CN112861330A - 一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及武器系统与运用工程技术领域，公开了一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法。核心思想是使用点集描述和渲染运动的几何体和引信模型：在各自机体坐标系建立点集，转换到惯性坐标系后随质心运动，并根据点和几何体之间的位置关系确定引信是否发现目标和破片是否命中目标，而且可以确定破片命中目标的舱段，以便更加准确地评估杀伤效果。本发明采用凸包生成函数避免了复杂的空间几何体位置关系运算，采用数字方法精确仿真导弹的杀伤效果，并利用可视化方法呈现，原理简单，易于实现。一般导弹仿真在脱靶量阶段即停止，本发明可以进一步拓展仿真过程，优化末制导律设计，以便得到优势的交会态势。

Description

一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法
技术领域
本发明涉及导弹技术仿真计算领域，特别涉及一种基于matlab的导弹杀伤仿真方法，原理简单，易于实现，并且具有较高的准确度。
背景技术
导弹的仿真一般计算到最小脱靶量阶段即结束，根据脱靶量大小来确定是否对目标造成毁伤，离导弹越近杀伤效果越大。但是脱靶量只能给出很粗略的概率估计，事实上即使末制导阶段的脱靶量很小，但是交会的态势不利，导弹也很难对目标造成伤害。目前很少有研究继续深入探究导弹引爆后的杀伤模型，而这对准确评估导弹杀伤效果非常重要，导弹杀伤效果评估对导弹末制导律设计中的角度约束也具有很好的参考价值。
发明内容
针对上述导弹杀伤效果评估的问题结合matlab在科学计算领域的优势，本发明提出一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，包括如下步骤：
S1：计算目标和导弹的点集：
将目标和导弹分割成简单几何体，例如柱体、锥体、和台体等，例如：正切卵形的导弹鼻锥可以分割成数个圆台，弹翼可以用面来表示；将各种几何体的边线离散为点，用点来描述该几何体，渲染柱面用surf函数，渲染弹翼用fill函数，且只选择露出的部分，将目标的关键部位单独列出，以便准确评估杀伤效果；建立的目标和导弹都基于机体坐标系，机体坐标系原点选择各自质心；假设目标和导弹的点集坐标分别为Tb和Mb，下标b表示机体坐标系，惯性坐标系坐标用下标e表示。
S2：在弹体坐标系建立导弹的三维几何体模型：
将引信视野简化为一个前视的圆台侧面，进而简化为视线线段绕导弹纵轴360°，视线线段长度可取数倍于导弹杀伤半径，将视线线段按照小于目标典型尺寸的分辨率离散为点，绕纵轴360°形成一个布满圆台面的点集，并计算每个点与目标的位置关系，以确定是否发现目标；可视化时可以稍作改动，将圆台侧面扩展为视场，实际作用的只有视场前侧面。
S3：计算弹道和导弹几何体运动方程，下标为e的坐标为惯性参考系坐标：
计算各自机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵，并将各自点集转换到惯性坐标系中，根据质心运动牵引各自点集运动：假设姿态和质心初始位置、速度分别为：
Figure BDA0002914962870000021
r0＝[rx0,ry0,rz0]T，v＝[vx,vy,vz]T，γ是滚转角，
Figure BDA0002914962870000022
是俯仰角，Ψ是偏航角，其惯性坐标系到机体坐标系的转换矩阵为：
Figure BDA0002914962870000023
机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵为此矩阵的转置；
质心运动方程如下：
r＝r0+v·t＝[rx,ry,rz]T
目标点集运动方程为：
Figure BDA0002914962870000024
其中r是惯性坐标系中的位置矢量，v是惯性坐标系中的速度矢量，Te是点集在惯性坐标系中的位置矢量，
Figure BDA0002914962870000025
是目标惯性坐标系到机体坐标系的转换矩阵，Tb是目标点集机体坐标系中的坐标。同理可得引信和导弹点集运动方程；
在可视化阶段，可以使用set()函数，通过不断更新图形中的点集数据来实现动态可视化。
S4：建立引爆模型：
引信发现目标后，停止计算导弹点集和引信点集，仅计算导弹质心运动，不再渲染导弹外形，转而计算破片轨迹并将破片运动可视化；假设破片直线飞行并且在最大杀伤半径处均匀分布；按照破片在战斗部的排列方式和最大杀伤半径处的排列方式计算每一枚破片的运动方程，转换到惯性坐标系后与导弹质心运动叠加即得到所有破片在惯性坐标系的运动；
S5：破片命中数量计算：
假设破片体积和质量较小，命中目标并不会给目标带来明显的动能冲击。将机体坐标系内的破片运动轨迹转换到惯性坐标系后就可以计算是否命中了；计算每一时刻破片与目标的位置关系，当破片位于目标内部时即为命中目标；最后统计命中各部位的破片数量，以确定杀伤效果；计算破片是否命中的方式与计算引信是否发现目标的方式相同，即使用凸包生成函数convhulln(Points)；因为向量和矩阵的特殊性，在生成点集的时候就已经给各个点标记了顺序，因此可以利用这个特性得到某一片破片命中了目标的某个具体部位，另外在计算时可以将已命中破片的编号写入一个记录向量内，下一帧不再计算这些破片，以此提高计算效率。
本发明的优点在于：
(1)用简易几何体较为准确地描述目标和导弹，用matlab建立相应的点集，并进行可视化，直观展现末制导阶段导弹引爆杀伤的态势；
(2)采用matlab函数convhulln()和点集来计算引信是否发现目标和破片是否命中目标，避免了极为复杂的空间几何体的位置关系计算和设计不周全导致的未知bug；
(3)能够精确计算命中破片数量，通过自定义的不同部位的破片杀伤系数能够非常精确地描述导弹的杀伤效果。
附图说明
图1：摘要附图；
图2：目标导弹渲染图；
图3：防御导弹渲染图；
图4：引信模型；
图5：目标和导弹运动模型；
图6：破片飞散模型；
具体实施方式
为验证上述方法的有效性，本部分进行实例计算。
选取典型场景为使用防御导弹杀伤目标导弹：
目标弹的初始运动状态为：ra0＝(100,100,100)，va＝(850,0,0)，Aa＝(0,0,0)；防御弹的初始运动状态为：rd0＝(103,0,98.5)，vd＝(510,0,180)，Ad＝(0,0,180)，长度单位为米，角度单位为度，破片总数1000枚，破片速度2000米/秒，最大杀伤半径为2米。各输入的格式：位置(x,y,z)，速度(v,θ,Ψv)，姿态角
Figure BDA0002914962870000031
θ是弹道倾角，Ψv是弹道偏角，假设两弹质心均在1/2弹长处，引信前视角为10°；
S1：建立目标弹和防御弹质心运动学模型：
基于点集的目标导弹的外形渲染如图2，防御导弹的外形渲染如图3；
S2：建立引信模型：
引信视场模型如图4；
S3：几何体运动模型：
几何体运动模型如图5；
S4：引信发现目标引爆：
引爆模型如图6；
S5:破片飞散模型和计算结果：
命中破片12片，其中命中关键部位6片。

Claims (6)

1.本发明提出一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据目标和导弹的外形约束计算点集并渲染各自外形；
S2：建立导弹引信模型；
S3：计算点集运动并进行可视化；
S4：导弹引信发现目标后启动引爆模型，将目标和破片可视化；
S5：计算命中的破片数量。
2.如权利要求1所述的一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于点集的设计和外形渲染方法；
将目标和导弹分割成简单几合体，例如柱体、锥体、和台体等，例如正切卵形的导弹鼻锥可以分割成数个圆台，弹翼可以用面来表示；将各种几何体的边线离散为点，用点来描述该几何体，渲染柱面用surf函数，渲染弹翼用fill函数，且只渲染露出的部分，将目标的关键部位单独列出，以便准确评估杀伤效果；建立的目标和导弹都基于机体坐标系，机体坐标系原点选择各自质心；假设目标和导弹的点集坐标分别为Tb和Mb，下标b表示机体坐标系，惯性坐标系坐标用下标e表示。
3.如权利要求1所述的一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于引信模型建立方法为：
将引信视野简化为一个前视的圆台侧面，进而简化为视线线段绕导弹纵轴360°，视线线段可取数倍于导弹杀伤半径，将视线线段按照小于目标典型尺寸的分辨率离散为点，绕导弹纵轴旋转360°形成一个布满圆台面的点集，并计算每个点与目标的位置关系，以确定是否发现目标；
空间动态几何体与空间内动点的位置关系计算非常复杂，需要考虑的的情况极多，更何况目标和导弹并非标准的几何体，这里可以采用凸包生成函数convhulln(Points)，此函数的输入值Points为点集，可以生成包含点集内所有点的最小凸包，返回值里包括生成凸包的体积，如果点集内增加一个点而返回的凸包体积不变，那么就可以认为此点在之前的点集包含的凸包之内，即该点集描述的几何体包含了增加的那个点；依次将引信点集里的点增加到目标点集内，即可以准确描述引信是否发现目标；可视化时可以稍作改动，将圆台侧面扩展为视场，实际作用的只有视场前侧面。
4.如权利要求1所述的一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于点集运动计算方法：
计算各自机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵，并将各自点集转换到惯性坐标系中，根据质心运动牵引各自点集运动：假设姿态和质心初始位置、速度分别为：
Figure FDA0002914962860000024
r0＝[rx0，ry0，rz0]T，v＝[vx，vy，vz]T，γ是滚转角，
Figure FDA0002914962860000025
是俯仰角，Ψ是偏航角，其惯性坐标系到机体坐标系的转换矩阵为：
Figure FDA0002914962860000021
机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵为此矩阵的转置；
质心运动方程如下：
r＝r0+v·t＝[rx，ry，rz]T
目标点集运动方程为：
Figure FDA0002914962860000022
其中r是惯性坐标系中的位置矢量，v是惯性坐标系中的速度矢量，Te是点集在惯性坐标系中的位置矢量，
Figure FDA0002914962860000023
是目标惯性坐标系到机体坐标系的转换矩阵，Tb是目标点集机体坐标系中的坐标。同理可得引信和导弹点集运动方程；
在可视化阶段，可以使用set()函数，通过不断更新图形中的点集数据来实现动态可视化。
5.如权利要求1所述的一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于，所述的引爆模型建立方法为：
引信发现目标后，停止计算导弹点集和引信点集，仅计算导弹质心运动，用以合成破片运动；不再渲染导弹外形，转而计算破片轨迹并将破片运动可视化；假设破片直线飞行并且在最大杀伤半径处均匀分布；按照破片在战斗部排列方式和在最大杀伤半径处的排列方式计算每一枚破片的运动方程，转换到惯性坐标系后与导弹质心运动叠加即得到所有破片在惯性坐标系的运动。
6.如权利要求1所述的一种基于matlab的导弹杀伤效果计算和可视化方法，其特征在于，计算命中破片数量的方法为：
假设破片体积和质量较小，命中目标并不会给目标带来明显的动能冲击，计算每一时刻破片与目标的位置关系，当破片位于目标内部时即为命中目标；最后统计命中各部位的破片数量，以确定杀伤效果；计算破片是否命中的方式与计算引信是否发现目标的方式相同，即使用凸包生成函数convhulln(Points)；因为向量和矩阵的特殊性，在生成点集的时候就已经给各个点标记了顺序，因此可以利用这个特性确定某一片破片命中了目标的某个具体部位，另外在计算时可以将已命中破片的编号写入一个特定向量内，下一帧不再计算这些破片，以此提高计算效率。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170097216A1 (en) * 2013-03-27 2017-04-06 Nostromo Holdings, Llc Systems to measure yaw, spin and muzzle velocity of projectiles, improve fire control fidelity, and reduce shot-to-shot dispersion in both conventional and airbursting programmable projectiles
CN108984808A (zh) * 2017-06-04 2018-12-11 南京理工大学 引战配合仿真交会破片命中点参数计算方法
CN112035780A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 清华大学 一种导弹末制导阶段杀伤效果计算方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170097216A1 (en) * 2013-03-27 2017-04-06 Nostromo Holdings, Llc Systems to measure yaw, spin and muzzle velocity of projectiles, improve fire control fidelity, and reduce shot-to-shot dispersion in both conventional and airbursting programmable projectiles
CN108984808A (zh) * 2017-06-04 2018-12-11 南京理工大学 引战配合仿真交会破片命中点参数计算方法
CN112035780A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 清华大学 一种导弹末制导阶段杀伤效果计算方法

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