CN109992817B - 导弹与目标物交会的判断方法及终端设备 - Google Patents
导弹与目标物交会的判断方法及终端设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明适用于导弹爆炸分析技术领域,提供了一种导弹与目标物交会的判断方法及终端设备,该方法包括:建立导弹和/或目标物交会的模型;根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,可以根据触发引信的单发导弹的特点判断是否直接命中目标物,解决了由于设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究的问题。
Description
技术领域
本发明属于导弹爆炸分析技术领域,尤其涉及一种导弹与目标物交会的判断方法及终端设备。
背景技术
射击空中飞行目标物的防空导弹通常采用近炸引信,其主要用战斗部爆炸后产生的高速飞行的破片毁伤目标。近炸引信的作用特点是引信不接触目标便能起爆,没有延迟时间和触发机构,完全依靠其敏感装置来感应目标的存在、速度、距离、方向,在距目标一定的距离时即可起爆弹药。但对于便携式红外寻的防空导弹来说,由于本类导弹通常具有很高的制导精度,其脱靶量要比目标物的线尺寸小得多,所以大都仅采用触发引信,即导弹只有与目标物相撞时,方能引爆战斗部,杀伤目标物。
现有技术中对采用近炸引信的单发导弹杀伤概率问题的研究已经有成熟的理论和方法,由于设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种导弹与目标物交会的判断方法及终端设备,以解决设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种导弹与目标物交会的判断方法,包括:
采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型;
根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;
根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
在一实施例中,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型,包括:
若在所述导弹与所述目标物的遭遇段所述导弹不发生滚转,则所述导弹的弹体表面上的点在相对速度坐标系中的运动轨迹为直线束,所述直线束的方程为:(xr,yr,zr)T=(x,y,z)T+[Mm-r](xm,ym,zm)T,其中,所述(x,y,z)表示原点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述原点为所述导弹的单体的几何中心,所述(xr,yr,zr)表示所述导弹表面上的点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述(xm,ym,zm)表示所述导弹表面上的点在弹体坐标系中的坐标,所述Mm-r表示所述弹体坐标系中的坐标转换为所述相对速度坐标系中的坐标的转换系数矩阵;
若所述直线束中的任意一条直线与所述目标物表面存在交点,则确定所述交点为碰撞点,所述碰撞点的方程为:(xp,yp,zp)T=[Mr-t](xr,yr,zr)T+(xto,yto,zto)T,其中,所述(xp,yp,zp)表示所述碰撞点在目标坐标系中的坐标,所述(xto,yto,zto)表示所述目标物的导引中心在所述目标坐标系中的坐标,所述Mr-t表示所述相对速度坐标系中的坐标转换为所述目标坐标系中的坐标的转换系数矩阵;
所述根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点,包括:
根据所述直线方程和所述碰撞点方程,计算获得所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值。
在一实施例中,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型,包括:
根据目标物的机翼部分建立所述目标物的平面方程:A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)=0;其中,平面方程中四边形的四个顶点坐标分别为:P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4);所述A=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1),所述B=(x3-x1)(z2-z1)-(x2-x1)(z3-z1);所述C=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1);
所述根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:
根据获得碰撞点与所述目标物的机翼表面任一点的距离,其中,所述|pip|表示所述距离,所述(xi,yi,zi)表示所述目标物的机翼表面任一点的坐标,所述i的取值分别为1、2、3和4,当i的取值为4时,用(i+1)表示;
判定所述距离是否等于第一预设阈值;当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;
判定所述夹角之和是否等于第二预设阈值;当所述夹角之和等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;
当所述夹角之和不等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
在一实施例中,当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面的四个顶点中的第i个顶点相交;
当所述夹角等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面相交。
在一实施例中,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型,包括:
所述根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:
根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆柱方程是否存在实根;
当所述圆柱方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞;
当所述圆柱方程存在实根时,计算所述圆柱方程的解,并判断所述圆柱方程的解是否满足(x-x0)∈[0,H],所述H表示所述圆柱的高;
当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆柱方程的解未满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
在一实施例中,所述当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞,包括:
当x1,x2都满足(x-x0)∈[0,H]时,根据所述x1确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点,所述x1、所述x2表示所述圆柱方程的两个解;
当x1,x2中任一个满足(x-x0)∈[0,H]时,则根据满足(x-x0)∈[0,H]的解确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点。
在一实施例中,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型,包括:
根据所述目标物的机身前段,在目标坐标系下建立圆锥方程为:x2=f2[(y-y0')2+(z-z0')2],其中,所述(x,y,z)表示所述圆锥表面上任一点的坐标,所述(y0',z0')表示所述圆锥的顶点坐标,所述f=ctgα,所述α表示圆锥段的半顶角;
所述根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:
根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆锥方程是否存在实根;
当所述圆锥方程存在实根时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆锥方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
本发明实施例的第二方面提供了一种导弹与目标物交会的判断装置,包括:
建立模型模块,用于采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型;
处理模块,用于根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;
判断模块,用于根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备,包括:存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述导弹与目标物交会的判断方法所述的步骤
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质,包括:所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上述导弹与目标物交会的判断方法所述的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本发明实施例提供一种导弹与目标物交会的判断方法及终端设备,所述方法通过建立导弹和/或目标物交会的模型;根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,可以根据触发引信的单发导弹的特点判断是否直接命中目标物,解决了由于设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种导弹与目标物交会的判断方法的实现流程示意图;
图2是本发明实施例提供的导弹的各种弹道参数在地面坐标系中的示意图;
图3是本发明实施例提供的导弹与目标物交会的判断装置的示例图;
图4是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例提供一种导弹与目标物交会的判断方法,如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤101,采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型。
MATLAB主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境,它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今科学计算软件的先进水平。
步骤102,根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点。
导弹与目标物的交会角是导弹速度矢量与目标物速度矢量的相反方向的夹角。交会角能够准确的反应出导弹与目标物相遇时的交会情况。本文在采用导弹与目标物交会的模型进行仿真时,是通过搭建数学模型,利用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink进行建模仿真。具体是通过搭建模型,然后对导弹和目标物赋予一定的速度,通过仿真系统得出导弹与目标物交会时的角度,依据此法依次进行多组数据仿真。本文搭建的仿真模型为了便于仿真和观察,采用了3层嵌套的嵌套式的连接方法,通过赋值进行仿真得出导弹与目标物交会时的角度数据如表一所示。
进一步的,采用仿真的到的交会角作为碰撞点仿真时的基础数据进行仿真,模型共分为2层嵌套,如表二所示,可以通过仿真得到的导弹与目标在不同情况下的碰撞点坐标。
步骤103,根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
通过以上几组数据仿真,得到了导弹与目标物交会时在不同情况下的碰撞点,依据碰撞点对导弹与目标物坐标方程判断导弹与目标物是否碰撞。在本实施例中目标物分为三段:机身前段、机身中段、机身尾段,其对应的等效几何形状分别为圆锥体、圆柱体、四面平板。如表三所示。
表一
表二
表三
导弹速度矢量vm在地面坐标系中的矢量可以用两个角度来确定,导弹偏航角φm和导弹弹道倾斜角θm,φm和θm可以通过下面的坐标转化关系确定导弹速度矢量在地面坐标系内的三个分量:
其中,Mx[-φm]表示绕y轴旋转-φm的转换矩阵;
Mz[-φm]表示绕z轴旋转-θm的转换矩阵:
将(3)和(4)代入(1)中可得:
同样,目标物速度矢量vt在地面坐标系内的三个分量可写为:
式中φt和θt分别为目标物的航向角及飞行轨迹倾角。按照所述地面坐标系的定义,在目标物不作水平机动时,φt=π。
导弹与目标物的交会角是导弹速度矢量与目标速度矢量的相反方向的夹角,记为η,可根据式(5)和(6)的计算结果写成:η反映了导弹与目标物的交会条件,当η=π/2时,目标物相对导弹的接近角最大,接近角用Ωr表示,Ωr定义为导弹纵轴与相对速度之间的夹角,用于描述相对导弹的目标物来向。ηr为导弹相对目标物接近角,定义为目标物纵轴与相对速度之间的夹角,用来描述相对目标物的导弹来向。从目标坐标系来看,导弹依ηr角接近目标,ηr=0为正面迎击,此时目标机头首先进入引信视场;ηr=90°时,属纯侧向攻击,目标机身在垂直于相对速度方向的头因很短,往往会引起引战配合不良。/>
导弹与目标相对运动速度矢量vr定义为:vr=vm-vt。vr在地面坐标系下的三个分量可表示为:相对运动速度值vr为:/>相对速度矢量在地面坐标系中的方向可以用相对速度偏航角φr和相对速度倾角θr表示,其值分别为:
所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹模型,包括:若在所述导弹与所述目标物的遭遇段所述导弹不发生滚转,则所述导弹的弹体表面上的点在相对速度坐标系中的运动轨迹为直线束,所述直线束的方向为平行于所述导弹与所述目标物相对运动速度矢量的方向,所述直线束的方程为:(xr,yr,zr)T=(x,y,z)T+[Mm-r](xm,ym,zm)T,其中,所述(x,y,z)表示原点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述原点为所述导弹的单体的几何中心,所述(xr,yr,zr)表示所述导弹表面上的点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述(xm,ym,zm)表示所述导弹表面上的点在弹体坐标系中的坐标,所述Mm-r表示所述弹体坐标系中的坐标转换为所述相对速度坐标系中的坐标的转换系数矩阵;
建立导弹和目标物交会的模型,包括:若所述直线束中的任意一条直线与所述目标物表面存在交点,则确定所述交点为碰撞点,所述碰撞点的方程为:(xp,yp,zp)T=[Mr-t](xr,yr,zr)T+(xto,yto,zto)T,其中,所述(xp,yp,zp)表示所述碰撞点在目标坐标系中的坐标,所述(xto,yto,zto)表示所述目标物的导引中心在所述目标坐标系中的坐标,xto为所述目标物的导引中心到几何中心的距离,yto=0,zto=0;所述Mr-t表示所述相对速度坐标系中的坐标转换为所述目标坐标系中的坐标的转换系数矩阵。
若发生实际碰撞,碰撞点坐标(xp,yp,zp),考虑引信的延迟,炸点坐标(xp+Δxp,yp,zp),其中,所述Δxp=KrVrτ,其中,所述τ为引信瞬发度;所述Kr为碰撞时相对速度的剩余系数。
若忽略延迟,在给定落入坐标(y,z)的情况下,弹体表面已知点(xm,ym,zm)与目标表面的未知点(xp,yp,zp)碰撞,则其碰撞点在相对速度坐标系中满足xr=f(yr,zr),则碰撞点的方程也可以为:(xp,yp,zp)T=A(f(yr,zr),yr,zr)T+(xto,yto,zto)T。
进一步的,根据所述直线方程和所述碰撞点方程,计算获得所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值。
yr=y+b21xm+b22ym+b23zm,和zr=z+b31xm+b32ym+b33zm;
进一步的,将yr和zr的表达式分别代入xp、yp、zp中,得到:其中,m=xto+a12yr+a13zr,M=a11;l=yto+a22yr+a23zr,L=a21;k=zto+a32yr+a33zr,K=a31。
进一步的,以下以导弹与目标物的机翼部分碰撞的判定进行详细描述。
根据目标物的机翼部分建立平面方程:A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)=0;其中,平面方程中四边形的四个顶点坐标分别为:P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4);A=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1),B=(x3-x1)(z2-z1)-(x2-x1)(z3-z1);C=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1)。
进一步的,根据获得碰撞点与所述目标物的机翼表面任一点的距离,其中,所述|pip|表示所述距离,所述(xi,yi,zi)表示所述目标物的机翼表面任一点的坐标,所述i的取值分别为1、2、3和4,当i的取值为4时,用(i+1)表示。
判定所述距离是否等于第一预设阈值;可选的,第一预设阈值为0。
当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;即当所述距离中的任意一个为0时,表明导弹与所述目标物的机翼所在平面的四个顶点中的第i个顶点相交;例如,当|p2p|为0时,表明导弹与P2相交。
判定所述夹角之和是否等于第二预设阈值;所述第二预设阈值可以为3600。
当所述夹角之和等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞,进一步的,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面相交。当所述夹角之和不等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
进一步的,以下以导弹与目标物的机身中段部分碰撞的判定进行详细描述。
目标物的机身中段部分等效于圆柱体,因此本实施例中目标物以圆柱进行描述。在目标坐标系下,圆柱底面中心的y和z坐标值为0,则记为(x0,0,0),下底半径R1,上低半径R2,高H,方向与x轴一致,圆柱方程可以表示为:其中0≤(x-x0)≤H,/>r=R1+x0tgα。
进一步的,由于在圆柱段,α=0,因此tgα=0,在目标坐标系下建立的圆柱方程简化为:其中,所述(y,z)表示所述圆柱表面上任一点的坐标,所述(y0,z0)表示所述圆柱的中心,所述r表示所述圆柱的半径。
判断碰撞点是否满足导弹以相对速度匀速直线运动的方程,又满足圆柱方程,即判断导弹以相对速度匀速直线运动的方程与圆柱方程是否有交点,也就是说直线与圆柱是否有交点。
圆柱方程可等效为:(l'+Lx)2+(k'+Kx)2=r2,其中,l'=l-y0,k'=k-z0。
进一步的,将圆柱方程写成标准形式为(K2+L2)x2+2(l'L+k'K)x+l'2k'2-r2=0,可得出:进一步得到:Δ=b2-4ac,根据Δ判断所述圆柱方程是否存在实根,从而确定所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
当Δ<0时,则所述圆柱方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物无交点,即所述导弹与所述目标物未发生碰撞;
当Δ>0时,圆柱方程存在两个不等的实根,所述导弹与所述目标物可能相交,当Δ=0时,圆柱方程存在两个相等的实根,所述导弹与所述目标物可能相交,此时需要进一步确定所述导弹与所述目标物是否有交点。
当x1,x2满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当x1,x2未满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
进一步的,当x1,x2都满足(x-x0)∈[0,H]时,根据所述x1确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点;当x1,x2中任一个满足(x-x0)∈[0,H]时,则根据满足(x-x0)∈[0,H]的解确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点。
进一步的,以下以导弹与目标物的机身前段部分碰撞的判定进行详细描述。
目标物的机身中段部分等效于圆锥体,因此本实施例中目标物以圆锥进行描述。根据所述目标物的机身前段,在目标坐标系下建立圆锥方程为:其中,0≤(x-x0)≤H,R2=0,/>r=R1+x0tgα。或者圆锥方程为:x2=f2[(y-y0')2+(z-z0')2],其中,所述(x,y,z)表示所述圆锥表面上任一点的坐标,所述(y0',z0')表示所述圆锥的顶点坐标,在目标坐标系下y0'=0,z0'=0,f=ctgα,α为圆锥段的半顶角。
判断碰撞点是否满足导弹以相对速度匀速直线运动的方程,又满足圆锥方程,即判断导弹以相对速度匀速直线运动的方程与圆锥方程是否有交点,也就是说直线与圆锥是否有交点。
进一步的计算Δ=b2-4ac,根据Δ判断所述圆锥方程是否存在实根,从而确定所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
当Δ<0时,则所述圆锥方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物无交点,即所述导弹与所述目标物未发生碰撞;
当Δ>0时,圆柱方程存在两个不等的实根,所述导弹与所述目标物有交点,即所述导弹与所述目标物发生碰撞,当Δ=0时,圆柱方程存在两个相等的实根,所述导弹与所述目标物有交点,即所述导弹与所述目标物发生碰撞。
本发明实施例提供一种导弹与目标物交会的判断方法,通过建立导弹和/或目标物交会的模型;根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,可以根据触发引信的单发导弹的特点判断是否直接命中目标物,解决了现有技术中由于设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究的问题。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例提供一种导弹与目标物交会的判断装置,如图3所示,该装置包括:建立模型模块301,处理模块302,判断模块303。
建立模型模块301,用于采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和/或目标物交会的模型。
处理模块302,用于根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点。
判断模块303,用于根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞。
进一步可选的,所述建立模型模块301,用于:
若在所述导弹与所述目标物的遭遇段所述导弹不发生滚转,则所述导弹的弹体表面上的点在相对速度坐标系中的运动轨迹为直线束,所述直线束的方程为:(xr,yr,zr)T=(x,y,z)T+[Mm-r](xm,ym,zm)T,其中,所述(x,y,z)表示原点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述原点为所述导弹的单体的几何中心,所述(xr,yr,zr)表示所述导弹表面上的点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述(xm,ym,zm)表示所述导弹表面上的点在弹体坐标系中的坐标,所述Mm-r表示所述弹体坐标系中的坐标转换为所述相对速度坐标系中的坐标的转换系数矩阵;
若所述直线束中的任意一条直线与所述目标物表面存在交点,则确定所述交点为碰撞点,所述碰撞点的方程为:(xp,yp,zp)T=[Mr-t](xr,yr,zr)T+(xto,yto,zto)T,其中,所述(xp,yp,zp)表示所述碰撞点在目标坐标系中的坐标,所述(xto,yto,zto)表示所述目标物的导引中心在所述目标坐标系中的坐标,所述Mr-t表示所述相对速度坐标系中的坐标转换为所述目标坐标系中的坐标的转换系数矩阵;
处理模块302,还用于:根据所述直线方程和所述碰撞点方程,计算获得所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值。
可选的,建立模型模块301,还用于根据目标物的机翼部分建立所述目标物的平面方程:A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)=0;其中,平面方程中四边形的四个顶点坐标分别为:P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4);所述A=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1),所述B=(x3-x1)(z2-z1)-(x2-x1)(z3-z1);所述C=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1);
可选的,判断模块303,还用于根据获得碰撞点与所述目标物的机翼表面任一点的距离,其中,所述|pip|表示所述距离,所述(xi,yi,zi)表示所述目标物的机翼表面任一点的坐标,所述i的取值分别为1、2、3和4,当i的取值为4时,用(i+1)表示;
判定所述距离是否等于第一预设阈值;当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;
判定所述夹角之和是否等于第二预设阈值;当所述夹角之和等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;
当所述夹角之和不等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
进一步的,当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面的四个顶点中的第i个顶点相交;当所述夹角等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面相交。
可选的,建立模型模块301,还用于根据所述目标物的机身中段,在目标坐标系下建立圆柱方程为:其中,所述(y,z)表示所述圆柱表面上任一点的坐标,所述(y0,z0)表示所述圆柱的中心,所述r表示所述圆柱的半径;
判断模块303,还用于根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆柱方程是否存在实根;
当所述圆柱方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞;
当所述圆柱方程存在实根时,计算所述圆柱方程的解,并判断所述圆柱方程的解是否满足(x-x0)∈[0,H],所述H表示所述圆柱的高;
当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆柱方程的解未满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
进一步的,所述当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞,包括:
当x1,x2都满足(x-x0)∈[0,H]时,根据所述x1确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点,所述x1、所述x2表示所述圆柱方程的两个解;
当x1,x2中任一个满足(x-x0)∈[0,H]时,则根据满足(x-x0)∈[0,H]的解确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点。
可选的,建立模型模块301,还用于根据所述目标物的机身前段,在目标坐标系下建立圆锥方程为:x2=f2[(y-y0')2+(z-z0')2],其中,所述(x,y,z)表示所述圆锥表面上任一点的坐标,所述(y0',z0')表示所述圆锥的顶点坐标,所述f=ctgα,所述α表示圆锥段的半顶角;
判断模块303,还用于根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆锥方程是否存在实根;
当所述圆锥方程存在实根时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆锥方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
本发明实施例提供一种导弹与目标物交会的判断装置,通过建立模型模建立导弹和/或目标物交会的模型;根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型处理模块获得所述导弹与所述目标物的碰撞点;根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断模块判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,可以根据触发引信的单发导弹的特点判断是否直接命中目标物,解决了现有技术中由于设有近炸引信的导弹与仅设置触发引信的导弹命中目标物的机理不同,对于仅采用触发引信的导弹的单发导弹杀伤概率问题的研究不能直接采用现有技术中的理论和方法进行研究的问题。
图4是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图4所示,该实施例的终端设备4包括:处理器401、存储器402以及存储在所述存储器402中并可在所述处理器401上运行的计算机程序403,例如导弹与目标物交会的判断程序。所述处理器401执行所述计算机程序403时实现上述导弹与目标物交会的判断方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤101至103,所述处理器401执行所述计算机程序403时实现上述各装置实施例中各模块的功能,例如图3所示模块301至303的功能。
示例性的,所述计算机程序403可以被分割成一个或多个模块,所述一个或者多个模块被存储在所述存储器402中,并由所述处理器401执行,以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序403在所述导弹与目标物交会的判断的装置或者终端设备4中的执行过程。例如,所述计算机程序403可以被分割成建立模型模块301,处理模块302,判断模块303,各模块具体功能如图3所示,在此不再一一赘述。
所述终端设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括,但不仅限于,处理器401、存储器402。本领域技术人员可以理解,图4仅仅是终端设备4的示例,并不构成对终端设备4的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器401可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器402可以是所述终端设备4的内部存储单元,例如终端设备4的硬盘或内存。所述存储器402也可以是所述终端设备4的外部存储设备,例如所述终端设备4上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器402还可以既包括所述终端设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器402用于存储所述计算机程序以及所述终端设备4所需的其他程序和数据。所述存储器402还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置/终端设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种导弹与目标物交会的判断方法,其特征在于,包括:
采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和目标物交会的模型,包括:若在所述导弹与所述目标物的遭遇段所述导弹不发生滚转,则所述导弹的弹体表面上的点在相对速度坐标系中的运动轨迹为直线束,所述直线束的方程为:(xr,yr,zr)T=(x,y,z)T+[Mm-r](xm,ym,zm)T,其中,所述(x,y,z)表示原点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述原点为所述导弹的单体的几何中心,所述(xr,yr,zr)表示所述导弹表面上的点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述(xm,ym,zm)表示所述导弹表面上的点在弹体坐标系中的坐标,所述Mm-r表示所述弹体坐标系中的坐标转换为所述相对速度坐标系中的坐标的转换系数矩阵;若所述直线束中的任意一条直线与所述目标物表面存在交点,则确定所述交点为碰撞点,所述碰撞点的方程为:(xp,yp,zp)T=[Mr-t](xr,yr,zr)T+(xto,yto,zto)T,其中,所述(xp,yp,zp)表示所述碰撞点在目标坐标系中的坐标,所述(xto,yto,zto)表示所述目标物的导引中心在所述目标坐标系中的坐标,所述Mr-t表示所述相对速度坐标系中的坐标转换为所述目标坐标系中的坐标的转换系数矩阵;根据目标物的机翼部分建立所述目标物的平面方程:A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)=0;其中,平面方程中四边形的四个顶点坐标分别为:P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4);所述A=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1),所述B=(x3-x1)(z2-z1)-(x2-x1)(z3-z1);所述C=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1);
根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点,包括:根据所述直线束方程和所述碰撞点方程,计算获得所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值;
根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:根据|获得碰撞点与所述目标物的机翼表面任一点的距离,其中,所述|pip|表示所述距离,所述(xi,yi,zi)表示所述目标物的机翼表面任一点的坐标,所述i的取值分别为1、2、3和4,当i的取值为4时,用i+1表示;判定所述距离是否等于第一预设阈值;当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述距离不等于第一预设阈值时,根据计算所述目标物的机翼所在平面的四个顶点与所述碰撞点连线间的夹角之和,其中,所述σi表示所述夹角;判定所述夹角之和是否等于第二预设阈值;当所述夹角之和等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述夹角之和不等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
2.如权利要求1所述的导弹与目标物交会的判断方法,其特征在于,
当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面的四个顶点中的第i个顶点相交;
当所述夹角等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物的机翼所在平面相交。
3.如权利要求1所述的导弹与目标物交会的判断方法,其特征在于,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和目标物交会的模型,包括:
所述根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:
根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆柱方程是否存在实根;
当所述圆柱方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞;
当所述圆柱方程存在实根时,计算所述圆柱方程的解,并判断所述圆柱方程的解是否满足(x-x0)∈[0,H],所述H表示所述圆柱的高;
当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆柱方程的解未满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
4.如权利要求3所述的导弹与目标物交会的判断方法,其特征在于,所述当所述圆柱方程的解满足(x-x0)∈[0,H]时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞,包括:
当x1,x2都满足(x-x0)∈[0,H]时,根据所述x1确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点,所述x1、所述x2表示所述圆柱方程的两个解;
当x1,x2中任一个满足(x-x0)∈[0,H]时,则根据满足(x-x0)∈[0,H]的解确定的碰撞点为所述导弹与所述目标物发生碰撞的碰撞点。
5.如权利要求1所述的导弹与目标物交会的判断方法,其特征在于,所述采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和目标物交会的模型,包括:
根据所述目标物的机身前段,在目标坐标系下建立圆锥方程为:x2=f2[(y-y0')2+(z-z0')2],其中,所述(x,y,z)表示所述圆锥表面上任一点的坐标,所述(y0',z0')表示所述圆锥的顶点坐标,所述f=ctgα,所述α表示圆锥段的半顶角;
所述根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:
根据所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值,判断所述圆锥方程是否存在实根;
当所述圆锥方程存在实根时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述圆锥方程不存在实根时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
6.一种导弹与目标物交会的判断装置,其特征在于,包括:
建立模型模块,用于采用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink建立导弹和目标物交会的模型,包括:若在所述导弹与所述目标物的遭遇段所述导弹不发生滚转,则所述导弹的弹体表面上的点在相对速度坐标系中的运动轨迹为直线束,所述直线束的方程为:(xr,yr,zr)T=(x,y,z)T+[Mm-r](xm,ym,zm)T,其中,所述(x,y,z)表示原点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述原点为所述导弹的单体的几何中心,所述(xr,yr,zr)表示所述导弹表面上的点在所述相对速度坐标系中的坐标,所述(xm,ym,zm)表示所述导弹表面上的点在弹体坐标系中的坐标,所述Mm-r表示所述弹体坐标系中的坐标转换为所述相对速度坐标系中的坐标的转换系数矩阵;若所述直线束中的任意一条直线与所述目标物表面存在交点,则确定所述交点为碰撞点,所述碰撞点的方程为:(xp,yp,zp)T=[Mr-t](xr,yr,zr)T+(xto,yto,zto)T,其中,所述(xp,yp,zp)表示所述碰撞点在目标坐标系中的坐标,所述(xto,yto,zto)表示所述目标物的导引中心在所述目标坐标系中的坐标,所述Mr-t表示所述相对速度坐标系中的坐标转换为所述目标坐标系中的坐标的转换系数矩阵;根据目标物的机翼部分建立所述目标物的平面方程:A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)=0;其中,平面方程中四边形的四个顶点坐标分别为:P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4);所述A=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1),所述B=(x3-x1)(z2-z1)-(x2-x1)(z3-z1);所述C=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1);
处理模块,用于根据所述导弹的模型,以及所述导弹与所述目标物交会的模型获得所述导弹与所述目标物的碰撞点,包括:根据所述直线束方程和所述碰撞点方程,计算获得所述碰撞点在目标坐标系中的坐标值;
判断模块,用于根据所述目标物的模型,以及所述导弹与所述目标物的碰撞点,判断所述导弹与所述目标物是否发生碰撞,包括:根据获得碰撞点与所述目标物的机翼表面任一点的距离,其中,所述|pip|表示所述距离,所述(xi,yi,zi)表示所述目标物的机翼表面任一点的坐标,所述i的取值分别为1、2、3和4,当i的取值为4时,用i+1表示;判定所述距离是否等于第一预设阈值;当所述距离等于第一预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述距离不等于第一预设阈值时,根据
计算所述目标物的机翼所在平面的四个顶点与所述碰撞点连线间的夹角之和,其中,所述σi表示所述夹角;判定所述夹角之和是否等于第二预设阈值;当所述夹角之和等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物发生碰撞;当所述夹角之和不等于第二预设阈值时,确定所述导弹与所述目标物未发生碰撞。
7.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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《触发式防控导弹单发命中概率与单发杀伤概率数学模型》;谢梦飞;《兵工学报》;19840831;第22-24页 * |
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