CN111857177B

CN111857177B - 一种远程操控靶标指令生成方法、装置、设备及介质

Info

Publication number: CN111857177B
Application number: CN202010700608.0A
Authority: CN
Inventors: 周颖
Original assignee: Xi'an Kewei Industrial Development Co ltd
Current assignee: Xi'an Kewei Industrial Development Co ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: CN111857177A

Abstract

本发明公开一种远程操控靶标指令生成方法、装置、设备及介质，方法包括以下步骤：靶标任务飞行段，驾驶员根据模拟目标飞机的运动特性操纵驾驶杆生成操控指令后，操控指令经过指令生成器修正后输出模拟目标运动特性的等效指令，等效指令经过上行数据链路传输至弹上控制系统，弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行，使靶标的飞行轨迹按照驾驶员的意图真实模拟目标运动特性。通过等价相似性原理生成等效指令的方法，来实现靶标真实模拟目标战斗机运动特性的能力。

Description

一种远程操控靶标指令生成方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明属于航空技术领域，涉及一种远程操控靶标指令生成方法、装置、设备及介质。

背景技术

靶标是一种能够模拟作战飞机和来袭导弹，为地空导弹、空空导弹的研制、定型和鉴定试验以及部队实战训练提供高逼真的空中目标。对于武器系统的试验与评价的可信度，在很大程度上取决于空中靶标模拟威胁目标的逼真程度。目前，靶标性能在空域、速域以及机动能力方面都有了大幅度提高，在性能上可以实现对高空、高速、持续大过载能力的三代机和四代机以及巡航导弹的模拟。

但是目前无人靶标的操纵控制大都是以固定程序和简单的指令遥控飞行，靶标在空中模拟飞机在遭受导弹攻击时的机动逃逸动作，往往是事先写在飞行程序内，通过程序或通过地面遥控发出机动时间按照预定的机动模式如180度调头或蛇形机动等进行机动。靶标的这种固定程序的机动逃逸模式可以适应简单、固定的供靶模式，但不能模拟真实的红蓝对抗战术逃逸机动。因此，可以真实模拟蓝军飞机目标的高性能远程操控靶标是未来部队实战训练的重要装备。

远程操控靶标是在有人驾驶飞机的基础上进行改进，将飞行员驾驶舱搬至地面操控站或者通过另一架有人驾驶战斗机远程操控无人靶标。驾驶员远程操控靶标结构框图如附图1所示。

驾驶员通过操控驾驶杆将生成的指令信号通过无线电通讯方式上传至弹上控制系统，操控靶标运动。由于靶机在总体设计时，往往只考虑在性能上的指标满足能力，如定高定速平飞能力、过载能力和过载持续时间等稳态指标性能，但靶标的气动外形与被模拟目标存在较大差异，其升力特性、操纵特性、阻尼特性等均与模拟目标不同，且在靶标控制系统设计时往往只考虑控制系统的稳态特性指标，而未考虑靶标的动态特性，如过载的建立时间、转弯半径的大小以及复杂对抗动作中飞行员的限制等问题，导致驾驶员发出同样的操控指令，但靶标与模拟目标飞行的运动轨迹并不像，这会对靶标模拟目标运动特性的真实性产生很大的影响。因此，如何保证靶标的稳态性能和动态性能两方面都与被模拟的对象运动特性相一致是远程操控靶标研制的一项关键技术。

发明内容

为了实现远程操控靶标能够逼真的模拟目标运动特性的目的，本发明提供一种远程操控靶标指令生成方法、装置、设备及介质，该方法基于等价相似性原理，来实现靶标真实模拟目标战斗机运动特性的能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明一种远程操控靶标指令生成方法，包括以下步骤：

获取驾驶员根据仪表显示的飞行态势和模拟目标飞机的运动特性操纵驾驶杆生成操控指令；

经过指令生成器将操控指令修正后输出模拟目标运动特性的等效指令；

经过上行数据链路将等效指令传输至靶标弹上控制系统，靶标弹上控制系统用于根据预先设计的控制律控制靶标飞行。

可选地，所述的指令生成器是根据靶标的动力学、运动学特性、靶标弹上控制系统性能和被模拟目标的运动特性，并对驾驶员的操控指令进行修正。

可选地，所述的指令生成器的输入包括预先建立的靶标动力学和运动学特性模型、靶标控制系统模型、被模拟目标运动特性模型以及驾驶员操纵指令。

可选地，所述的指令生成器采用以下步骤得到：

a)采集飞机短周期目标特性和长周期目标特性，建立模拟目标运动特性库；

b)建立被模拟目标的运动特性模型；

c)建立靶标的动力学、运动学特性模型和靶标控制系统模型；

d)根据被模拟目标的运动特性模型、被控靶标的动力学、运动学特性模型和靶标的控制系统模型，模拟得到等效指令生成器。

可选地，还包括以下步骤：

响应于靶标弹上控制系统经下行链路传输的传感器检测到的实际靶标运动信息，将整个闭环回路反馈至仪表显示。

可选地，所述的传感器为弹上陀螺和加速度计敏感。

第二方面，本发明一种基于等价相似性原理的远程操控靶标指令生成装置，包括：

获取模块，用于获取驾驶员根据仪表显示的飞行态势和模拟目标飞机的运动特性操纵驾驶杆生成的操控指令；

修正模块，用于经过指令生成器将操控指令修正后输出模拟目标运动特性的等效指令；

传输模块，经过上行数据链路将等效指令传输至靶标弹上控制系统，靶标弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行。

优选的，所述显示模块用于：响应于靶标弹上控制系统经下行链路传输的传感器检测到的实际靶标运动信息，将整个闭环回路反馈至仪表显示。

第三方面，本发明一种指令生成设备，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行所述的指令生成方法。

第四方面，本发明一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现所述的指令生成方法。

本发明的有益效果是：

本发明方法在远程操控靶标动力学、运动学特性和控制系统性能与模拟目标战斗机不同的情况下，根据被模拟目标的性能对驾驶员的操控指令进行修正，靶标弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行，使靶标的飞行轨迹按照驾驶员的意图真实模拟目标运动特性；通过等价相似性原理生成等效指令的方法，来实现靶标真实模拟目标战斗机运动特性的能力。

附图说明

图1是本发明的远程操控靶标的驾驶员操控指令结构框图；

图2是本发明的远程操控靶标的等效操控指令结构框图；

图3是本发明的实施例结构框图；

图4为本发明一种基于等价相似性原理的远程操控靶标指令生成装置示意图。

图5为本发明一种指令生成设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了实现远程操控靶标能够逼真的模拟目标运动特性的目的，第一方面本发明提供一种远程操控靶标指令生成方法，根据被模拟目标的运动特性、靶标动力学、运动学特性和靶标控制系统性能对驾驶员的操控指令进行修正的等效指令生成方法，远程操控靶标等效操控指令原理框图如附图2所示，原理说明如下：

从图2中可以看出，驾驶员根据模拟目标飞机的运动特性操纵驾驶杆生成操控指令后，经过指令生成器，指令生成器的输入包括预先建立的靶标动力学和运动学特性模型、靶标控制系统模型、被模拟目标运动特性模型以及驾驶员操纵指令，根据被模拟目标运动特性、靶标动力学、运动学特性和靶标控制系统性能对驾驶员的操控指令进行修正，经过指令生成器输出模拟目标运动特性的等效指令，经过上行数据链路传输至弹上控制系统，弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行，使靶标的飞行轨迹按照驾驶员的意图真实模拟目标运动特性。

如图2所示，靶标远程操控系统与战斗机驾驶舱类似，仪表上显示了靶标当前时刻的飞行高度、速度、位置、姿态和过载等驾驶员需要的信息，驾驶员根据当前态势，按照驾驶战斗机的飞行经验操控驾驶杆形成操控指令传给指令生成器，指令生成器根据靶标的动力学、运动学特性、靶标控制系统性能和被模拟目标的运动特性进行设计，对驾驶员的操控指令进行修正，指令生成器输出等效操控指令经过上行数据链路传输至弹上控制系统，弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行，使靶标的飞行轨迹按照驾驶员的意图真实模拟目标运动特性，弹上陀螺和加速度计敏感到靶标运动信息，经下行链路传输至靶标远程操控系统，形成整个闭环回路，实现靶标的远程操控。

具体方案为：在驾驶员操纵驾驶杆生成操控指令后，经过指令生成器，指令生成器是根据靶标的动力学、运动学特性、靶标控制系统性能和被模拟目标的运动特性进行设计，对驾驶员的操控指令进行修正，指令生成器输出等效操控指令经过上行数据链路传输至弹上控制系统，弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行，使靶标的飞行轨迹按照驾驶员的意图真实模拟目标运动特性。

设计步骤说明如下：

a)调研国内外典型三代机、四代机短周期目标特性：滚转建立时间、过载建立时间等和长周期目标特性：爬升率，速度建立时间、水平面盘旋半径等，建立模拟目标运动特性库；

b)建立被模拟目标的运动特性模型；

d)根据被模拟目标的运动特性模型、被控靶标的动力学、运动学特性模型和靶标的控制系统模型，生成等效指令生成器；

e)靶标任务飞行段驾驶员按照模拟目标运动特性操纵驾驶杆生成操控指令；

f)驾驶杆生成的操控指令经指令生成器修正后，经上行链路传输至弹上控制系统，操控靶标模拟运动。

实施例

下面给出远程操控靶标指令生成器具体设计方法。以靶标法向过载指令为例，指令生成器结构如附图3所示，设计步骤说明如下：

a)调研J-20战斗机短周期目标特性：过载建立时间和长周期目标特性：水平面盘旋半径，建立模拟目标运动特性库；

b)建立J-20战斗机短周期近似传递函数模型(ξ₁,ω_n1)，和长周期近似传递函数模型(ξ₂,ω_n2)

c)建立靶标的马赫数、升力系数特性、操纵力矩特性和稳定力矩特性的动力学、运动学特性模型：

d)建立靶标控制系统的传递函数模型(ξ₃,ω_n3)，用于描述靶标跟踪过载指令的动态特性和稳态特性；

e)根据被模拟目标的运动特性模型和被控靶标的飞行马赫数、升力特性、操纵特性和靶标法向过载控制系统的时域、频域特性，设计指令生成器；

f)靶标任务飞行段驾驶员按照J-20战斗机运动特性操纵驾驶杆生成操控指令n_yc1；

g)驾驶杆生成的过载指令经指令生成器修正后，生成可以模拟目标战斗机转弯半径的等效过载指令n_yc；

h)将等效过载指令n_yc经上行链路传输至弹上控制系统，操控靶标模拟运动。

如图4所示，第二方面，本发明一种基于等价相似性原理的远程操控靶标指令生成装置，包括：

所述存储器存储计算机执行指令；

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，A，B或C中的至少一项(个)，可以表示：A，B，C，“A和B”，“A和C”，“B和C”，或“A和B和C”，其中A，B，C可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，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，在本申请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，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：READ-ONLYMEMORY，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：RANDOM ACCESS MEMORY，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种远程操控靶标指令生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取驾驶员根据仪表显示的飞行态势和被模拟目标的运动特性操纵驾驶杆生成操控指令；

经过指令生成器将操控指令修正后输出被模拟目标运动特性的等效指令；

经过上行数据链路将等效指令传输至靶标弹上控制系统，靶标弹上控制系统用于根据预先设计的控制律控制靶标飞行；

所述的指令生成器是根据靶标的动力学、运动学特性、靶标弹上控制系统性能和被模拟目标的运动特性，并对驾驶员的操控指令进行修正；

所述的指令生成器采用以下步骤得到：

a) 采集被模拟目标短周期目标特性和长周期目标特性，建立被模拟目标运动特性库；

b) 建立被模拟目标的运动特性模型；

c) 建立靶标的动力学、运动学特性模型和靶标控制系统模型；

d) 根据被模拟目标的运动特性模型、被控靶标的动力学、运动学特性模型和靶标的控制系统模型，模拟得到等效指令生成器。

2.根据权利要求1所述的远程操控靶标指令生成方法，其特征在于，所述的指令生成器的输入包括预先建立的靶标动力学和运动学特性模型、靶标控制系统模型、被模拟目标运动特性模型以及驾驶员操纵指令。

3.根据权利要求1所述的远程操控靶标指令生成方法，其特征在于，还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的远程操控靶标指令生成方法，其特征在于，所述的传感器为弹上陀螺和加速度计敏感。

5.一种基于等价相似性原理的远程操控靶标指令生成装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取驾驶员根据仪表显示的飞行态势和被模拟目标的运动特性操纵驾驶杆生成的操控指令；

修正模块，用于经过指令生成器将操控指令修正后输出被模拟目标运动特性的等效指令；

传输模块，经过上行数据链路将等效指令传输至靶标弹上控制系统，靶标弹上控制系统根据预先设计的控制律控制靶标飞行；

所述的指令生成器采用以下步骤得到：

b) 建立被模拟目标的运动特性模型；

6.根据权利要求5所述的基于等价相似性原理的远程操控靶标指令生成装置，其特征在于，所述传输模块之后，还包括显示模块，所述显示模块用于：响应于靶标弹上控制系统经下行链路传输的传感器检测到的实际靶标运动信息，将整个闭环回路反馈至仪表显示。

7.一种指令生成设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至4任一项所述的指令生成方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至4任一项所述的指令生成方法。