CN116466600A - 一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于巡飞弹武器系统技术领域，具体涉及一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，适用于具有巡飞+末制导作战模式的巡飞弹武器系统开展半实物仿真试验。该系统包括：五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统、实时网络系统；本发明采用集中式的仿真系统架构和仿真方案，解决了传统的巡飞弹仿真方法存在的无法对巡飞弹作战全过程、中末制导交接班等重要环节进行考核验证；使用数学仿真代替实物部件参试带来的仿真精度不高、无法考核导引头和惯导同时工作时的性能指标；以及仿真资源占用多、研发成本高等问题。该方法设计合理、有效、实用，具有很好的推广应用空间。
Description
技术领域
本发明属于巡飞弹武器系统技术领域，具体涉及一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，尤其涉及具有巡飞+末制导作战模式的巡飞弹武器系统开展半实物仿真试验。
背景技术
察打一体巡飞弹结合了无人机和制导武器(导弹)的特点，其既可以像无人机一样在重点区域上空对目标进行搜索、侦察和跟踪，也可以像制导武器一样对目标发起攻击。察打一体巡飞弹的整个飞行过程可以分为巡飞段和末制导段，巡飞段执行对目标的搜索、侦察和跟踪，此时巡飞弹需要不断在目标区域上空进行360度转圈巡航；末制导段执行对目标的攻击毁伤，此时巡飞弹的飞行弹道为向着目标方向飞行直至命中，不会中途转弯更不会360度转圈。可以看出，察打一体巡飞弹具有系统组成复杂、技术含量高、作战模式多样等突出特点，需要借助仿真手段对其性能指标进行充分地考核验证。
察打一体巡飞弹参与半实物仿真的制导控制部件包括导引头、惯导、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机。传统的仿真方法一般采用分段仿真的方案，将仿真过程分为巡飞段仿真和末制导段仿真，巡飞段仿真的参试部件为惯导、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机(其中不包含导引头，导引头信号利用仿真计算机通过数学仿真来模拟)，所使用的仿真设备为偏航轴可以360度连续旋转的三轴转台、仿真计算机、试验总控系统和实时网络系统，利用三轴转台负载惯导来模拟巡飞弹在目标区域上空进行360度转圈巡航，实现对目标搜索、侦察和跟踪过程的仿真；末制导段仿真的参试部件为导引头、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机(其中不包含惯导，惯导信号利用仿真计算机通过数学仿真来模拟)，所使用的仿真设备为五轴转台(五轴转台偏航轴不可连续旋转)、仿真计算机、试验总控系统和实时网络系统，利用五轴转台的内三轴负载导引头和惯导，外二轴负载图像目标模拟器，内三轴和外二轴同时运动来模拟巡飞弹和目标的相对运动过程，同时通过红外目标模拟器为导引头提供目标信号，实现巡飞弹对目标攻击过程的仿真。
传统仿真方法存在着以下弊端：
(1)由于仿真采用分段方式进行，无法对巡飞弹的中末制导交接班、规划弹道转寻的弹道、导引头搜索模式转跟踪模式等重要技术环节进行考核验证，也无法对巡飞弹作战全过程进行考核验证；
(2)由于巡飞段和末制导段仿真使用仿真计算机数学仿真的信号代替了实物导引头和惯导的信号，仿真精度有限，同时也未能对导引头和惯导同时工作时的性能指标进行考核验证；
(3)采用分段仿真方案需要用到两套仿真系统的多台仿真设备，如两个转台、两套试验总控系统、两套实时网络系统、两套电缆、两套工装等，占用了大量仿真资源，增加了研发成本。
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：如何提供一种新的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，解决传统的巡飞弹仿真方法存在的无法对巡飞弹作战全过程、中末制导交接班等重要环节进行考核验证；使用数学仿真代替实物部件参试带来的仿真精度不高、无法考核导引头和惯导同时工作时的性能指标；以及仿真资源占用多、研发成本高等弊端。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，所述半实物仿真系统包括：五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统、实时网络系统；
其中，
所述五轴转台用于模拟弹目相对运动，其中五轴转台的内三轴负载导引头和惯导，模拟弹体飞行过程中的姿态变化，外二轴负载红外目标模拟器，模拟弹目视线角的变化趋势；内三轴与外二轴共同作用，实现弹目相对运动过程的模拟；
所述卫星信号模拟器用于实时生成卫星导航信号，动态模拟制导武器飞行过程中接收到的卫星信号，为被测卫星导航接收机提供实时导航定位信息；
所述红外目标模拟器用于模拟目标/背景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目标背景信号，供导引头探测和跟踪；
所述仿真计算机运行制导武器动力学模型、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；
所述试验总控系统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、数据采集记录与管理以及实时态势显示功能；
所述实时网络系统用于连接包括上述五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统的各仿真节点，实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
其中，所述半实物仿真系统采用五轴转台的内三轴来为惯导和导引头提供制导武器飞行过程中姿态运动的模拟。
其中，所述半实物仿真系统采用五轴转台内三轴和外二轴同时运动的方式来模拟弹目相对运动过程。
其中，所述半实物仿真系统采用卫星信号模拟器来为被测卫星导航接收机提供卫星导航信号。
其中，所述半实物仿真系统采用红外目标模拟器来为被测红外导引头提供红外目标背景信号，供导引头探测和跟踪。
其中，所述半实物仿真系统采用仿真计算机来进行实时弹道解算，包括解算制导武器的俯仰角θm、滚转角γm和偏航角
其中，所述半实物仿真系统采用试验总控系统来对试验进程进行控制。
其中，所述半实物仿真系统采用实时网络系统来实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
其中，所述半实物仿真系统工作过程中，采用目标运动控制方法控制五轴转台和红外目标模拟器实时生成巡飞弹转圈巡航过程中导引头视场范围内的目标背景图像；
所述目标运动控制方法具体包括：控制五轴转台内三轴运动的俯仰指令和滚转指令为仿真计算机计算出的俯仰角θm和滚转角γm；偏航指令则由于偏航轴不能连续旋转，因此将仿真机计算出的偏航角再送给偏航轴。
其中，所述半实物仿真系统工作过程中，
所述目标运动控制方法还包括：控制五轴转台外二轴运动的俯仰指令qfy计算如下：
并控制五轴转台外二轴运动的偏航指令qph，由于内三轴偏航轴指令为0，导致外二轴偏航也不能运动，因此qph＝0；
其中，xm：制导武器当前的x向位置；
ym：制导武器当前的y向位置；
zm：制导武器当前的z向位置；
xt：目标当前的x向位置；
yt：目标当前的y向位置；
zt：目标当前的z向位置。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明提供了一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其主要特点为：
1)针对传统仿真方法无法对巡飞弹作战全过程、中末制导交接班等重要环节进行考核验证的问题，所设计的仿真方案求能够覆盖巡飞弹发射前参数装订、中段巡飞飞行、末段攻击目标的全过程，仿真系统需具备巡飞弹全作战过程模拟的能力。
2)针对传统仿真方法使用数学仿真代替实物部件参试带来的仿真精度不高、无法考核导引头和惯导同时工作时的性能指标的问题，要求导引头、惯导、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机等实物部件全部参与半实物仿真试验。
3)针对传统仿真方法仿真资源占用多、研发成本高的问题，要求使用一套转台、试验总控系统、实时网络系统、电缆、工装等仿真设备及资源。
可以看出，该仿真系统所使用的仿真设备与传统的末制导段仿真所使用的仿真设备相同(五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统和实时网络系统)，但在具体应用中存在着显著区别，主要体现在以下两点：
(1)传统末制导段仿真中惯导没有接入仿真回路，而是使用仿真计算机数学仿真的信号代替了实物惯导的信号，而本仿真系统中将惯导与导引头一起安装到五轴转台的内三轴上，即将惯导实物接入了仿真回路。
(2)由于五轴转台内三轴的偏航轴无法像偏航轴可以360度连续旋转的三轴转台一样进行连续旋转，为确保巡飞弹360度转圈巡航过程中导引头前方始终有目标信号，设计了目标运动控制方法控制五轴转台和红外目标模拟器实时生成巡飞弹转圈巡航过程中导引头视场范围内的目标背景图像，实现仿真效果与制导武器实际飞行过程一致。
该发明解决了传统的巡飞弹仿真方法存在的无法对巡飞弹作战全过程、中末制导交接班等重要环节进行考核验证；使用数学仿真代替实物部件参试带来的仿真精度不高、无法考核导引头和惯导同时工作时的性能指标；以及仿真资源占用多、研发成本高等问题。该方法设计合理、有效、实用，具有很好的推广应用空间。
本发明的察打一体巡飞弹半实物仿真系统在某型号察打一体巡飞弹半实物仿真试验中获得了良好的应用效果，为该型武器装备性能指标的考核验证发挥了重要作用。
附图说明
图1为本发明提出的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，本发明提供一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，所述半实物仿真系统包括：五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统、实时网络系统；所述半实物仿真系统工作原理如图1所示；
其中，
所述五轴转台用于模拟弹目相对运动，其中五轴转台的内三轴负载导引头和惯导，模拟弹体飞行过程中的姿态变化，外二轴负载红外目标模拟器，模拟弹目视线角的变化趋势；内三轴与外二轴共同作用，实现弹目相对运动过程的模拟；
所述卫星信号模拟器用于实时生成卫星导航信号，动态模拟制导武器飞行过程中接收到的卫星信号，为被测卫星导航接收机提供实时导航定位信息；
所述红外目标模拟器用于模拟目标/背景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目标背景信号，供导引头探测和跟踪；
所述仿真计算机运行制导武器动力学模型、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，并控制其他仿真节点的设备运行；
所述试验总控系统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、数据采集记录与管理以及实时态势显示功能；
所述实时网络系统用于连接包括上述五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统的各仿真节点，实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
其中，所述半实物仿真系统采用五轴转台的内三轴来为惯导和导引头提供制导武器飞行过程中姿态运动的模拟。
其中，所述半实物仿真系统采用五轴转台内三轴和外二轴同时运动的方式来模拟弹目相对运动过程。
其中，所述半实物仿真系统采用卫星信号模拟器来为被测卫星导航接收机提供卫星导航信号。
其中，所述半实物仿真系统采用红外目标模拟器来为被测红外导引头提供红外目标背景信号，供导引头探测和跟踪。
其中，所述半实物仿真系统采用仿真计算机来进行实时弹道解算，包括解算制导武器的俯仰角θm、滚转角γm和偏航角
其中，所述半实物仿真系统采用试验总控系统来对试验进程进行控制。
其中，所述半实物仿真系统采用实时网络系统来实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
其中，目标运动控制方法用于控制五轴转台和红外目标模拟器实时生成巡飞弹转圈巡航过程中导引头视场范围内的目标背景图像。传统的方法是由仿真计算机计算出制导武器当前的位置(x向弹的位置xm、y向弹的位置ym、z向弹的位置zm)、姿态角(俯仰角θm、偏航角滚转角γm)和目标当前的位置(x向目标位置xt、y向目标位置yt、z向目标位置zt)，将这些变量送给五轴转台和红外目标模拟器，五轴转台根据指令进行运动，红外目标模拟器则根据该弹目相对运动关系生成导引头所要探测的目标背景图像将其转换为红外信号向被测导引头辐射。由于五轴转台内三轴的偏航轴无法360度连续旋转，必须采用特殊的仿真方法，确保巡飞弹360度转圈巡航过程中导引头前方始终有目标信号。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种目标运动控制方法，所述半实物仿真系统工作过程中，采用目标运动控制方法控制五轴转台和红外目标模拟器实时生成巡飞弹转圈巡航过程中导引头视场范围内的目标背景图像；
所述目标运动控制方法具体包括：(1)控制五轴转台内三轴运动的俯仰指令和滚转指令为仿真计算机计算出的俯仰角θm和滚转角γm；偏航指令则由于偏航轴不能连续旋转，因此将仿真机计算出的偏航角再送给偏航轴。
(2)控制五轴转台外二轴运动的俯仰指令qfy计算如下：
并控制五轴转台外二轴运动的偏航指令qph，由于内三轴偏航轴指令为0，导致外二轴偏航也不能运动，因此qph＝0；
其中，xm：制导武器当前的x向位置；
ym：制导武器当前的y向位置；
zm：制导武器当前的z向位置；
xt：目标当前的x向位置；
yt：目标当前的y向位置；
zt：目标当前的z向位置。
基于以上目标运动控制方法来控制五轴转台进行运动即可实现巡飞弹作战全过程仿真。
实施例1
在某型号察打一体巡飞弹半实物仿真试验中，参与半实物仿真的部件有导引头、惯导、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机，所使用的仿真设备包括五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统和实时网络系统，试验具体实施步骤如下：
(1)将惯导安装在五轴转台的内三轴上；
(2)将导引头安装在五轴转台的内三轴上；
(3)将红外目标模拟器安装在五轴转台的外二轴上；
(4)将卫星导航接收机放置在卫星信号模拟器发射天线前的适当位置；
(5)调试好各仿真设备，包括五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统和实时网络系统等；
(6)将导引头、惯导、卫星导航接收机、弹载计算机、舵机等参试部件与各仿真设备按照通讯协议进行连接；
(7)此时半实物仿真系统搭建完成，各仿真设备和参试部件进入待命状态；
(8)按照前面“技术方案”中给出的半实物仿真系统的工作原理和工作过程开展正式的半实物仿真试验。
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)
1.一种察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统包括：五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统、实时网络系统；
其中，
所述五轴转台用于模拟弹目相对运动，其中五轴转台的内三轴负载导引头和惯导，模拟弹体飞行过程中的姿态变化，外二轴负载红外目标模拟器，模拟弹目视线角的变化趋势；内三轴与外二轴共同作用，实现弹目相对运动过程的模拟；
所述卫星信号模拟器用于实时生成卫星导航信号，动态模拟制导武器飞行过程中接收到的卫星信号，为被测卫星导航接收机提供实时导航定位信息；
所述红外目标模拟器用于模拟目标/背景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目标背景信号，供导引头探测和跟踪；
所述仿真计算机运行制导武器动力学模型、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；
所述试验总控系统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、数据采集记录与管理以及实时态势显示功能；
所述实时网络系统用于连接包括上述五轴转台、卫星信号模拟器、红外目标模拟器、仿真计算机、试验总控系统的各仿真节点，实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
2.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用五轴转台的内三轴来为惯导和导引头提供制导武器飞行过程中姿态运动的模拟。
3.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用五轴转台内三轴和外二轴同时运动的方式来模拟弹目相对运动过程。
4.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用卫星信号模拟器来为被测卫星导航接收机提供卫星导航信号。
5.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用红外目标模拟器来为被测红外导引头提供红外目标背景信号，供导引头探测和跟踪。
6.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用仿真计算机来进行实时弹道解算，包括解算制导武器的俯仰角θm、滚转角γm和偏航角
7.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用试验总控系统来对试验进程进行控制。
8.如权利要求1所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统采用实时网络系统来实现各仿真节点间信号的实时通讯与交互。
9.如权利要求6所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统工作过程中，采用目标运动控制方法控制五轴转台和红外目标模拟器实时生成巡飞弹转圈巡航过程中导引头视场范围内的目标背景图像；
具体为：控制五轴转台内三轴运动的俯仰指令和滚转指令为仿真计算机计算出的俯仰角θm和滚转角γm；偏航指令则由于偏航轴不能连续旋转，因此将仿真机计算出的偏航角再送给偏航轴。
10.如权利要求9所述的察打一体巡飞弹半实物仿真系统，其特征在于，所述半实物仿真系统工作过程中，
控制五轴转台外二轴运动的俯仰指令qfy计算如下：
并控制五轴转台外二轴运动的偏航指令qph，由于内三轴偏航轴指令为0，导致外二轴偏航也不能运动，因此qph＝0；
其中，xm：制导武器当前的x向位置；
ym：制导武器当前的y向位置；
zm：制导武器当前的z向位置；
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116859772A (zh) * | 2023-09-04 | 2023-10-10 | 西安现代控制技术研究所 | 一种导弹弹体弹性模态半实物仿真试验方法 |
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2023
- 2023-04-18 CN CN202310415145.7A patent/CN116466600A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN116859772A (zh) * | 2023-09-04 | 2023-10-10 | 西安现代控制技术研究所 | 一种导弹弹体弹性模态半实物仿真试验方法 |
| CN116859772B (zh) * | 2023-09-04 | 2023-12-29 | 西安现代控制技术研究所 | 一种导弹弹体弹性模态半实物仿真试验方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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