CN111125623B - 一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法,通过构建在弹目相对速度坐标系内由于空气阻力的作用的战斗部破片飞散轨迹变模型，有效解决了在超低空作战条件下战斗部破片命中目标的精度问题，并可针对大规模仿真计算进行精度设置，满足不同计算精度和计算规模的平衡。相比传统的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，该方法能够准确仿真评估超低空作战条件下的引战配合设计、引战系统设计和武器系统作战效能。

Description

一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法
技术领域
本发明涉及战斗部破片飞散轨迹计算技术领域，特别是一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法。
背景技术
在导弹超低空作战时，空气密度较大，此过程中可以认为目标速度保持不变，空气阻力引起的破片速度变化不能被被忽略，破片在弹目相对速度坐标系内的飞散轨迹不再是直线，而是曲线。以往方法中，破片在弹目相对速度坐标系内的飞散速度未考虑到不断变小的问题，破片飞散轨迹仍按照匀速直线运动计算，因此以往方法不能精确计算出破片命中目标的位置，影响了引战配合设计和评估的置信度。
发明内容
本发明目的在于提供一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，解决以往引战配合设计和评估置信度的问题。
本发明提出一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，其步骤为：
第一步、根据引信起爆位置，初始化计算参数，第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算。
其中，第一步、根据引信起爆位置，初始化计算参数包括：
根据相对速度坐标系内的破片初始位置破片在弹体系内的初始位置/>和导弹在相对速度坐标系内的起爆位置为/>得到：
破片在目标坐标系内的初始位置PFInit_TargCrd(n0)为：
弹目相对速度Vrel可用以下公式计算：
其中[VXM_LaunCrd,VYM_LaunCrd,VZM_LaunCrd]为发射坐标系内的导弹速度，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度；
相对速度坐标系内的破片初速VFInit_VrelCrd(n0)可用以下公式计算：
其中VFInit_MslCrd(n0)为弹体内破片初速，[VXrel,VYrel,VZrel]为弹目相对速度，EV2M为相对速度坐标系到弹体系的转换矩阵，为弹体内破片初速；
弹体系内的破片初速VFInit_TargCrd(n0)用以下公式计算：
其中ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，为相对速度坐标系内的破片初速；
发射坐标系内的破片初速VFInit_LaunCrd(n0)用以下公式计算：
其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，为发射坐标系内的导弹速度；
破片飞行时间时间常数a∈{1.0,2.0}，每一枚破片所需计算的循环次数N1＝ceil(T/Δtatn)，Δtatn为设定的时间步长，PMInit_VrelCrd为导弹在相对速度坐标系内的起爆位置；
每条轨迹的起始速度与位置计算公式如下：
VFTargCrd(n0,0)＝VFInit_TargCrd(n0)
VFLaunCrd(n0,0)＝VFInit_LaunCrd(n0)
PFTargCrd(n0,0)＝PFInit_TargCrd(n0)
其中PFInit_TargCrd(n0)为破片在目标坐标系内的初始位置，由前文计算得到。
其中，第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算包括：
使用命中检测的算法，求解轨迹的长度、末端的位置与破片存速，如果命中目标，计算出此段轨迹命中目标的时间thtTarg，t(n0,n1)＝thtTarg，此线段轨迹终止计算；如果未命中目标，则t(n0,n1)＝Δtatn，破片飞行距离R(n0,n1)＝t(n0,n1)|VFLaunCrd(n0,n1-1)|，发射坐标系内破片存速：其中为上一计算周期内发射坐标系内破片存速，k为衰减系数；
目标坐标系内的破片存速为：
此破片轨迹继续计算至命中目标或者超过设定的破片最大飞行时间。其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度。
本发明的优点是考虑了由于空气阻力引起的战斗部破片飞散速度的衰减，弹目相对速度坐标内的破片飞散轨迹不是直线而是曲线，该方法能够精确计算出破片命中目标的位置，并可针对大规模仿真计算进行精度设置，满足不同计算精度和计算规模的平衡。相比传统的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，该方法能够准确仿真评估超低空作战条件下的引战配合设计、引战系统设计和武器系统效能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式做出详细说明。
本发明提出一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法的具体步骤为：
第一步、根据引信起爆位置，初始化计算参数。
通过起爆点时刻的弹道参数，初始化以下参数：发射坐标系内的导弹速度VM_LaunCrd＝[VXM_LaunCrd,VYM_LaunCrd,VZM_LaunCrd]、发射坐标系内的目标速度VT_LaunCrd＝[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]、起爆时刻的导弹高度HM、相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵EV2L、相对速度坐标系到弹体系的转换矩阵EV2M、目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵ET2V、破片初始位置PInit(n0)与速度VInit(n0)计算，相对速度坐标系内的破片初始位置PFInit_VrelCrd(n0)、弹目相对速度Vrel，弹体内破片初速VFInit_MslCrd(n0)、相对速度坐标系内的破片初速VFInit_VrelCrd(n0)、弹体系内的破片初速VFInit_TargCrd(n0)和发射坐标系内的破片初速VFInit_LaunCrd(n0)。通过仿真参数设置破片飞行时间T和破片飞行的衰减时间间隔设置Δtatn。
第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算。
采用迹线法求解每段破片飞行轨迹是否命中目标、每一段破片轨迹的长度、轨迹末端的位置与破片存速，如果命中目标，计算出此段轨迹命中目标的时间thtTarg，t(n0,n1)＝thtTarg，此线段轨迹终止计算；如果未命中目标，则t(n0,n1)＝Δtatn，破片飞行距离为R(n0,n1)，发射坐标系内破片存速VFLaunCrd(n0,n1)，目标坐标系内的破片存速为VFTargCrd(n0,n1)，此破片轨迹继续计算至命中目标或者超过设定的最大破片飞行时间。
具体的，本发明一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法的具体步骤为：
第一步、根据引信起爆位置，初始化计算参数：
根据相对速度坐标系内的破片初始位置破片在弹体系内的初始位置/>和导弹在相对速度坐标系内的起爆位置为/>得到：
破片在目标坐标系内的初始位置PFInit_TargCrd(n0)为：
弹目相对速度Vrel可用以下公式计算：
其中[VXM_LaunCrd,VYM_LaunCrd,VZM_LaunCrd]为发射坐标系内的导弹速度，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度；
相对速度坐标系内的破片初速VFInit_VrelCrd(n0)可用以下公式计算：
其中VFInit_MslCrd(n0)为弹体内破片初速，[VXrel,VYrel,VZrel]为弹目相对速度，EV2M为相对速度坐标系到弹体系的转换矩阵，为弹体内破片初速；
弹体系内的破片初速VFInit_TargCrd(n0)用以下公式计算：
其中ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，为相对速度坐标系内的破片初速；
发射坐标系内的破片初速VFInit_LaunCrd(n0)用以下公式计算：
其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，为发射坐标系内的导弹速度；
破片飞行时间时间常数a∈{1.0,2.0}，每一枚破片所需计算的循环次数N1＝ceil(T/Δtatn)，Δtatn为设定的时间步长，PMInit_VrelCrd为导弹在相对速度坐标系内的起爆位置；
每条轨迹的起始速度与位置计算公式如下：
VFTargCrd(n0,0)＝VFInit_TargCrd(n0)
VFLaunCrd(n0,0)＝VFInit_LaunCrd(n0)
PFTargCrd(n0,0)＝PFInit_TargCrd(n0)
其中PFInit_TargCrd(n0)为破片在目标坐标系内的初始位置，由前文计算得到；
第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算：
使用命中检测的算法，求解轨迹的长度、末端的位置与破片存速，如果命中目标，计算出此段轨迹命中目标的时间thtTarg，t(n0,n1)＝thtTarg，此线段轨迹终止计算；如果未命中目标，则t(n0,n1)＝Δtatn，破片飞行距离R(n0,n1)＝t(n0,n1)|VFLaunCrd(n0,n1-1)|，发射坐标系内破片存速：其中为上一计算周期内发射坐标系内破片存速，k为衰减系数；
目标坐标系内的破片存速为：
此破片轨迹继续计算至命中目标或者超过设定的破片最大飞行时间。其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度。
发明考虑了由于空气阻力引起的战斗部破片飞散速度的衰减，弹目相对速度坐标内的破片飞散轨迹不是直线而是曲线，该方法能够精确计算出破片命中目标的位置，并可针对大规模仿真计算进行精度设置，满足不同计算精度和计算规模的平衡。相比传统的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，该方法能够准确仿真评估超低空作战条件下的引战配合设计、引战系统设计和武器系统效能。

Claims (2)

1.一种超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，其特征在于，其步骤为：
第一步、根据相对速度坐标系内的破片初始位置破片在弹体系内的初始位置/>和导弹在相对速度坐标系内的起爆位置为/>得到：
破片在目标坐标系内的初始位置PFInit_TargCrd(n0)为：
弹目相对速度Vrel用以下公式计算：
其中[VXM_LaunCrd,VYM_LaunCrd,VZM_LaunCrd]为发射坐标系内的导弹速度，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度；
相对速度坐标系内的破片初速VFInit_VrelCrd(n0)用以下公式计算：
其中VFInit_MslCrd(n0)为弹体内破片初速，[VXrel,VYrel,VZrel]为弹目相对速度，EV2M为相对速度坐标系到弹体系的转换矩阵，为弹体内破片初速；
弹体系内的破片初速VFInit_TargCrd(n0)用以下公式计算：
其中ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，为相对速度坐标系内的破片初速；
发射坐标系内的破片初速VFInit_LaunCrd(n0)用以下公式计算：
其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，为发射坐标系内的导弹速度；
破片飞行时间时间常数a∈{1.0,2.0}，每一枚破片所需计算的循环次数N1＝ceil(T/Δtatn)，Δtatn为设定的时间步长，PMInit_VrelCrd为导弹在相对速度坐标系内的起爆位置；
每条轨迹的起始速度与位置计算公式如下：
VFTargCrd(n0,0)＝VFInit_TargCrd(n0)
VFLaunCrd(n0,0)＝VFInit_LaunCrd(n0)
PFTargCrd(n0,0)＝PFInit_TargCrd(n0)
其中PFInit_TargCrd(n0)为破片在目标坐标系内的初始位置，由前文计算得到；
第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算。
2.根据权利要求1所述的超低空作战条件下的战斗部破片飞散轨迹计算的方法，其特征在于，
第二步、根据命中检测算法，求解每段破片飞行轨迹是否命中目标，并进行下一步迭代计算：
使用迹线法，求解轨迹的长度、末端的位置与破片存速，如果命中目标，计算出此段轨迹命中目标的时间thtTarg，t(n0,n1)＝thtTarg，此线段轨迹终止计算；如果未命中目标，则t(n0,n1)＝Δtatn，破片飞行距离R(n0,n1)＝t(n0,n1)|VFLaunCrd(n0,n1-1)|，发射坐标系内破片存速：其中为上一计算周期内发射坐标系内破片存速，k为衰减系数；
目标坐标系内的破片存速为：
此破片轨迹继续计算至命中目标或者超过设定的破片最大飞行时间，其中EV2L为相对速度坐标系到发射坐标系的转换矩阵，ET2V为目标坐标系到相对速度坐标系的转转矩阵，[VXT_LaunCrd,VYT_LaunCrd,VZT_LaunCrd]为发射坐标系内的目标速度。
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