整模型的比例，本文所使用的制導(dǎo)彈藥模型和目標(biāo)車輛模型如圖3所示。

圖3 目標(biāo)與彈藥的三維模型圖

2.1.3 三維地形建模

在Unity3D中對環(huán)境進(jìn)行建模有許多成熟的方法和工具[25]，一般使用引擎中的Terrian地形作為環(huán)境模型使用。Unity3D中的默認(rèn)Terrian模型為2048 m×2048 m的正方形平面模型，制作者可以使用不同的筆刷來升高或降低Terrian模型的某一塊區(qū)域來構(gòu)建各種地形，再對這個Terrian模型進(jìn)行貼圖即可使用。

為了搭建地球上某一地點的真實地形，首先需要獲取該位置的高程圖和衛(wèi)星影像圖。這兩種圖片可以使用互聯(lián)網(wǎng)上的免費或收費資源。高程圖的作用是作為Terrian模型的高度圖來生成模型的網(wǎng)格，而衛(wèi)星影像圖則是作為Terrian模型的表面貼圖。

本文中的地形模型選取某省最高精度為30 m的ASTGTM地形高程數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為tif格式文件，需要在QGIS軟件中轉(zhuǎn)換為raw格式的文件并在Photoshop軟件中裁剪為2048 × 2048 像素的尺寸才可供Unity3D使用。

Unity3D也可以儲存多個搭建好的地形，仿真時可以根據(jù)需求切換不同環(huán)境。圖4為本文使用的高程圖與衛(wèi)星影像圖，圖5為處理好后的真實地形模型。

圖4 高程圖與衛(wèi)星影像圖

圖5 Unity3D中搭建好的地形模型

2.2 碰撞檢測技術(shù)

在高動態(tài)可視化場景中，系統(tǒng)需要及時地檢測模型之間的碰撞。Unity3D中內(nèi)置有物理引擎PhysX，該引擎能快速、高效地完成碰撞檢測需求。PhysX引擎是通過掛載在三維模型上的以“Collider”(碰撞體)為結(jié)尾的組件進(jìn)行碰撞檢測的，若三維模型沒有掛載“Collider”組件，則仿真運行時不對該模型進(jìn)行碰撞檢測。Unity3D中的“Collider”組件根據(jù)形狀分為“BoxCollider”(方形碰撞體)、“SphereCollider”(球形碰撞體)、“CapsuleCollider”(圓柱形碰撞體)這樣的默認(rèn)組件，也有供用戶自定義碰撞計算模型的”MeshCollider“(網(wǎng)格碰撞體)組件。

若需要檢測碰撞的物體模型幾何面較少，可以使用Unity3D自帶的“BoxCollider”、“SphereCollider”組件實現(xiàn)碰撞檢測。這種默認(rèn)組件的運行速度快且占用計算資源少，缺點是結(jié)構(gòu)比較單一。對于幾何面復(fù)雜的目標(biāo)、為了保證碰撞檢測的準(zhǔn)確性，需要使用“MeshCollider”組件進(jìn)行檢測，此時可以使用自定義的模型網(wǎng)格作為碰撞體檢測網(wǎng)格。本仿真針對制導(dǎo)彈藥這樣瘦長的物體使用“CapsuleCollider”組件，針對目標(biāo)車輛則使用“MeshCollider”組件。

設(shè)置好碰撞體后，就需要掛載相應(yīng)的腳本檢測模型之間的碰撞并執(zhí)行碰撞發(fā)生后的下一步動作。一般用“OnTriggerEnter”(進(jìn)入觸發(fā)器)函數(shù)來執(zhí)行下一步動作，例如碰撞發(fā)生后的爆炸特效和被命中目標(biāo)的燃燒特效等。編寫好腳本后需要將其掛載在目標(biāo)模型上，這樣程序開始運行時就可以執(zhí)行腳本中的代碼。本文中制導(dǎo)彈藥和目標(biāo)三維模型設(shè)置的碰撞體如圖6所示。

圖6 碰撞體模型

圖7 UDP數(shù)據(jù)通信協(xié)議

2.3 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

仿真系統(tǒng)建立完后，Matlab/Simulink需要將計算結(jié)果及時地傳輸?shù)経nity3D中以驅(qū)動整個場景，現(xiàn)在主流通訊方式有傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP，transmission control protocol/internet protocol)、控制器局域網(wǎng)總線(CAN，controller area network)等。TCP/IP作為一種以太網(wǎng)接口通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各種工控自動化行業(yè)中。TCP/IP中的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP，user datagram protocol)在數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立連接，因此實時性較高，能快速傳輸數(shù)據(jù)。因為本仿真對實時性有較高的要求，故選擇UDP協(xié)議進(jìn)行Matlab與Unity3D之間的通信。

為此，需要在Matlab/Simulink端和Unity3D端各自建立數(shù)據(jù)傳輸模塊，在Matlab端可以使用Simulink模塊庫中自帶的UDP發(fā)送與接收模塊，設(shè)置好IP地址和端口號后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。

在Unity3D端則需要設(shè)置數(shù)據(jù)接收腳本。接收腳本中的IP地址字符串和連接端口號要和Simulink中UDP發(fā)送模塊的值一樣，之后即可設(shè)置數(shù)據(jù)的接收循環(huán)。Unity端開始運行后，UDP接受腳本就會時刻監(jiān)聽對應(yīng)IP地址和端口廣播的數(shù)據(jù)，當(dāng)Simulink的仿真開始并廣播數(shù)據(jù)后，Unity3D就能接收到制導(dǎo)彈藥和目標(biāo)的位置、速度等數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)值可視化技術(shù)

傳統(tǒng)意義上的可視化仿真技術(shù)使用計算結(jié)果驅(qū)動模型運動，但在仿真進(jìn)行時，無法一邊觀察三維模型的運動一邊觀察實時計算出來的數(shù)值大小。為了滿足仿真時能兼顧觀察模型運動姿態(tài)與數(shù)值結(jié)果的要求，本文提出一種數(shù)值可視化技術(shù)，其原理是每隔一個固定的時間間隔或一段固定的移動距離就在物體的運動軌跡上生成這一時刻的指示條，通過指示條的大小和方向來反映彈體在這一時刻的過載情況。

此時Unity3D端設(shè)置的生成條件為每隔一段固定的飛行距離就生成指示條。如圖8所示，圖中軌跡線是制導(dǎo)彈藥在飛行過程中質(zhì)心位置形成的軌跡線，球體為當(dāng)前時刻的質(zhì)心位置，數(shù)字表示指示條生成時的飛行時間，“n_y=(數(shù)字)”表示當(dāng)前位置彈體所受法向過載的數(shù)值大小，指示條的長度代表制導(dǎo)彈藥在彈體坐標(biāo)系中所受法向過載的大小，指示條向下伸長表示此時的法向過載為負(fù)值，指示條向上伸長表示此時的過載值為正值。Simulink中的仿真模型設(shè)置了舵機(jī)在發(fā)射后4.00 s開始工作，圖8中能直觀地看到彈體在4.00 s開始產(chǎn)生向下的過載。

圖8 數(shù)值可視化示意圖

3 攻擊過程可視化仿真的實現(xiàn)

3.1 腳本設(shè)置

要讓仿真環(huán)境在運行時產(chǎn)生諸如模型運動、視角跟隨、尾焰與爆炸特效的生成、彈體軌跡的繪制等一系列行為，就需要編寫相應(yīng)的行為腳本并掛載到對應(yīng)的模型組件上運行。

以驅(qū)動模型運動的腳本為例，這種腳本就需要以一定的頻率從UDP數(shù)據(jù)接收腳本中獲取模型的新坐標(biāo)，并將物體本身的舊坐標(biāo)值不斷修改為新坐標(biāo)值，從而轉(zhuǎn)化為三維模型的平動和轉(zhuǎn)動，模型運動腳本的作用原理如圖9所示，該腳本的作用為在仿真運行開始時實時從UDP接收腳本中獲取目標(biāo)模型的坐標(biāo)和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，同時將模型本身的舊坐標(biāo)和姿態(tài)角數(shù)據(jù)更改為新的坐標(biāo)和姿態(tài)角數(shù)據(jù)。

圖9 控制物體運動腳本的工作原理

3.2 跟蹤視角設(shè)置

視角的設(shè)置是整個彈道可視化仿真中最重要的問題，設(shè)置的正確與否直接影響到最終的顯示結(jié)果。在Unity3D中，場景運行的最終結(jié)果會統(tǒng)一輸出到Game視窗。Game視窗顯示的畫面通過“Hierarchy”(層次視圖)中的“Camera”(攝像機(jī))組件來實現(xiàn)，設(shè)置好攝像機(jī)組件的畫面范圍和位置后就可以將其拍攝到的畫面顯示在Game視窗上。

如圖10(a)所示，圖中線框顯示的就是側(cè)視圖攝像機(jī)的取景范圍。為了滿足制導(dǎo)彈藥飛行姿態(tài)和彈道的觀察需求，本文設(shè)置了4部攝像機(jī)，其中3個攝像機(jī)用來拍攝制導(dǎo)彈藥的三視圖視角，一個攝像機(jī)為自由視角，使用鼠標(biāo)實現(xiàn)攝像機(jī)的移動和視角的縮放，如圖10(b)所示。

圖10 跟蹤攝像機(jī)的設(shè)置

3.3 特效設(shè)置

在Unity3D中，火焰、煙霧和爆炸等特效均使用Unity3D編輯器內(nèi)自帶的“ParticleSystem”(粒子系統(tǒng))組件進(jìn)行控制，該組件可以控制粒子的形狀、大小和持續(xù)時間等。本文使用“ParticleSystem”制作發(fā)動機(jī)尾焰和彈藥命中后目標(biāo)產(chǎn)生爆炸的特效。

本仿真設(shè)定該型制導(dǎo)彈藥的發(fā)動機(jī)分為兩級工作，第一級工作時間為0.00～0.04 s，第二級工作時間為0.15～2.65 s。因此仿真中需要對發(fā)動機(jī)尾焰的表現(xiàn)時長進(jìn)行控制，本文使用一個單獨的控制腳本，在檢測到發(fā)動機(jī)推力不為0時開啟尾焰特效，其余時間則關(guān)閉。同樣編寫一個腳本控制爆炸特效，使用“OnTriggerEnter”函數(shù)監(jiān)測制導(dǎo)彈藥與目標(biāo)的碰撞，在檢測到制導(dǎo)彈藥和目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞后使用“Instantiate”(實例化)函數(shù)生成一個爆炸特效。最終尾焰與爆炸特效的效果如圖11所示。

圖11 視覺效果圖

4 應(yīng)用實例

搭建好Simulink數(shù)值仿真模型和Unity3D三維仿真場景后，即可設(shè)定初始仿真參數(shù)，本文所使用的主要參數(shù)見表1所示。由于激光制導(dǎo)彈藥在攻擊過程中需要持續(xù)對目標(biāo)進(jìn)行照射，一旦敵方目標(biāo)的激光告警器感知到激光的照射，那么敵方就可能啟動反制措施使制導(dǎo)彈藥無法命中。

表1 制導(dǎo)彈藥主要參數(shù)

因此，本文對制導(dǎo)彈藥攻擊目標(biāo)的過程進(jìn)行仿真，尋找在敵方存在反制措施的情況下，對不同運動狀態(tài)的目標(biāo)進(jìn)行激光照射的窗口期。

4.1 仿真約束條件

本仿真中主要通過Unity3D中的碰撞檢測來判斷制導(dǎo)彈藥是否命中目標(biāo)，設(shè)置的條件為只要制導(dǎo)彈藥的三維模型和目標(biāo)的三維模型發(fā)生接觸即判定為命中。此外，攻擊過程中需要滿足一定的約束條件，若仿真過程中的參數(shù)超過下列約束，則可以認(rèn)為攻擊失敗：

1)被動段最小飛行速度限制：因本文中制導(dǎo)彈藥的彈翼所能提供的升力有限，因此在制導(dǎo)彈藥的無動力段速度低于某值時彈翼無法提供足夠的升力，從而視為喪失制導(dǎo)能力，本文設(shè)定最小飛行速度為180 m/s。

2)敵目標(biāo)反制限制：在敵方目標(biāo)的激光告警器感應(yīng)到激光照射后會在一定時間內(nèi)采取快速機(jī)動或釋放煙霧等反制措施使制導(dǎo)彈藥失去目標(biāo)，本文設(shè)定敵方目標(biāo)在感知到威脅后的4.0 s做出反制措施，反制措施執(zhí)行1.0 s后制導(dǎo)彈藥失控。因此制導(dǎo)彈藥需要在激光照射有效的5.0 s內(nèi)命中目標(biāo)。

3)激光最小照射時間限制：由于反制措施的存在，攻擊方的激光照射時間有限，如果激光照射時間過小，則制導(dǎo)系統(tǒng)來不及修正軌跡造成脫靶。

4)飛行高度限制：若制導(dǎo)彈藥的飛行高度小于0 m，則視為攻擊失敗。

5)飛行時間限制：制導(dǎo)彈藥需要在彈上自毀裝置啟動前命中目標(biāo)，自毀裝置的啟動時間為飛行開始后的第15.0 s。

4.2 仿真實例

4.2.1 目標(biāo)為靜止?fàn)顟B(tài)

假定紅方在距離發(fā)射點2 100 m處發(fā)現(xiàn)藍(lán)方靜止目標(biāo)后發(fā)射制導(dǎo)彈藥，從發(fā)射到命中目標(biāo)這段時間藍(lán)方目標(biāo)保持靜止，首先假設(shè)藍(lán)方激光反制措施不工作，仿真顯示制導(dǎo)彈藥大約在9.73 s命中目標(biāo)。那么可以得出在藍(lán)方激光反制措施正常工作時，紅方開始激光照射的時間t不能早于4.73 s，否則目標(biāo)就會啟動反制措施使制導(dǎo)彈藥脫靶。接著以0.1 s為開啟激光照射的時間間隔，得出當(dāng)激光開始照射的時間晚于8.7 s時，制導(dǎo)彈藥就會來不及進(jìn)行機(jī)動而脫靶。從而得出紅方開始激光照射的時間既不能早于4.73 s，也不能晚于8.7 s，窗口期一共是3.97 s。仿真部分彈道如圖12所示，仿真途中的輸出界面如圖13所示。

圖12 照射開始時間t在8.8 s附近的彈道軌跡圖

圖13 攻擊靜止目標(biāo)時，飛行時間為9.70 s時的輸出視圖

4.2.2 目標(biāo)為運動狀態(tài)

假定紅方在距離發(fā)射點2 100 m處發(fā)現(xiàn)藍(lán)方運動目標(biāo)后發(fā)射制導(dǎo)彈藥，從發(fā)射到命中目標(biāo)這段時間藍(lán)方目標(biāo)以10 m/s的速度向z軸負(fù)方向運動，首先假設(shè)藍(lán)方激光反制措施不工作，仿真顯示制導(dǎo)彈藥大約在9.76 s命中目標(biāo)。那么可以得出在藍(lán)方激光反制措施開始工作時，紅方開始激光照射的時間t不能早于4.76 s，否則目標(biāo)就會啟動反制措施。接著以0.1 s為開啟激光照射的時間間隔，得出當(dāng)激光開始照射的時間晚于7.3 s時，制導(dǎo)彈藥就會來不及進(jìn)行機(jī)動而脫靶。從而得出紅方開始激光照射的時間不能早于4.73 s，也不能晚于7.3 s，窗口期一共有2.57 s。仿真部分彈道如圖14所示，仿真過程中的輸出界面如圖15所示。

圖14 照射開始時間t在7.4 s附近的彈道軌跡圖

圖15 攻擊運動目標(biāo)時，飛行時間為9.70 s時的輸出視圖

5 結(jié)束語

本文基于Siumlink和Unity3D軟件，建立了一種制導(dǎo)彈藥的六自由度彈道可視化平臺，可以實現(xiàn)制導(dǎo)彈藥從發(fā)射到命中目標(biāo)的完整攻擊過程仿真。本文的應(yīng)用實例表明該平臺能夠模擬目標(biāo)的運動狀態(tài)對激光照射窗口期的影響，對制導(dǎo)彈藥的研制、使用和作戰(zhàn)決策提供一定的參考價值。后續(xù)將考慮更多的制導(dǎo)手段和場景設(shè)置，逐步拓展該平臺的仿真能力，進(jìn)一步逼近真實的攻防對抗過程。