CN115755641A - 一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于制导武器开展半实物仿真试验技术领域，具体涉及一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法，系统包括：仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统；通过构建桌面半实物仿真系统+导引头框架角仿真计算的方法来替代五轴转台实现弹目相对运动和目标背景环境模拟。优点是，无需借助五轴转台即可实现红外制导武器半实物仿真，解决了传统的红外制导武器半实物仿真存在的在没有五轴转台或因五轴转台出瞳距引起的红外目标模拟器视场范围不够的情况下无法开展半实物仿真试验的难题，节约了仿真系统研制费用数百万元，仿真系统及仿真方法设计简单、有效、实用，整个仿真过程与制导武器实际飞行过程一致，具有很好地推广应用空间。

Description

一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明属于制导武器开展半实物仿真试验技术领域，具体涉及一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法，尤其涉及在没有五轴转台或红外目标模拟器视场范围有限的条件下针对采用红外导引头的制导武器开展半实物仿真试验。

背景技术

当前，针对采用红外导引头的制导武器开展半实物仿真试验主要采用基于“五轴转台”的仿真方案，即利用五轴转台模拟制导武器和目标的相对运动过程，利用红外目标模拟器模拟被试红外导引头所需的目标与背景信号。该半实物仿真系统及仿真方法存在着以下问题：

(1)五轴转台成本极高，一般在500万左右，一些单位因经费问题没有建设，因而无法对红外制导武器开展半实物仿真试验。

(2)一些红外导引头的视场范围较大，而使用五轴转台开展仿真试验时，受五轴转台结构的限制，五轴转台内三轴回转中心(导引头出瞳位置)到五轴转台外两轴回转中心(目标模拟器的出瞳位置)的距离较长(一般为800mm～1200mm)，在这种情况下一些红外目标模拟器所能提供的视场范围无法匹配和满足红外导引头仿真的视场需求。

综上可以看出，对于在没有五轴转台或红外目标模拟器视场范围有限的条件下，无法对红外制导武器开展半实物仿真试验。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法，解决传统的红外制导武器半实物仿真存在的在没有五轴转台或因五轴转台出瞳距引起的红外目标模拟器视场范围不够的情况下无法开展半实物仿真试验的难题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外制导武器桌面半实物仿真系统，所述半实物仿真系统包括：仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统；其中，

所述仿真夹具用于将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；

所述红外目标模拟器用于模拟目标和背景在红外波段的辐射特性，实时生成动态红外场景，为被测导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；

所述仿真计算机用于运行制导武器动力学、运动学模型、制导控制模型、目标运动学模型，输出制导武器六自由度飞行弹道，生成制导武器运动、目标运动、弹目相对运动参数，控制其他仿真设备运行；

所述试验总控系统是整个半实物仿真系统的控制中枢，用于完成试验过程中的任务和初始化设置、参试部件功能模拟、参试部件程控上电、接口信息转换、信号传输与交互、数据采集与记录以及实时态势显示功能。

其中，所述半实物仿真系统实施过程中，利用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，根据被试导引头的仿真视场需求调整被试导引头与红外目标模拟器间的出瞳距，使红外目标模拟器的视场满足仿真要求；采用红外目标模拟器为被试红外导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；在红外场景生成中，图像生成计算机通过接收仿真计算机解算的弹目视线坐标系下的弹目视线俯仰角和弹目视线偏航角信号，将其通过坐标转换映射到所要生成的图像上，即可模拟被试导引头当前时刻位置所应观测到的红外图像；利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，来实现对导引头框架角信号的模拟；采用仿真计算机来进行实时弹道解算；采用试验总控系统来对试验进程进行控制。

此外，本发明还提供一种红外制导武器桌面半实物仿真方法，所述半实物仿真方法基于所述的半实物仿真系统来实施，所述半实物仿真方法包括：

步骤1：使用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；将包括导引头、惯导、弹载计算机、舵机的各个参试部件按照通讯协议和接口定义接入仿真回路；

步骤2：试验开始后，仿真计算机实时解算制导武器的动力学模型、运动学模型，生成制导武器的姿态、位置、速度、加速度以及目标运动信号，输出至通讯网络；

步骤3：试验总控系统的仿真接口接收通讯网络上的加计信号向惯导注入，惯导开始进行导航解算，解算出制导武器当前的姿态、位置信息传送给弹载计算机；

步骤4：图像生成计算机根据目标特征实时生成目标背景图像，将其传送给红外目标模拟器，实现红外目标与背景红外图像的模拟并向导引头辐射，供导引头探测和跟踪；

步骤5：弹载计算机综合惯导及导引头的输出信号，根据制导控制模型，形成舵控制指令控制舵机偏转，控制制导武器按规划弹道飞行；

步骤6：当导引头进入目标捕获区域后，由弹载计算机按照制导控制模型形成控制指令，送舵机形成舵偏角；仿真计算机按照舵偏角计算控制力和力矩，控制制导武器飞行直至命中目标。

其中，所述目标特征包括光学图像特征、几何变化特征。

其中，所述步骤1和步骤2之间，还包括：

试验开始前，试验总控系统根据下达的仿真任务书和试验条件进行参数配置，并编排试验流程；

试验总控系统对各试验设备、参试部件进行自检，确保状态正常；

试验总控系统设置战场及仿真初始条件、扰动条件、目标/背景及干扰信号特征参数；设定包括仿真周期、仿真时序在内的试验控制参数，并对参试部件进行目标参数、控制参数的装订；

击发命令发出后，按制导武器工作时序装订发射诸元及导航初始参数，各参试部件按时序开始工作；

试验总控系统发出零秒同步信号，启动所有试验设备和仿真程序运行。

其中，在整个试验过程中，试验总控系统的仿真接口子系统实时接收各参试部件、试验设备的输入输出信息，进行信号的实时转换与交互；试验总控系统的部件功能模拟子系统为参试部件提供模拟的武器站及弹上工作环境，构成制导武器发射流程和闭环仿真条件；试验中产生的各种数据由试验总控系统的数据采集子系统进行采集、记录与存储管理，供试验后进行调用分析。

其中，所述步骤5中，仿真计算机实时进行弹道解算，同时发送制导武器和目标的位置、姿态、加计、导引头理论框架角信号；仿真接口将导引头框架角静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机；仿真接口接收加计信号向惯导注入，惯导解算出制导武器当前的位置、姿态信息传送给弹载计算机；弹载计算机综合导引头和惯导的输出信号形成控制指令送舵机执行。

其中，所述方法实施过程中，涉及导引头框架角信号的仿真计算；

仿真中，仿真计算机在解算弹道信号的同时也会解算出制导武器飞行过程中导引头的理论框架角信号，利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

其中，所述导引头框架角信号的仿真计算过程为：

1)由试验总控系统的仿真接口通过接口信息转换获得被试导引头输出的

两个静态漂移量信号；

2)由试验总控系统的仿真接口从通讯网络上采集仿真计算机解算的

两个理论框架角信号；

3)由试验总控系统的仿真接口将上述信号进行叠加合成，得到弹载计算机所需的

、ψ两个真实框架角信号，计算公式如下：

4)通过试验总控系统的仿真接口将计算出的

、ψ注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

上述公式(1)及(2)计算中，各参量的物理意义如下：

导引头输出的俯仰框架角静态漂移量；

导引头输出的偏航框架角静态漂移量；

仿真计算机解算的导引头理论俯仰框架角信号；

仿真计算机解算的导引头理论偏航框架角信号；

：弹载计算机所需的导引头真实俯仰框架角信号；

ψ：弹载计算机所需的导引头真实偏航框架角信号。

综上，所述半实物仿真方法，通过构建桌面半实物仿真系统+导引头框架角仿真计算的方法来替代五轴转台实现弹目相对运动和目标背景环境的模拟；其引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后得到导引头真实框架角信号。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明技术方案提供一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法，无需使用五轴转台等昂贵设备，而是通过构建桌面半实物仿真系统+导引头框架角仿真计算的方法来替代五轴转台实现弹目相对运动和目标背景环境的模拟，解决了传统的红外制导武器半实物仿真系统及仿真方法严重依赖转台方可进行试验的弊端，还解决了因五轴转台出瞳距引起的红外目标模拟器视场范围不够的情况下无法开展半实物仿真试验的难题。整个仿真系统及方法设计简单、有效、实用，具有很好地推广应用空间。

本发明技术方案还在某常规地地战术导弹武器型号半实物仿真试验中获得了良好地应用效果。综上可以看出，本发明有着诸多优点，具有广阔的军事应用前景。

附图说明

图1是传统红外制导武器半实物仿真系统工作原理图。

图2是本发明红外制导武器半实物仿真系统工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外制导武器桌面半实物仿真系统，所述半实物仿真系统包括：仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统；其中，

所述仿真夹具用于将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；

所述红外目标模拟器用于模拟目标和背景在红外波段的辐射特性，实时生成动态红外场景，为被测导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；

所述仿真计算机用于运行制导武器动力学、运动学模型、制导控制模型、目标运动学模型，输出制导武器六自由度飞行弹道，生成制导武器运动、目标运动、弹目相对运动参数，控制其他仿真设备运行；

所述试验总控系统是整个半实物仿真系统的控制中枢，用于完成试验过程中的任务和初始化设置、参试部件功能模拟、参试部件程控上电、接口信息转换、信号传输与交互、数据采集与记录以及实时态势显示功能。

其中，所述半实物仿真系统实施过程中，利用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，根据被试导引头的仿真视场需求调整被试导引头与红外目标模拟器间的出瞳距，使红外目标模拟器的视场满足仿真要求；采用红外目标模拟器为被试红外导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；在红外场景生成中，图像生成计算机通过接收仿真计算机解算的弹目视线坐标系下的弹目视线俯仰角和弹目视线偏航角信号，将其通过坐标转换映射到所要生成的图像上，即可模拟被试导引头当前时刻位置所应观测到的红外图像；利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，来实现对导引头框架角信号的模拟；采用仿真计算机来进行实时弹道解算；采用试验总控系统来对试验进程进行控制。

此外，本发明还提供一种红外制导武器桌面半实物仿真方法，所述半实物仿真方法基于所述的半实物仿真系统来实施，所述半实物仿真方法包括：

步骤1：使用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；将包括导引头、惯导、弹载计算机、舵机的各个参试部件按照通讯协议和接口定义接入仿真回路；

步骤2：试验开始后，仿真计算机实时解算制导武器的动力学模型、运动学模型，生成制导武器的姿态、位置、速度、加速度以及目标运动信号，输出至通讯网络；

步骤3：试验总控系统的仿真接口接收通讯网络上的加计信号向惯导注入，惯导开始进行导航解算，解算出制导武器当前的姿态、位置信息传送给弹载计算机；

步骤4：图像生成计算机根据目标特征实时生成目标背景图像，将其传送给红外目标模拟器，实现红外目标与背景红外图像的模拟并向导引头辐射，供导引头探测和跟踪；

步骤5：弹载计算机综合惯导及导引头的输出信号，根据制导控制模型，形成舵控制指令控制舵机偏转，控制制导武器按规划弹道飞行；

步骤6：当导引头进入目标捕获区域后，由弹载计算机按照制导控制模型形成控制指令，送舵机形成舵偏角；仿真计算机按照舵偏角计算控制力和力矩，控制制导武器飞行直至命中目标。

其中，所述目标特征包括光学图像特征、几何变化特征。

其中，所述步骤1和步骤2之间，还包括：

试验开始前，试验总控系统根据下达的仿真任务书和试验条件进行参数配置，并编排试验流程；

试验总控系统对各试验设备、参试部件进行自检，确保状态正常；

试验总控系统设置战场及仿真初始条件、扰动条件、目标/背景及干扰信号特征参数；设定包括仿真周期、仿真时序在内的试验控制参数，并对参试部件进行目标参数、控制参数的装订；

击发命令发出后，按制导武器工作时序装订发射诸元及导航初始参数，各参试部件按时序开始工作；

试验总控系统发出零秒同步信号，启动所有试验设备和仿真程序运行。

其中，在整个试验过程中，试验总控系统的仿真接口子系统实时接收各参试部件、试验设备的输入输出信息，进行信号的实时转换与交互；试验总控系统的部件功能模拟子系统为参试部件提供模拟的武器站及弹上工作环境，构成制导武器发射流程和闭环仿真条件；试验中产生的各种数据由试验总控系统的数据采集子系统进行采集、记录与存储管理，供试验后进行调用分析。

其中，所述步骤5中，仿真计算机实时进行弹道解算，同时发送制导武器和目标的位置、姿态、加计、导引头理论框架角信号；仿真接口将导引头框架角静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机；仿真接口接收加计信号向惯导注入，惯导解算出制导武器当前的位置、姿态信息传送给弹载计算机；弹载计算机综合导引头和惯导的输出信号形成控制指令送舵机执行。

其中，所述方法实施过程中，涉及导引头框架角信号的仿真计算；

仿真中，仿真计算机在解算弹道信号的同时也会解算出制导武器飞行过程中导引头的理论框架角信号，利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

其中，所述导引头框架角信号的仿真计算过程为：

1)由试验总控系统的仿真接口通过接口信息转换获得被试导引头输出的

两个静态漂移量信号；

2)由试验总控系统的仿真接口从通讯网络上采集仿真计算机解算的

两个理论框架角信号；

3)由试验总控系统的仿真接口将上述信号进行叠加合成，得到弹载计算机所需的

、ψ两个真实框架角信号，计算公式如下：

4)通过试验总控系统的仿真接口将计算出的

、ψ注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

上述公式(1)及(2)计算中，各参量的物理意义如下：

导引头输出的俯仰框架角静态漂移量；

导引头输出的偏航框架角静态漂移量；

仿真计算机解算的导引头理论俯仰框架角信号；

仿真计算机解算的导引头理论偏航框架角信号；

：弹载计算机所需的导引头真实俯仰框架角信号；

ψ：弹载计算机所需的导引头真实偏航框架角信号。

综上，所述半实物仿真方法，通过构建桌面半实物仿真系统+导引头框架角仿真计算的方法来替代五轴转台实现弹目相对运动和目标背景环境的模拟；其引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后得到导引头真实框架角信号。

所述方法的工作原理和工作过程为：

1)使用仿真夹具将红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，使其光学中心轴线重合，调整好红外导引头与红外目标模拟器之间的距离；

2)按照连接关系将各参试部件和仿真设备进行连接；

3)使用图像生成计算机驱动红外目标模拟器生成目标背景图像，同时等待击发信号；

4)收到击发信号后，仿真计算机实时进行弹道解算，同时发送制导武器和目标的位置、姿态、加计、导引头理论框架角信号等信号；仿真接口将导引头框架角静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机；仿真接口接收加计信号向惯导注入，惯导解算出制导武器当前的位置、姿态等信息传送给弹载计算机；弹载计算机综合导引头和惯导的输出信号形成控制指令送舵机执行，仿真计算机采集舵反馈信号形成控制力和力矩，控制制导武器飞行，形成仿真闭环。

实施例1

为解决现有技术问题，本发明技术方案具体如下：

(1)半实物仿真方案设计及仿真系统构建

对于采用红外导引头的制导武器，传统的仿真方案是采用基于“五轴转台”的半实物仿真系统构建方式，利用五轴转台模拟制导武器和目标的相对运动过程，将被试导引头安装在五轴转台的内三轴上模拟制导武器在飞行过程中的姿态变化，将红外目标模拟器安装在五轴转台的外两轴上模拟弹目视线角的变化趋势，导引头所需的红外目标和背景信号则由红外目标模拟器实时生成，整个仿真系统的工作原理如图1所示。可以看出，传统的红外制导武器半实物仿真必须使用五轴转台，其弊端是在没有五轴转台或因五轴转台出瞳距引起的红外目标模拟器视场范围不够的情况下无法开展半实物仿真试验。

不同于传统方法，本发明提出一种红外制导武器桌面半实物仿真系统及仿真方法，该半实物仿真系统由仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统组成，各组成单元功能如下：

1)仿真夹具：仿真夹具用于将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合。

2)红外目标模拟器：红外目标模拟器用于模拟目标和背景在红外波段的辐射特性，实时生成动态红外场景，为被测导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪。

3)仿真计算机：仿真计算机能够运行制导武器动力学、运动学模型、制导控制模型、目标运动学模型，输出制导武器六自由度飞行弹道，生成制导武器运动、目标运动、弹目相对运动参数，控制其他仿真设备运行。

4)试验总控系统：试验总控系统是整个仿真系统的控制中枢，用于完成试验过程中的任务和初始化设置、参试部件功能模拟、参试部件程控上电、接口信息转换、信号传输与交互、数据采集与记录以及实时态势显示等功能。

该半实物仿真系统的方案设计为：利用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，根据被试导引头的仿真视场需求调整被试导引头与红外目标模拟器间的出瞳距，使红外目标模拟器的视场满足仿真要求；采用红外目标模拟器为被试红外导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；在红外场景生成中，图像生成计算机通过接收仿真计算机解算的弹目视线坐标系下的弹目视线俯仰角和弹目视线偏航角信号，将其通过坐标转换映射到所要生成的图像上，即可模拟被试导引头当前时刻位置所应观测到的红外图像；利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，来实现对导引头框架角信号的模拟；采用仿真计算机来进行实时弹道解算；采用试验总控系统来对试验进程进行控制。

从上述方案可以看出，本发明无需使用五轴转台，并且避免了五轴转台内三轴回转中心(导引头出瞳位置)到五轴转台外两轴回转中心的距离受转台结构限制的弊端，可以根据仿真视场大小需求来进行调节，即若红外目标模拟器提供的视场不够，则可适当调小被试导引头与红外目标模拟器间的出瞳距，则可有效扩大可用视场，从而避免了因五轴转台出瞳距引起的红外目标模拟器视场范围不够的情况下无法开展半实物仿真试验的弊端。

(2)仿真系统工作原理及过程

红外制导武器桌面半实物仿真系统工作原理如图2所示。

如图所示，使用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合。将导引头、惯导、弹载计算机、舵机等参试部件按照通讯协议和接口定义接入仿真回路。

试验开始前，试验总控系统根据下达的仿真任务书和试验条件进行参数配置，并编排试验流程。试验总控系统对各试验设备、参试部件进行自检，确保状态正常。试验总控系统设置战场及仿真初始条件、扰动条件、目标/背景及干扰信号特征参数；设定仿真周期、仿真时序等试验控制参数，并对参试部件进行目标参数、控制参数的装订。击发命令发出后，按制导武器工作时序装订发射诸元及导航初始参数，各参试部件按时序开始工作。试验总控系统发出零秒同步信号，启动所有试验设备和仿真程序运行。

试验开始后，仿真计算机实时解算制导武器的动力学、运动学模型，生成制导武器的姿态、位置、速度、加速度以及目标运动信号，输出至通讯网络。试验总控系统的仿真接口接收通讯网络上的加计信号向惯导注入，惯导开始进行导航解算，解算出制导武器当前的姿态、位置等信息传送给弹载计算机。图像生成计算机根据目标特征(光学图像特征、几何变化特征等)实时生成目标背景图像，将其传送给红外目标模拟器，实现红外目标与背景红外图像的模拟并向导引头辐射，供导引头探测和跟踪。弹载计算机综合惯导及其他传感器的测量信息，根据制导控制模型，形成舵控制指令控制舵机偏转，控制制导武器按规划弹道飞行；当导引头进入目标捕获区域后，由弹载计算机按照制导控制模型形成控制指令，送舵机形成舵偏角；仿真计算机按照舵偏角计算控制力和力矩，控制制导武器飞行直至命中目标。

在整个试验过程中，试验总控系统的仿真接口子系统实时接收各参试部件、试验设备的输入输出信息，进行信号的实时转换与交互；试验总控系统的部件功能模拟子系统为参试部件提供模拟的武器站及弹上工作环境，构成制导武器发射流程和闭环仿真条件。试验中产生的各种数据由试验总控系统的数据采集子系统进行采集、记录与存储管理，供试验后进行调用分析。

(3)导引头框架角信号仿真计算方法

上述半实物仿真系统及仿真方法没有使用五轴转台，其在半实物仿真中发挥的作用需采用其他方法进行替代。由于五轴转台能够模拟制导武器和目标在飞行过程中的相对运动过程(即空间几何位置关系)，红外导引头所观测到的图像实际上是在该空间几何位置关系下的目标和背景图像，因此只需让图像生成计算机生成的目标和背景图像反映出弹目视线坐标系下的弹目视线俯仰角和弹目视线偏航角即可模拟制导武器和目标间的相对运动过程。

此外，由于导引头产生的视线角速度信号和框架角信号作为弹载计算机的输入信号参与了制导武器制导控制的全过程，因此，本发明方法的另一难点在于，传统仿真方法能够驱动被试导引头产生真实的框架角信号，这是因为五轴转台能够真实模拟制导武器飞行过程中的姿态变化，在这种姿态变化下导引头产生的框架角信号与实际飞行过程中产生的框架角信号一致。而本发明方法由于被试导引头固定在仿真夹具上无法运动，因而无法模拟该姿态变化，此时导引头输出的框架角信号是不真实的，需要进行处理，采用的方法为：仿真中，仿真计算机在解算弹道信号的同时也会解算出制导武器飞行过程中导引头的理论框架角信号，可利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟，可按照以下步骤进行计算：

1)由试验总控系统的仿真接口通过接口信息转换获得被试导引头输出的

两个静态漂移量信号；

2)由试验总控系统的仿真接口从通讯网络上采集仿真计算机解算的

两个理论框架角信号；

3)由试验总控系统的仿真接口将上述信号进行叠加合成，得到弹载计算机所需的

、ψ两个真实框架角信号，计算公式如下：

4)通过试验总控系统的仿真接口将计算出的

、ψ注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

上述计算中，各参量的物理意义如下：

导引头输出的俯仰框架角静态漂移量；

导引头输出的偏航框架角静态漂移量；

仿真计算机解算的导引头理论俯仰框架角信号；

仿真计算机解算的导引头理论偏航框架角信号；

：弹载计算机所需的导引头真实俯仰框架角信号；

ψ：弹载计算机所需的导引头真实偏航框架角信号。

实施例2

在某型号常规地地战术导弹半实物仿真试验中，参与半实物仿真的制导控制部件包括红外导引头、惯导、弹载计算机、舵机等，所使用的仿真设备包括仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统等，试验实施步骤如下：

(1)使用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合，调整好红外导引头与红外目标模拟器之间的距离，使其仿真视场满足导引头要求；

(2)按照图2的连接关系将各参试部件和仿真设备进行连接；

(3)此时仿真系统已搭建完成，使用图像生成计算机驱动红外目标模拟器生成目标背景图像，同时等待击发信号；

(4)收到击发信号后，仿真计算机实时进行弹道解算，同时发送制导武器和目标的位置、姿态、加计、导引头理论框架角信号

等信号；试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角静态漂移量

与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号

叠加合成后注入给弹载计算机；试验总控系统的仿真接口接收通讯网络上的加计信号向惯导注入，惯导开始进行导航解算，解算出制导武器当前的位置、姿态等信息传送给弹载计算机；弹载计算机综合导引头和惯导等部件的输出信号形成控制指令送舵机执行，仿真计算机采集舵反馈信号形成控制力和力矩，控制制导武器飞行，形成仿真闭环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外制导武器桌面半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统包括：仿真夹具、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统；其中，

所述仿真夹具用于将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；

所述红外目标模拟器用于模拟目标和背景在红外波段的辐射特性，实时生成动态红外场景，为被测导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；

所述仿真计算机用于运行制导武器动力学、运动学模型、制导控制模型、目标运动学模型，输出制导武器六自由度飞行弹道，生成制导武器运动、目标运动、弹目相对运动参数，控制其他仿真设备运行；

所述试验总控系统是整个半实物仿真系统的控制中枢，用于完成试验过程中的任务和初始化设置、参试部件功能模拟、参试部件程控上电、接口信息转换、信号传输与交互、数据采集与记录以及实时态势显示功能。

2.如权利要求1所述的红外制导武器桌面半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统实施过程中，利用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，根据被试导引头的仿真视场需求调整被试导引头与红外目标模拟器间的出瞳距，使红外目标模拟器的视场满足仿真要求；采用红外目标模拟器为被试红外导引头提供红外波段的目标和背景信号，供导引头探测和跟踪；在红外场景生成中，图像生成计算机通过接收仿真计算机解算的弹目视线坐标系下的弹目视线俯仰角和弹目视线偏航角信号，将其通过坐标转换映射到所要生成的图像上，即可模拟被试导引头当前时刻位置所应观测到的红外图像；利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，来实现对导引头框架角信号的模拟；采用仿真计算机来进行实时弹道解算；采用试验总控系统来对试验进程进行控制。

3.一种红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述半实物仿真方法基于权利要求1-2任一项所述的半实物仿真系统来实施，所述半实物仿真方法包括：

步骤1：使用仿真夹具将被试红外导引头和红外目标模拟器装卡到桌面上，并使其光学中心轴线重合；将包括导引头、惯导、弹载计算机、舵机的各个参试部件按照通讯协议和接口定义接入仿真回路；

步骤2：试验开始后，仿真计算机实时解算制导武器的动力学模型、运动学模型，生成制导武器的姿态、位置、速度、加速度以及目标运动信号，输出至通讯网络；

步骤3：试验总控系统的仿真接口接收通讯网络上的加计信号向惯导注入，惯导开始进行导航解算，解算出制导武器当前的姿态、位置信息传送给弹载计算机；

步骤4：图像生成计算机根据目标特征实时生成目标背景图像，将其传送给红外目标模拟器，实现红外目标与背景红外图像的模拟并向导引头辐射，供导引头探测和跟踪；

步骤5：弹载计算机综合惯导及导引头的输出信号，根据制导控制模型，形成舵控制指令控制舵机偏转，控制制导武器按规划弹道飞行；

步骤6：当导引头进入目标捕获区域后，由弹载计算机按照制导控制模型形成控制指令，送舵机形成舵偏角；仿真计算机按照舵偏角计算控制力和力矩，控制制导武器飞行直至命中目标。

4.如权利要求3所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述目标特征包括光学图像特征、几何变化特征。

5.如权利要求3所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2之间，还包括：

试验开始前，试验总控系统根据下达的仿真任务书和试验条件进行参数配置，并编排试验流程；

试验总控系统对各试验设备、参试部件进行自检，确保状态正常；

试验总控系统设置战场及仿真初始条件、扰动条件、目标/背景及干扰信号特征参数；设定包括仿真周期、仿真时序在内的试验控制参数，并对参试部件进行目标参数、控制参数的装订；

击发命令发出后，按制导武器工作时序装订发射诸元及导航初始参数，各参试部件按时序开始工作；

试验总控系统发出零秒同步信号，启动所有试验设备和仿真程序运行。

6.如权利要求4所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，在整个试验过程中，试验总控系统的仿真接口子系统实时接收各参试部件、试验设备的输入输出信息，进行信号的实时转换与交互；试验总控系统的部件功能模拟子系统为参试部件提供模拟的武器站及弹上工作环境，构成制导武器发射流程和闭环仿真条件；试验中产生的各种数据由试验总控系统的数据采集子系统进行采集、记录与存储管理，供试验后进行调用分析。

7.如权利要求4所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述步骤5中，仿真计算机实时进行弹道解算，同时发送制导武器和目标的位置、姿态、加计、导引头理论框架角信号；仿真接口将导引头框架角静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机；仿真接口接收加计信号向惯导注入，惯导解算出制导武器当前的位置、姿态信息传送给弹载计算机；弹载计算机综合导引头和惯导的输出信号形成控制指令送舵机执行。

8.如权利要求7所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述方法实施过程中，涉及导引头框架角信号的仿真计算；

仿真中，仿真计算机在解算弹道信号的同时也会解算出制导武器飞行过程中导引头的理论框架角信号，利用试验总控系统的仿真接口将导引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟。

9.如权利要求8所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述导引头框架角信号的仿真计算过程为：

1)由试验总控系统的仿真接口通过接口信息转换获得被试导引头输出的

两个静态漂移量信号；

2)由试验总控系统的仿真接口从通讯网络上采集仿真计算机解算的

两个理论框架角信号；

3)由试验总控系统的仿真接口将上述信号进行叠加合成，得到弹载计算机所需的θ、ψ两个真实框架角信号，计算公式如下：

4)通过试验总控系统的仿真接口将计算出的θ、ψ注入给弹载计算机，即可实现对导引头真实框架角信号的模拟；

上述公式(1)及(2)计算中，各参量的物理意义如下：

导引头输出的俯仰框架角静态漂移量；

导引头输出的偏航框架角静态漂移量；

仿真计算机解算的导引头理论俯仰框架角信号；

仿真计算机解算的导引头理论偏航框架角信号；

θ：弹载计算机所需的导引头真实俯仰框架角信号；

ψ：弹载计算机所需的导引头真实偏航框架角信号。

10.如权利要求9所述的红外制导武器桌面半实物仿真方法，其特征在于，所述半实物仿真方法，通过构建桌面半实物仿真系统+导引头框架角仿真计算的方法来替代五轴转台实现弹目相对运动和目标背景环境的模拟；其引头输出的框架角信号静态漂移量与仿真计算机解算的导引头理论框架角信号叠加合成后得到导引头真实框架角信号。

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