CN117113619B - 一种海岸靶区环境的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种岛岸靶区环境的仿真方法。该方法包括：建立海岛的三维仿真模型；基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；根据海洋环境参数数据，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真。本发明实施例的技术方案，得到了不同海域环境下的仿真弹药实际飞行弹道方程，且明确了不同海洋环境数据对弹着点的影响权重，能够在建立的模型中，在存在多个影响弹着点环境指标时，可精准仿真不同弹药的弹着点，且靶区设置灵活，可根据需要灵活选择仿真弹着点检测区域。

Description

一种海岸靶区环境的仿真方法
技术领域
本发明实施例涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种岛岸靶区环境的仿真方法。
背景技术
无论是弹药的弹道评测,还是针对某个海岛的攻击演练,传统方式中,都需要经过大量的模拟评测,考虑到海洋气候环境复杂,实际飞行弹道会和理论弹道差异明显,且针对海岛的攻击演练,也往往难以直接找到符合相应训练科目的岛屿,只能通过设置模拟靶区进行评价。虽然目前计算机技术理论上可以用于弹道模拟和对岛攻击模拟，但是由于海域环境复杂，导致仅按照理论弹道方程构建的仿真模型存在和实际情况的很大偏差。
在模拟岛岸靶区时，20世纪90年代美国通过建立位于海面上的二维虚拟岛屿，并设置水听器，确定弹药落点，同时在附近山脉上设置光学测量设备，测量弹药飞行中的弹道，基于航海图、预定义目标等，确定目标毁伤程度，这种方法是一种基于物理建模的仿真方法，这种方法一方面难以覆盖所有海况情况，另一方面需要消耗更多资源。
由于海洋环境数据的微小扰动都会反映在弹药弹道上，建立的虚拟仿真模型中，针对每个海洋环境数据变化后创建一条弹道，工作量庞大，且实际情况中，往往是多个因素共同决定弹道，仅对于其中的一个海况参数进行调整时，对于弹道的具体影响也难以确定，因此，需要一种能够反应海洋环境对弹道影响的仿真方法，以实现海岸靶区环境的仿真。
发明内容
本发明实施例提供了一种海岸靶区环境的仿真方法，以优化海岸靶区的弹药飞行弹道数学模型和海岛模型，实现对海岸靶区环境的高精度展现。对于靶区环境，包括包含了海岛整体或一部分的海岛本身和周围空间范围，与该范围内弹药实际飞行弹道仿真结果的组合。
本发明采用的技术方案如下：一种岛岸靶区环境的仿真方法，包括：
建立海岛的三维仿真模型；
基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；
根据海洋环境参数数据，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；
基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真。
所述建立海岛的三维仿真模型，包括以下步骤：
构建海岛在海面上的轮廓线；
基于轮廓线，通过添加海岛的空间坐标点，构建海岛三维模型；
在海岛三维模型中，将同一高程水平面上相邻坐标点进行连接，生成靶区三维模型。
所述将同一高程水平面上相邻坐标点进行连接，包括以下步骤：
判断所有空间坐标点高度坐标是否存在相同高度；若是，则将高度坐标相同的空间坐标点认为位于同一高程面，否则认为并非位于同一高程面；
对于位于同一高程面的所有坐标点，将当前坐标点i标定为基准点，并计算基准点距离其它每个坐标点的间距；将与基准点之间间距最小的坐标点标定为坐标点i+1，坐标点i与坐标点i+1为相邻坐标点，则该坐标点i+1标定为基准点；依次遍历未标定为基准点的其它坐标点，将标定为基准点的所有点进行连接得到的封闭曲线，作为海岛三维模型的等高线；
遍历所有高程面，得到海岛三维模型的所有等高线。
所述基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型，包括以下步骤：
将弹药发射点至海岛三维仿真模型在海面上轮廓中心点进行连线；
以海岛三维仿真模型在海面上轮廓中心为圆心，圆心与发射点连线为最大半径，形成圆形空间，在圆形空间内构建多个同心圆；
在每个同心圆范围内配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型。
所述海洋环境参数，包括空气压力、海洋大气温度、海洋大气湿度、海洋大气密度。
所述根据海洋环境参数数据，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型，包括以下步骤：
根据实际海洋环境参数数据，得到海洋环境参数对飞行阻力的权重；
根据包含海洋环境参数对飞行阻力的权重的大气海洋基本方程，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型。
所述根据实际海洋环境参数数据，得到海洋环境参数对飞行阻力的权重，包括以下步骤：
将实际的空气压力、温度测量值，以及空气密度ρ的多组数据代入海洋大气密度与大气温度压力环境的关系方程，对权重值进行求解；
所述海洋大气密度与大气温度压力环境的关系方程如下：
其中，参数P1至Pn，T1至Tn，···，Pb1至Pbn分别代表计算空气密度ρ1、···、ρn时，参与计算的干空气情况下的空气压力、空气热力学温度、饱和水蒸气条件下的空气压力的测量值，k表示干空气情况下的空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，n表示数据组数。
所述包含海洋环境参数对飞行阻力的权重的大气海洋基本方程如下：
其中，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，ρ表示湿空气密度，P代表干空气情况下的标准空气压力，T代表空气热力学温度，Pb代表饱和水蒸气条件下的空气压力，代表空气相对湿度。
所述弹药飞行弹道的仿真数学模型，具体如下：
其中，ay表示弹药飞行过程重力方向上的加速度，ax表示弹药飞行过程空气阻力加速度，vy表示弹药飞行过程重力方向上的速度，vx表示弹药飞行方向上的速度，θ表示弹药飞行过程飞行方向与水平面夹角，y表示弹药飞行过程重力方向上的位移量，x表示弹药飞行过程速度方向上的位移量，g为重力加速度，t为弹药飞行时间，C为空气阻力系数，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，ρ表示湿空气密度，P代表干空气情况下的标准空气压力，T代表空气热力学温度，Pb代表饱和水蒸气条件下的空气压力，代表空气相对湿度，S为弹药迎风面面积，V为弹药与空气的相对移动速度，m表示弹药的质量；
根据弹药飞行过程重力方向上的加速度ay、弹药飞行过程空气阻力加速度ax得到飞行速度和位移。一种岛岸靶区环境的仿真系统，包括：
三维可视化节点，用于基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；构建理论飞行弹道数学模型，并通过实际飞行弹道更新模型，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；
弹药动力学仿真节点，用于基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真。
针对海岛的三维建模方法，该方法包括：
在海岛三维模型建设中，确定三维模型在海面上的轮廓线；
确定海岛三维模型的高程；
确定海岛三维模型内的等高线，以及等高线上不同位置的空间坐标点；
在不同的等高线上，对同一个等高线上的空间坐标点，进行相邻空间点连线，得到等高线图，并直接生成海岛三维模型；
设置海岛以及海岛到弹药发射点范围海域的环境参数。
其中，弹药理论飞行弹道的仿真包括：
根据理论弹道方程，建立弹药飞行数学模型，并引入空气阻力和/或阻力矩参数，以及自有推力装置弹药的攻角、推力数据；
以海岛三维模型为中心，向外划定同心圆，直至最外圆覆盖弹药发射点，得到n个同心圆环；
每个同心圆环范围内认为海洋大气环境完全相同，计算圆环内的空气阻力和/或阻力矩参数，并确定自有推力装置弹药的攻角、推力数据；
得到基于理论弹道方程的弹药飞行弹道；
同心圆环半径可调整，且允许不均匀。
其中，弹药实际飞行弹道的仿真方法包括：
岛岸靶区环境建设包括：
将岛岸海岛整体或一部分仿真模型和其周围空间认定为物理环境，以弹药实际飞行弹道进入物理环境的弹道认定为弹药环境，物理环境和弹药环境组合为岛岸靶区环境；
根据数学模型，确定弹药在靶区内的飞行弹道；
根据弹药环境和物理环境的参数，确定弹药在仿真靶区内的落点。
本发明实施例的技术方案，通过先构建两套模型，即海岛三维模型和弹药飞行模型，确定弹药飞行时，整个飞行区域内的海洋环境数据，构建符合弹药实际飞行弹道的仿真模型。其中海岛三维模型中，根据等高线、海岛在海平面的轮廓线和等高线上不同点位经纬度，以及设定的点位数量，实现三维模型的简单操作定制，且设置人工纠错机制，应对海岛存在多个山峰情况下的特殊等高线绘制要求，同时可输入海岛区域和弹药飞行范围内的所有海洋环境参数。
本发明解决了海岛物理建模繁琐问题，可以直接通过在三维模型区域设置柱形空间，并将该空间设定为仿真靶区，避免物理靶区的难以更改和消耗资源过多问题，实现了三维海岛模型和靶区的建设，且弹药飞行弹道仿真更为精确的效果。
本发明产生以下有益效果和优点：
1.建立了包含弹药实际飞行弹道数据采集、弹药理论飞行弹道仿真、海洋环境采集、仿真结果计算和显示等多个节点的弹药弹道仿真系统，利用同一套仿真系统实现理论验证、弹药实际飞行弹道数据采集、海岛建模、海岸靶区环境建设等多种操作，达到了一套系统实现整套技术路径，无需根据操作要求进行系统修改的效果。
2.本发明得到了不同海域环境下的仿真弹药实际飞行弹道方程，且明确了不同海洋环境数据对弹着点的影响权重，能够在建立的模型中，在存在多个影响弹着点环境指标时，可精准仿真不同弹药的弹着点，且靶区设置灵活，可根据需要灵活选择仿真弹着点检测区域。
附图说明
为了更清楚说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需用到的附图做简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例附图，而非全部附图，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1为本发明实施例一所提供的一种岛岸靶区环境仿真方法的流程图；
图2为本发明实施例二所提供的一种岛岸靶区物理环境三维模型建设方法的流程图；
图3为本发明实施例三所提供的一种岛岸靶区弹药环境数学模型建设方法的流程图；
图4a为本发明实施例三所提供的一种岛岸靶区环境图；
图4b为本发明实施例三所提供的一种岛岸靶区弹药环境数学模型中，弹药落点数据采集示意图；
图5为本发明实施例三所提供的一种岛岸靶区环境仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。此外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅展示了与本发明相关的部分而非全部结构。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅展示了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描述的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的很多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1为本发明实施例一所提供的一种岛岸靶区环境仿真方法的流程图，本实施例适用于整个环境仿真过程关于海岛的三维建模、理论数学模型，和根据弹药实际飞行弹道更新后，进行物理环境与弹药环境结合，对整个岛岸靶区环境的仿真方法。该方法需要对海岛环境、弹药飞行范围内的海洋环境数据进行输入，确定在海洋环境数据相同的情况下，弹药理论飞行弹道和弹药实际飞行弹道的差异，以进行数学模型更新，之后根据弹药实际飞行弹道方程，将海洋环境数据和弹药实际飞行弹道数学模型结合，得到更新后的弹药实际飞行弹道数学模型，结合靶区物理环境，可仿真岛岸靶区环境。
如图1所示，本实施例的方法具体可包括：
S110，在靶区模型的建设中，本发明的靶区为海岛整体及一部分的海岛本身和周围空间的柱形空域，圆柱的高等于海岛从海平面到最高点的长度，或某个等高线距离海岛最高点的长度。
其中，无论是现实中不存在的岛屿，还是现实中存在的岛屿，确定三维模型上空间点的空间坐标，每一个高程固定地点等高线上，存在多个不同的空间点，形成该海岛在同一个高程上的空间点群，而海岛模型可以设置多个不同的高程，每个高程都可以对应一个同一个高程上的空间点群，从而获取多组空间坐标点群。
可选的，空间点坐标形式为经纬度和高程。
可选的，空间点坐标为极坐标和高程。
可选的，空间点坐标为空间直角坐标系坐标。
其中，所述高程参数可以自行确定。
其中，同一高程的空间坐标点，按照相邻点连接方式，遍历所有空间点，得到每个高程参数下的封闭曲线，生成等高线。
其中，同一个高程上的空间坐标点可设置n个，n根据建模精度要求确定，n数值越大，则建立的海岛模型越精确。
其中，建设的三维模型允许生成俯视图和等高线图，且允许进行等高线修正，以应对同一个海岛存在多个山峰的情况，具体操作中，已经绘制了海岛三维模型的空间点图，根据实际需要，由技术人员按照需要连接空间点，只要能够生成封闭曲线，则三维模型按照生成的封闭曲线(等高线)，自行调整模型形状。
S120，设定靶区至弹药发射点的环境数据。
靶区至弹药发射点的环境数据，是指靶区物理模型边界至弹药发射点之间的环境数据。
其中，采集一套弹药实际飞行过程的海洋环境数据，将其输入仿真系统中。对于仿真模型环境数据，以海岛在海面上的轮廓线中心为圆心，以圆心距离轮廓线圆心的连线为半径，确定最内圆圆心和发射点连线为半径，划定最外圆，在最内圆和最外圆中间，继续划定多个圆，每个同心圆环范围内，认为环境数据完全相同。
可选的，不同圆环内环境数据设定值具有较大差异，并进行仿真模拟，得到在不同圆环范围内的弹药飞行弹道。
其中，弹药实际飞行弹道测定中，取得弹药飞行中的实时海洋大气环境，并记录海洋环境参数。
可选的，无自有动力的弹药，飞行距离较近，可以认为弹药发射点和弹药落点之间的环境参数完全相同，建立的海洋环境模型。而如果环境突变，如出现风切变现象，还可对风切变区域单独划定影响范围。
可选的，有自有动力的弹药，飞行距离较远，可以在弹药发射点和弹药落点之间划定多个同心圆，每个同心圆环内的环境数据不同。
其中，圆环内环境数据和单独划定影响范围，可根据需要设定。
S130，构建弹药的理论飞行弹道。
其中，需要取得弹药的初始飞行攻角、重量、飞行过程中的阻力和/或阻力矩数据，按照弹道方程确定，并可以直接生成弹药理论飞行弹道。
其中，一些特殊弹道，具备自身携带的推进装置，此时还需要确定弹药的自身对弹道影响，包括攻角的大幅度主动调整、推力、本身重量变化等。
S140，确定弹药实际飞行弹道。
确定弹药落点，并利用高度测量装置和速度测量装置，确定弹药的动力学弹道。
其中，确定弹药落点，设置传感器，根据弹药的理论弹道所计算出的落点，在安全区域内设置传感器，传感器呈规则图形布置，以计算精准落点。
可选的，设置多个水听器，水听器按照规则图形布置，根据不同水听器获取声音信号的时间差，计算弹药精准落点。
可选的，设置悬停于弹药实际飞行落点区域上方的测量设备，直接确定弹药在划定范围内的精准落点。
其中，弹药的高度测量装置和速度测量装置，都采用传感器获取参数。
S150，更新弹药实际飞行弹道的仿真数学模型，或者构建仿真数学模型。
通过步骤S130-S140，对于弹药实际飞行弹道数学模型，需要经过实际发射后测量，得到了弹药实际飞行弹道后，用来更新仿真数学模型。
其中，根据弹药实际飞行弹道，确定弹药在不同速度下的实际阻力和/或阻力矩数值，并进一步确定海洋大气环境数值，根据海洋大气环境数值确定海洋环境数值在大气阻力和/或阻力矩生成中的具体权重。并根据大气海洋基本方程，确定弹药飞行区间的海洋大气基本方程，以计算不同海洋环境数据对阻力和/或阻力矩的影响权重。
可选的，实际弹药飞行弹道测量中，取得多个同类型弹药的弹道，并建立动力学方程，从动力学方程中提取出阻力和/或阻力矩生成方程，得到大气密度—海洋大气压力温度环境关系方程组，对权重值进行具体计算。该方案确定的弹药实际飞行弹道方程精度最高。
可选的，进行少量同类型弹药实际飞行弹道采集，若发现弹道离散度符合标准，记录该测试时的海洋环境和阻力和/或阻力矩值，无需计算海洋环境参数对阻力和/或阻力矩生成情况的具体影响权重。该方案确定的弹药实际飞行弹道方程精度最低。
其中，确定了海洋环境参数对阻力和/或阻力矩生成情况的权重之后，将环境参数和对应的权重建立一一对应关系，并且形成弹药实际飞行弹道数学模型，形成一套根据环境参数自行选择实际飞行弹道数学模型的技术方案。
可选的，进行少量同类型弹药弹道采集方案中，建立海洋环境参数—阻力和/或阻力矩的数学模型，该模型中，不考虑海洋环境参数对生成阻力和/或阻力矩造成的影响，或者认为造成的影响过小可忽略。
可选的，将弹药实际飞行弹道所对应的海洋环境数据和通过仿真获取的弹药理论飞行弹道对比，分析在同一攻角、速度、海洋环境数据情境下，弹药实际飞行弹道和弹药理论飞行弹道在水平面和垂直面的差值。弹药实际飞行弹道的仿真模拟中，每个经过计算得到的空间点坐标，增加经过计算得到的弹药实际飞行弹道和弹药理论飞行弹道在水平面和垂直面的差值，修正仿真数学模型。
S160，确定岛岸靶区环境。
岛岸靶区环境含有两项，一项是海岸靶区的物理环境，另一项是弹药在物理环境内飞行弹道，即弹药环境。
其中，物理环境的建设方面，以海岛整体或者一部分本体和其周围空间，为整体物理环境，基于海岛三维模型构建。
可选的，以海岛在海面上的轮廓线中心点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛高程为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛在海面上的轮廓线覆盖范围为底，以海岛高程为高，得到的一个柱体结构。
可选的，在海岛海面上轮廓线限定区域内任意点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛高程为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛上任一等高线中心点和/或任意点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛最高点到该等高线距离为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛上任一等高线为底，以海岛最高点到该等高线距离为高，得到的一个柱体结构。
其中，弹药飞行弹道需要确定在划定的岛岸靶区物理环境范围内的弹道，根据S150得到的仿真数学模型，确定在已知弹药发射初始值的情况下，在靶区物理环境内的仿真弹药飞行实际弹道。
可选的，选用弹药实际飞行弹道方程精度最高的仿真数学模型，确定弹药的本身参数(例如质量等)、海洋环境参数和发射点，生成弹药实际飞行弹道的仿真图，确定进入海岸靶区物理环境中的仿真弹药飞行实际弹道。
可选的，选用直接基于理论计算弹道进行调整的仿真弹药飞行实际弹道生成方法，确定弹药的本身参数、海洋环境参数和发射点，生成弹药实际飞行弹道的仿真图，确定进入海岸靶区物理环境中的弹药弹道。
可选的，选用弹药实际飞行弹道方程精度最低的仿真数学模型，确定弹药的本身参数、海洋环境参数和发射点，生成弹药实际飞行弹道的仿真图，确定进入海岸靶区物理环境中的弹药弹道。
其中，将得到的岛岸靶区物理环境和该范围内的仿真弹药飞行实际弹道结合，即为岛岸靶区环境。
实施例二
图2为本发明实施例二所提供的一种海岛物理环境的模型建设方法，本实施例在本发明实施例1中任一可选技术方案的基础上，可选的，海岛在海面上的轮廓线，直接按照现实中存在海岛的轮廓线绘制，对于高程空间上的岛屿建模，根据现实岛屿测量取得的等高线，进行绘制。
可选的，虚拟岛屿建模，海岛在海面上的轮廓线，直接进行绘制，高程空间上的岛屿建模，输入空间坐标点，仿真系统自行选取同一个高程水平面上的空间点，将同一个高程面上的相邻空间点连接，形成等高线，并形成三维模型。
可选的，海岛含有多个山峰情形下，同一个高程面上，仿真系统难以判断山峰数目，仿真系统支持生成海岛等高线图和/或俯视图，技术人员根据山峰走向，对同一个高程上的空间点按需要连接，生成封闭曲线后，该封闭曲线为等高线，三维模型按照等高线图，形成三维模型，此时支持同一个海岛的多个山脉同时建模。
可选的，对同一个高程上的空间点数量进行调整，空间点可以按照经纬度、极坐标、普通空间直角坐标系坐标输入。
其中，海洋环境参数输入，仿真模型中划分多个区域，每个区域内的海洋环境参数视为完全相同，不同区域内的海洋环境参数不同；弹药实际飞行中，如果弹药飞行距离较大，弹药所面临的海洋环境也会变化，也要能够仿真模拟。对弹药发射点和落点生成连线，在这个连线区间内绘制多个同心圆，每个圆环区间内视为海洋环境参数完全相同。
可选的，弹药短距离飞行时，认为弹药飞行过程的海洋环境参数完全相同，不进行区域划分。
可选的，特殊性海洋环境，允许在仿真中建立特殊环境影响区域，例如风切变区域处于弹药飞行路径，可以在飞行弹道上划定风切换气候环境的影响范围。
S210，海岛在海面上的轮廓线绘制。
模型仿真中，进行空间点的连线处理。
可选的，输入空间点，由仿真系统将相邻空间点按序连接，生成封闭曲线，即为轮廓线。
可选的，直接在二维或三维平面上绘制，形成封闭曲线，认为是轮廓线。
可选的，含有不少于两个山脉，仿真系统进行相邻空间点按序连接，可能会将多个山脉的等高线连线视作仅有一个山脉的情况，此时由技术人员直接调整，得到多个山脉的等高线。
S220，同一高程水平面上点位空间坐标输入。
根据实际存在海岛的测量结果，并输入空间坐标。
可选的，空间点为经纬度和高程参数组合模式，在仿真系统中转换为直角坐标系坐标。
可选的，空间点为极坐标和高程参数组合模式。
可选的，空间点为直角坐标系模式。
其中，空间坐标输入和基础展示功能由图5所示系统实现，如图5所示，利用三维可视化节点确定海岛在海面上的轮廓线坐标，且支持技术人员通过拖拽、连线以及其他方式直接描绘轮廓线，根据收集的海岛高程信息和空间点坐标信息，在三维可视化节点上展示，三维可视化节点支持自主进行相邻空间坐标点的连接以形成等高线，以及技术人员按照空间点绘制等高线。数据库节点记录输入的空间点坐标，并支持技术人员未保存之前，进行空间坐标点的删改。S230，同一高程水平面上相邻点位连接。
计算点位之间的间距，将间距最小的两个点视为相邻点位，并连接，生成封闭曲线，如果得到的封闭曲线内含有其他坐标点，或者发现同一个点距离周围两个点都是最短距离的情况，仿真系统告警，由技术人员参与空间点选择，并连线。
可选的，技术人员输入空间点坐标后，由技术人员直接按照建模要求连线，无需由仿真系统自行连线。
S240，海岛三维模型生成。
输入空间坐标点，且生成正确等高线后，仿真系统自行根据等高线的轮廓、参数生成三维模型。
S250，弹药发射点至海面上轮廓中心连线。
S260，以海岛和海平面衔接处轮廓中心为圆心，连线为最大半径，形成圆形空间，在圆形空间内绘制多个同心圆。
绘制同心圆的目的是，生成多个同心圆环区域，每个区域内可以认为海洋环境数据完全相同。而轮廓中心则为海岛在海平面上的轮廓范围中心，对于每个同心圆半径，可均匀和/或不均匀配置。
可选的，以轮廓中心为圆心，和弹药发射点连线为最大半径，仅绘制一个圆，认为该区域内的海洋环境数据相同。
其中，所有功能由图5实现，如图5所示，由三维可视化节点进行轮廓中心和弹药发射点的连线绘制，三维化可视节点根据海岛在海面上轮廓线的空间点，求取圆心位置，弹药发射点位置已知，确定了两个位置之后直接连线即可。对于同心圆绘制，根据三维可视化节点直接确定范围即可。
S270，海洋环境参数输入。
输入的数据包括所有能够影响弹药空气阻力和/或阻力矩的自然因素，如压力、温度、湿度、风力等。
可选的，绘制了多个同心圆的仿真情形，在每个圆环内输入不同的海洋环境数据。
可选的，只得到了一个圆形空间时，仅需输入一套海洋环境数据。
可选的，特殊气候环境，在划分了该气候环境的影响区域后，在该区域内输入对应的气候环境数据。
S280，靶区以及周边海洋区域三维模型建成。
对于海洋区域，利用海洋环境数据进行仿真模拟即可。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种岛岸靶区环境数学模型建设方法的流程图，如图3所示，先根据理论弹道学的方程建立数学模型，其中弹药弹道受到弹药的空气阻力和/或阻力矩影响最大，而空气阻力和/或阻力矩和海洋环境数据息息相关，本发明构建空气阻力和/或阻力矩和海洋环境数据进行弹药实际飞行弹道数学模型更新。
S310，按照理论弹道方程构建弹药飞行数学模型。
其中，需要引入弹药自身姿态、速度和空气阻力和/或阻力矩关系，空气阻力和/或阻力矩则是重点分析海洋环境参数对空气阻力和/或阻力矩的生成方程，并基于该方程计算海洋大气密度，得到关于弹药飞行阻力—海洋大气密度—海洋环境数据和/或弹药本身参数的关系方程。
S320，确定弹药实际飞行弹道。
根据对弹药的实际发射和飞行监控确定弹道参数，利用多种传感器取得飞行弹道数据。
如图4a～图4b所示，实际测量中，只对靶区内岛岸目标的某部分目标特性进行模拟，其余的部分不布设载体，也不模拟目标特性，并且由于岛岸靶区的面积比较大，因此靶区内可能布设多个靶区单元。以载体为靶区单元的主体支撑结构，上面布设目标模拟系统模拟岛岸目标的红外辐射特性和雷达反射特性，通过靶区状态控制系统，控制靶区的状态，并且安装脱靶量测量系统获取弹药的落点信息。
可选的，采用水听器确定弹药落点，水听器在靶区边缘布置，并确定布置位置，确定弹药精准落点。
可选的，利用悬停于靶区上方的测量设备，直接取得弹药落点数据。
可选的，设置雷达实时跟踪弹药的飞行高度和速度。
可选的，采用其他设施取得弹药的实时飞行高度和速度。
其中，弹药实际飞行弹道的取得过程，还需要准确记录当前的海洋环境数据。
其中，所有功能由图5所示系统实现，如图5所示，仿真系统中的时统系统授时，之后由任务规划节点，确定该时间点和/或时间段内的弹药发射量、发射批次、弹药类型和弹药初始发射参数，包括发射速度、是否有自有动力、初始发射攻角等，所有数据由数据库节点记录并存储，对于弹药的实际飞行弹道数据，输入仿真节点中，并生成弹药实际飞行弹道数据和仿真数据的一一对应关系。
可选的，将弹药实际飞行弹道所对应的海洋环境数据，将得到的弹药实际飞行弹药数值，在S120步骤中的环境数据区间内绘制，从而让一个靶区至弹药发射点的划定范围内，可以同时对多个海洋环境数据对应的空气阻力和/或阻力矩数值进行确定。
可选的，利用武器控制平台网关，计数弹药实际飞行弹道测量状态下，同一发射批次下的脱靶量，计算弹药的中靶率，将中靶率作为弹药实际发生弹道的计算数值处理，即：在弹药实际飞行仿真弹道建模中，按照中靶率，确定可以进入岛岸靶区物理三维模型空间的弹道条数。
通过S310-320步骤，根据弹药实际飞行弹道测量，利用测量设备确定弹药落点，并测量弹药从发射点到落点整条路径上的高度、速度以及弹药姿态；根据现有的飞行弹道数学方程计算的飞行轨迹，与根据测量值获取的飞行轨迹进行比较，根据差值修正理论计算的飞行轨迹，得到飞行弹道的仿真模型。
另外，考虑海洋环境对弹道的影响，还可以计算弹药飞行过程的空气阻力和/或阻力矩，并根据海洋大气密度与海洋大气温度压力环境数据的关系方程，确定不同海洋环境因素对大气密度的影响权重，进而确定空气阻力和/或阻力矩的影响权重；根据海洋环境因素对空气阻力和/或阻力矩的影响权重，得到弹药飞行弹道的数学模型；可以通过S330-S340步骤实现基于海洋环境的飞行弹道仿真模型。
S330，确定弹药实际飞行阻力和/或阻力矩。
由弹药的实际飞行弹道、弹药的自身姿态以及弹药的动力学方程，确定弹药在飞行过程中受到的实际空气阻力和/或阻力矩。
其中，海洋大气空气阻力方程已知，为：
其中，F为空气阻力，C为空气阻力系数，在已知弹药型号的情况下，该数值已知，也可通过其他方法测定；ρ为空气密度，海洋环境中，由多个海洋环境数据共同决定，且不同环境要素影响程度不同；S为物体迎风面面积，该数值已知；V为物体与空气的相对移动速度，可以通过测量弹药实际飞行弹道得到。
对于中空气密度，实际上在海洋环境中，空气中水蒸气含量更多，需要按照湿空气密度计算方程确定，大气海洋基本方程为：
其中，ρ表示湿空气密度，符合海洋环境气候，P代表干空气情况下的标准空气压力，T代表空气热力学温度，Pb代表饱和水蒸气条件下的空气压力，代表空气相对湿度；
其中，对于大气阻力力矩计算，也直接根据动力学方程进行计算即可。
其中，对于弹药实际飞行阻力和/或阻力矩，根据弹药的实际飞行弹道计算或测量即可。
其中，对于涉及的所有海洋环境数据，对于环境数据和阻力方程，在其中的每个环境数据前都设置权重值，以确定海洋环境数值对阻力的生成影响程度。
S340，根据海洋环境数据和阻力方程，确定海洋环境数据对飞行阻力的影响权重。
海洋环境数据有多种，每个数据都会对飞行阻力和/或阻力矩造成实质影响，需要建立方程组进行影响权重分析。
其中，为了得到权重数值，需要得到同一海洋环境情景下的多组弹道实际飞行弹道参数，确定弹药飞行过程的实际飞行阻力和/或阻力矩，根据弹药弹道方程得到，这类方程可以根据弹药的类型以及弹道学现有研究成果得到。如，根据弹道简化模型，得到如下方程：
其中，F表示空气阻力，方向和攻角方向相反，θ表示弹药飞行方向与水平面夹角，Fy表示空气升力，方向垂直于空气阻力方向，G表示弹药重力，ax为空气阻力导致的弹药加速度，ay表示空气升力导致的弹药加速度，在本发明的技术方案中，F利用方程(1)可确定，对于ax和ay，计算方程为：
其中，vx表示弹药在飞行方向上的飞行速度，vy表示弹药在重力方向上的飞行速度，至于弹药的飞行速度，计算方程为：
其中，x代表一段时间内弹药在飞行方向上的飞行距离，y代表一段时间内弹药在重力方向上的飞行距离，vc代表弹药的飞行合速度，
而对于本发明的岛岸模型仿真结果来说，需要获得弹药在水平方向和垂直方向上的飞行轨迹，那么根据方程(3)-(5)，推导得到方程组：
其中方程(6)为弹药飞行弹道中，g为重力加速度，t代表弹药飞行时间，在水平方向上和垂直方向上的加速度方程，且根据导数思想，可以得到每一个时间段内弹药的飞行加速度、初速度和末速度。
在进行同一型号弹药的多数量发射后，可以根据方程(2)得到关于参数ρ的多个结果，而空气密度ρ由于和海洋环境数据息息相关，根据大气海洋基本方程(方程2)，可确定弹药飞行区域内的大气海洋基本方程，确定海洋大气密度ρ与海洋环境数据的关系方程，并对于该方程中的海洋环境自变量，设置权重，并计算权重具体数值。如：对于方程(2)中的自变量设置权重数值，则将方程(2)变形为：
其中，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，由于对于方程(2)和/或(7)中的自变量P、T、和Pb都可直接测量，或者Pb根据“不同温度饱和水蒸气压力表”得到，在得到了方程之后，需要确定权重的具体数值，根据弹药的实际飞行轨迹可以确定；
其中，权重值的计算过程，要得到多组弹药实际飞行弹道数据，得到行列式方程：
其中，参数P1至Pn，T1至Tn，···，Pb1至Pbn代表计算空气密度ρ时，参与计算的海洋环境数据权重值，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，从而根据实际测量的弹药轨迹参数计算权重值，当然，实际测量中，可以通过调整弹药发射数量，来保证该行列式方程有唯一解或特征方程解
在得到了权重值之后，那么方程(7)中的相关权重值则可以使用具体的数值进行替换，则方程(7)的具体方程也已被确定。
其中，弹药飞行中，海洋大气环境参数形成的大气密度已经被确定，将方程(4)代入方程(1)，那么对于方程(1)，则可以修改为：
则方程(7)即为弹药飞行中的空气阻力，对于无自有动力的弹药，弹药飞行中仅受到空气阻力和重力的影响，对于有自有动力的弹药，受到重力、空气阻力和推力的影响。对于空气阻力方向，与弹药攻角方向相反。
在弹药飞行弹道仿真中，将方程(9)代入方程(6)，可以得到：
其中，方程组(10)即为弹药飞行仿真数学模型，实现海洋大气环境和弹药飞行弹道方程的结合。本系统的仿真中，设定海洋大气环境数值和弹药的初始攻角、初速度、重力(包括自有动力弹药的重力变化数值)、弹药推力等参数，可以直接生成基于弹药飞行仿真数学模型获取的弹药飞行仿真弹道，并得到岛岸仿真结果。
综上，根据方程(1)中，空气阻力F为因变量，等式右边自变量为ρ，需要确定；ρ的确定方程为方程(2)，但为了更精确，将方程(2)变形为方程(7)；方程(7)经过行列式方程(8)处理后，得到权重，此时的方程(7)中，权重k、l、q等都使用计算出的具体数值替代；方程(7)可以直接带入方程(1)，确定空气阻力F；确定了空气阻力F后，根据方程(3)确定空气升力Fy，并计算阻力和升力加速度ax和ay；根据导数思想，并基于方程(6)，可以得到弹药在每个飞行时间段内的平均加速度阻力加速度与升力加速度、平均速度、飞行距离等，之后将所有时间段内的轨迹连线就是弹药飞行弹道。
可选的，对于大气海洋基本方程的权重确定过程，确定权重数值偏差度指标，若某个得到的权重数值偏差度高于设定的阈值，去除该权重数值组。
可选的，具有自有动力的弹药，弹道方程中需要考虑具有自有动力情形下弹道方程，以得到符合实际情况的弹道方程。
可选的，由仿真系统控制弹药的发射时间、数量，并采集该时间段内的海洋环境参数实时变化状况。如图5所示，由任务规划节点确定弹药发射时间，并使用海洋环境数据的采集传感器，将采集到的数据实时传递给仿真系统，并且收集弹药的动力学参数，从而确定弹药实际飞行弹道。
可选的，进行多批次、多海洋环境数据情况下的弹药实际飞行弹道测量，分析弹药的空气阻力和/或阻力矩，并根据大气密度和海洋环境数据关系方程，建立方程组，确定弹药实际飞行弹道中，海洋环境数据对阻力和/或阻力矩的权重，则该空气阻力和/或阻力矩模型更新，进而在整个弹药实际飞行弹道数学模型内更新。
另外，空气阻力F可以根据弹道理论弹道数据和弹药实际弹道数据的差值计算，在实际处理中，可以由操作人员输入P、T和Pb的参数，之后可以得到理论计算的弹药空气阻力，同时在现实场景中，选择与操作人员P、T和Pb的参数相同的气候场景进行发射测试，根据得到的实际轨迹确定弹药飞行中所承受的阻力，将经由弹药实际发射获取的位置和经由计算得到的位置(公式8)差值ΔFi，之后在仿真弹药的弹道仿真中，将弹道曲线上的坐标和ΔFi相加即可，其中，ΔFi表示每个时间节点上，弹药实际飞行弹道和理论飞行弹道上的空气阻力差值，其中，i表示采样序号。将相加后的弹道曲线作为更新后的仿真弹药弹道。
可选的，将弹药的飞行阻力和/或阻力矩视为一个由多个海洋环境数据共同决定的因变量，如图5所示，在规划了弹药发射任务之后，直接取得弹药发射数据和海洋环境数据，并计算不同海洋环境数据所对应的空气阻力和/或阻力矩，所更新的数学模型，对阻力和/或阻力矩进行整体性更新即可，无需考虑海洋环境参数如何决定空气阻力和/或阻力矩。
可选的，将弹药理论飞行弹道和实际飞行弹道同时取得，并在仿真系统内比较。如图5所示，由仿真节点、数据采集节点等组成，根据仿真节点、三维可视化节点，取得理论飞行弹道。同时取得根据任务规划节点发出的弹药实际发出任务，利用传感器取得弹药实际飞行弹道，此时理论飞行弹道和实际飞行弹道的海洋环境数据完全相同。之后计算两条弹道在同一时刻的高度、速度数值差，并记录海洋环境数据。在弹药实际飞行弹道仿真中，将弹药理论飞行弹道和数值差相加，就可得到弹药实际飞行弹道的仿真结果。
确定了阻力和/或阻力矩—海洋环境数据和/或弹药本身参数关系方程后，结合海洋环境数据，在试验结果分析节点内生成大气密度—海洋环境数据的方程组，其中每个海洋环境数据，在方程中设置一个权重常量，在获取了多个方程组之后，可以生成不同时间点和/或时间段内，以及海洋环境(如是否有风切变)情况下的，方程内海洋环境数据权重值，在试验结果中，生成含有多个限制性信息的权重值，生成结果模式如下表所示：
表1可选择的阻力和/或阻力矩影响参数—权重一览表
其中，阻力和/或阻力矩影响参数可以根据实际情况进行增加，对于海况参数，也可以根据实际情况增加，其他参数包括特殊海况影响范围、特殊海况作用程度、特殊海况作用时间等一系列参数。
可选的，将每日时间分成不同的时间段，并在该时间段内设置不同的海洋环境数据，形成特定时间段、特定海洋环境数据下的海洋环境数据对阻力和/或阻力矩的影响权重方程。
可选的，对表1中的阻力和/或阻力矩影响参数设置其他的影响海洋环境数据，其中所有的参数都可以灵活选择。
可选的，仿真系统建立阻力和/或阻力矩影响参数—海洋环境数据对应表，从而在确定对应的海洋环境数据之后，仿真系统直接确定阻力和/或阻力矩计算方程中的所有权重值。
可选的，在阻力和/或阻力矩影响参数—海洋环境数据对应表的基础上，纳入弹药自身参数，形成阻力和/或阻力矩影响参数—海洋环境数据—弹药自身参数对应表。
S350，使用具有权重值的弹药飞行阻力方程替换弹药飞行弹道方程中的飞行阻力方程。
可选的，根据每日不同的时间段，以及对应的特定海洋环境数据，形成结合这类限制条件的弹药实际飞行仿真数学模型。
S360，根据飞行数学模型和靶区三维模型确定岛岸靶区环境。
其中靶区三维仿真模型为，以海岛在海面上的一定范围为底，以海岛最高点到海面的高度为高，形成的柱体结构，从而形成了包含海岛的整个柱体空间。
可选的，以海岛在海面上的轮廓线中心点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛高程为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛在海面上的轮廓线覆盖范围为底，以海岛高程为高，得到的一个柱体结构。
可选的，在海岛海面上轮廓线限定区域内任意点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛高程为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛上任一等高线中心点和/或任意点为圆心，根据需要划定一个圆形区域，以海岛最高点到该等高线距离为高，得到的一个圆柱体结构。
可选的，以海岛上任一等高线为底，以海岛最高点到该等高线距离为高，得到的一个柱体结构。
可选的，以海岛上任意两个高程的高度差为柱体结构的高，任意不规则或规则图像为底，得到的一个柱体结构。
其中，以上所有功能由图5所示的系统实现。如图5所示，
时统系统对所有节点进行授时；
任务规划节点，接收弹药飞行弹道仿真任务、并生成仿真指令至仿真节点，接收弹药实际飞行弹道测量任务、并生成控制指令至武器控制平台网关；
数据采集节点，用于获取实际弹药飞行弹道上的位置、攻角、姿态数据等；
武器控制平台网关，用于控制实际弹药飞行；
可视化节点，显示海岛的三维仿真模型、靶区物理环境模型和弹药飞行弹道的仿真数学模型，并获取构建模型时的配置信息；
仿真节点，建立海岛的三维仿真模型；基于三维仿真模型配置的海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；构建理论飞行弹道数学模型，并通过实际飞行弹道更新模型，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真；
数据库节点，用于存储海洋大气环境参数、三维仿真模型数据、靶区物理环境模型数据、弹药飞行弹道的仿真数学模型数据、弹药类型数据、弹药发射姿态数据等仿真信息和实际状态数据。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种岛岸靶区环境的仿真方法，其特征在于，包括：
建立海岛的三维仿真模型；
所述建立海岛的三维仿真模型，包括以下步骤：
构建海岛在海面上的轮廓线；
基于轮廓线，通过添加海岛的空间坐标点，构建海岛三维模型；
在海岛三维模型中，将同一高程水平面上相邻坐标点进行连接，生成靶区三维模型；
基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；
所述基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型，包括以下步骤：
将弹药发射点至海岛三维仿真模型在海面上轮廓中心点进行连线；
以海岛三维仿真模型在海面上轮廓中心为圆心，圆心与发射点连线为最大半径，形成圆形空间，在圆形空间内构建多个同心圆；
在每个同心圆范围内配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；
根据海洋环境参数数据，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；
基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真；
所述根据海洋环境参数数据，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型，包括以下步骤：
根据实际海洋环境参数数据，得到海洋环境参数对飞行阻力的权重；
根据包含海洋环境参数对飞行阻力的权重的大气海洋基本方程，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；
所述根据实际海洋环境参数数据，得到海洋环境参数对飞行阻力的权重，包括以下步骤：
将实际的空气压力、温度测量值，以及空气密度ρ的多组数据代入海洋大气密度与大气温度压力环境的关系方程，对权重值进行求解；
所述海洋大气密度与大气温度压力环境的关系方程如下：
其中，参数P1至Pn，T1至Tn，···，Pb1至Pbn分别代表计算空气密度ρ1、···、ρn时，参与计算的干空气情况下的空气压力、空气热力学温度、饱和水蒸气条件下的空气压力的测量值，k表示干空气情况下的空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，n表示数据组数；
所述包含海洋环境参数对飞行阻力的权重的大气海洋基本方程如下：
其中，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，ρ表示湿空气密度，P代表干空气情况下的标准空气压力，T代表空气热力学温度，Pb代表饱和水蒸气条件下的空气压力，代表空气相对湿度；
所述弹药飞行弹道的仿真数学模型，具体如下：
其中，ay表示弹药飞行过程重力方向上的加速度，ax表示弹药飞行过程空气阻力加速度，vy表示弹药飞行过程重力方向上的速度，vx表示弹药飞行方向上的速度，θ表示弹药飞行过程飞行方向与水平面夹角，y表示弹药飞行过程重力方向上的位移量，x表示弹药飞行过程速度方向上的位移量，g为重力加速度，t为弹药飞行时间，C为空气阻力系数，k表示干空气情况下的标准空气压力权重，l代表空气热力学温度权重，q代表饱和水蒸气条件下的空气压力权重，ρ表示湿空气密度，P代表干空气情况下的标准空气压力，T代表空气热力学温度，Pb代表饱和水蒸气条件下的空气压力，代表空气相对湿度，S为弹药迎风面面积，V为弹药与空气的相对移动速度，m表示弹药的质量；
根据弹药飞行过程重力方向上的加速度ay、弹药飞行过程空气阻力加速度ax，得到飞行速度和位移。
2.根据权利要求1所述的岛岸靶区环境的仿真方法，其特征在于，所述将同一高程水平面上相邻坐标点进行连接，包括以下步骤：
判断所有空间坐标点高度坐标是否存在相同高度；若是，则将高度坐标相同的空间坐标点认为位于同一高程面，否则认为并非位于同一高程面；
对于位于同一高程面的所有坐标点，将当前坐标点i标定为基准点，并计算基准点距离其它每个坐标点的间距；将与基准点之间间距最小的坐标点标定为坐标点i+1，坐标点i与坐标点i+1为相邻坐标点，则该坐标点i+1标定为基准点；依次遍历未标定为基准点的其它坐标点，将标定为基准点的所有点进行连接得到的封闭曲线，作为海岛三维模型的等高线；
遍历所有高程面，得到海岛三维模型的所有等高线。
3.根据权利要求1所述的岛岸靶区环境的仿真方法，其特征在于，所述海洋环境参数，包括空气压力、海洋大气温度、海洋大气湿度、海洋大气密度。
4.一种用于根据权利要求1所述的岛岸靶区环境的仿真方法的仿真系统，其特征在于，包括：
三维可视化节点，用于基于三维仿真模型配置海洋环境参数，得到靶区物理环境模型；构建理论飞行弹道数学模型，并通过实际飞行弹道更新模型，得到弹药飞行弹道的仿真数学模型；
弹药动力学仿真节点，用于基于靶区物理环境模型，通过仿真数学模型对弹药飞行进行仿真，以实现靶区环境的仿真。
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