CN117232330B - 多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法，适用于采用波束合成器的多模复合制导仿真系统开展多模复合导引头在回路的半实物仿真试验。将激光、红外、射频波段目标模拟系统发出的不同波段的目标模拟信号在时间上对齐，解决了多模复合制导半实物仿真试验中存在的多波段信号时空不匹配、复合目标模拟精度无法保证、仿真试验置信度低的弊端。本发明的优点是，仿真过程更接近于多模复合导引头及制导武器的实际工作过程，具有更高的仿真精度。该方法设计简单、有效、实用，具有很好的推广应用空间。

Description

多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法

技术领域

本发明属于制导技术领域，具体涉及一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法。

背景技术

精确制导武器的打击精度主要依赖导引头的制导技术，而随着光电干扰技术、隐身技术和反辐射技术的发展，纯粹的单一频段或模式的制导体制受各自性能弱点的局限，已不能满足现代战场作战的需求。若把不同模式的制导技术复合起来，取长补短，就可以取得制导系统的综合优势，从而大大提高精确制导武器的突防能力和命中精度。当前，精确制导武器大量采用多模复合导引头，此类制导武器技术含量高，系统构成复杂，控制部件多，概念新，实现难度大，其研制过程中涉及多项关键技术和重点难点，需要借助多模复合制导半实物仿真系统开展多模复合导引头在回路的半实物仿真试验，以对其性能指标进行全面的测试与验证。

多模复合制导半实物仿真系统一般由微波暗室、阵列馈电系统、雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器、波束合成器、图像生成计算机、五轴转台、仿真计算机、仿真控制系统等部分组成，其中，雷达目标模拟系统由阵列馈电系统和雷达回波模拟器组成，激光/红外目标模拟器由红外目标模拟分系统和激光目标模拟分系统组成。以往利用其开展半实物仿真试验的工作原理和工作过程为：试验开始后，仿真控制系统按照试验方案规定的参数、流程等实时计算并向参试设备发送控制指令，主要包括目标信息、导弹姿态/位置/速度信息、干扰信息、环境信息等参数。各设备在统一时序控制下，按照仿真节拍完成相应的功能模拟。五轴转台模拟导弹飞行过程中弹体及弹目相对姿态运动过程；仿真计算机实时解算弹道并控制雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器产生射频、激光、红外波段下的目标及背景环境信号，波束合成器透射射频信号反射光学信号（激光、红外信号）在空间合束后向导引头辐射，实现多模复合制导仿真。

可以看出，在开展多模复合制导半实物仿真试验时，射频、激光、红外波段下的目标及背景环境信号都是由目标模拟系统生成后未经任何处理直接向被试导引头投射，其存在着多波段信号时空一致性匹配问题：即在多模复合制导半实物仿真试验中，被试多模复合导引头所需的目标模拟系统（雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器）所发出的不同波段的目标信号（射频、激光、红外信号）需要反映出同一时刻同一位置的目标与背景环境特性，确保这些信号在时空上是一致匹配的。否则，将会造成被试导引头不同制导模式下的导引系统敏感到的目标位置和物理特性的不统一，严重影响着导引头探测、识别、跟踪目标的精度，导致制导武器打击的位置出现偏差。

当前，多波段信号时空一致性匹配问题没有针对性的解决方法，需要采取有效措施，确保不同波段的目标模拟信号在时空上保持一致，使得复合目标模拟精度控制在可信范围，保证复合制导半实物仿真试验的顺利进行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法，适用于采用波束合成器的多模复合制导仿真系统开展多模复合导引头在回路的半实物仿真试验。将激光、红外、射频波段目标模拟系统发出的不同波段的目标模拟信号在时间上对齐，解决了多模复合制导半实物仿真试验中存在的多波段信号时空不匹配、复合目标模拟精度无法保证、仿真试验置信度低的弊端。本发明的优点是，仿真过程更接近于多模复合导引头及制导武器的实际工作过程，具有更高的仿真精度。该方法设计简单、有效、实用，具有很好的推广应用空间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：红外目标模拟信号传输链路；

红外目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息信号传送给图像生成计算机；图像生成计算机根据上述信息实时生成动态红外场景，将其传送给激光/红外目标模拟器中的红外目标模拟分系统；红外目标模拟分系统模拟目标/背景环境在红外波段的辐射特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

红外目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到图像生成计算机接收信号所需的时间；/>为图像生成计算机接收信号、进行红外场景生成、发送信号到红外目标模拟分系统接收信号所需的时间；/>为红外目标模拟分系统接收信号、进行红外波段的辐射特性模拟到发出信号所需的时间；

步骤2：激光目标模拟信号传输链路；

激光目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；武器仿真分系统进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息信号传送给激光/红外目标模拟器中的激光目标模拟分系统；激光目标模拟分系统模拟目标/背景环境在激光波段的回波特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

激光目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到激光目标模拟分系统接收信号所需的时间；/>为激光目标模拟分系统接收信号、进行激光波段的回波特性模拟到发出信号所需的时间；

步骤3：射频波段目标模拟信号传输链路；

射频波段目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号信号传送给雷达目标模拟系统中的阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点信号传送给雷达目标模拟系统中的雷达回波模拟器；雷达回波模拟器实时生成目标/背景环境在射频波段的辐射特性，传送给阵列馈电系统；阵列馈电系统将雷达回波模拟器生成的辐射信号以当前的弹目相对运动位置关系选通相应三元组向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到雷达回波模拟器接收信号所需的时间；/>为雷达回波模拟器接收信号、生成雷达回波信号并传送给阵列馈电系统到发出信号所需的时间；

步骤4：将红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间、/>、/>在时间上对齐：

步骤4-1：使用示波器测量出红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间、/>、/>；

步骤4-2：找出用时最长的链路时间定义为；

步骤4-3：计算出不同链路的时间差、/>、/>；

步骤4-4：在半实物仿真试验过程中：

1）红外目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息信号延迟后再传送给图像生成计算机；

2）激光目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息信号延迟后再传送给激光/红外目标模拟器；

3）射频波段目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号等信号传送给阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点信号延迟后再传送给雷达回波模拟器；

步骤5：此时红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间对齐，从而实现了多波段信号时空上的一致性匹配。

本发明的有益效果如下：

本发明将激光、红外、射频波段目标模拟系统发出的不同波段的目标模拟信号在时间上对齐，解决了多模复合制导半实物仿真试验中存在的多波段信号时空不匹配、复合目标模拟精度无法保证、仿真置试验信度低的弊端。使用该方法开展半实物仿真试验更接近于多模复合导引头及制导武器的实际工作过程，具有更高的仿真精度。该方法设计简单、有效、实用，具有很好的推广应用空间。

本发明方法还在某采用多模复合导引头的空地导弹半实物仿真试验中获得了良好的应用效果。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为本发明红外目标模拟信号传输链路图。

图2为本发明激光目标模拟信号传输链路图。

图3为本发明射频目标模拟信号传输链路图。

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。

本发明要解决的技术问题是：提供一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法，以解决多模复合制导半实物仿真试验中存在的多波段信号时空不匹配、复合目标模拟精度无法保证、仿真试验置信度低的弊端。

一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法，包括如下步骤：

为了实现被试多模复合导引头不同制导模式下导引系统（射频、激光、红外）的时空一致性匹配，需要对激光、红外、射频波段目标模拟系统（雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器）发出的不同波段的目标模拟信号在时间上对齐。

（1）红外目标信号传输链路

红外目标模拟信号传输链路如图1所示。从图中可以看出，红外目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息等信号传送给图像生成计算机；图像生成计算机根据上述信息实时生成动态红外场景，将其传送给激光/红外目标模拟器中的红外目标模拟分系统；红外目标模拟分系统模拟目标/背景环境在红外波段的辐射特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪。

红外目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到图像生成计算机接收信号所需的时间；/>为图像生成计算机接收信号、进行红外场景生成、发送信号到红外目标模拟分系统接收信号所需的时间；/>为红外目标模拟分系统接收信号、进行红外波段的辐射特性模拟到发出信号所需的时间。

（2）激光目标信号传输链路

激光目标模拟信号传输链路如图2所示。从图中可以看出，激光目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；武器仿真分系统进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息等信号传送给激光/红外目标模拟器中的激光目标模拟分系统；激光目标模拟分系统模拟目标/背景环境在激光波段的回波特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪。

激光目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到激光目标模拟分系统接收信号所需的时间；/>为激光目标模拟分系统接收信号、进行激光波段的回波特性模拟到发出信号所需的时间。

（3）射频波段目标模拟信号传输链路

射频波段目标模拟信号传输链路如图3所示。从图中可以看出，射频波段目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号等信号传送给雷达目标模拟系统中的阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点等信号传送给雷达目标模拟系统中的雷达回波模拟器；雷达回波模拟器实时生成目标/背景环境在射频波段的辐射特性，传送给阵列馈电系统；阵列馈电系统将雷达回波模拟器生成的辐射信号以当前的弹目相对运动位置关系选通相应三元组向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪。

射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间计算为：

式中，为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到雷达回波模拟器接收信号所需的时间；/>为雷达回波模拟器接收信号、生成雷达回波信号并传送给阵列馈电系统到发出信号所需的时间。

由于红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间、/>、均不相同，需要将其在时间上对齐，方法如下：

1）使用示波器测量出红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间、/>、/>。

2）找出用时最长的链路时间定义为。

3）计算出不同链路的时间差、/>、。

4）在半实物仿真试验过程中：

红外目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息等信号延迟/>后再传送给图像生成计算机；

激光目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息等信号延迟/>后再传送给激光/红外目标模拟器；

射频波段目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号等信号传送给阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点等信号延迟后再传送给雷达回波模拟器。

此时红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间严格对齐，从而实现了多波段信号时空上的一致性匹配。

实施例：

在某空地导弹半实物仿真试验中，参与半实物仿真的制导控制部件有多模复合导引头、惯导、弹载计算机、舵机等，其中多模复合导引头采用激光、红外、射频三模复合制导体制；所使用的仿真设备包括微波暗室、阵列馈电系统、雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器、波束合成器、图像生成计算机、五轴转台、仿真计算机、仿真控制系统，其中，雷达目标模拟系统由阵列馈电系统和雷达回波模拟器组成，激光/红外目标模拟器由红外目标模拟分系统和激光目标模拟分系统组成。试验具体实施步骤如下：

（1）将被试导引头和惯导安装在五轴转台内三轴上，将激光/红外目标模拟器和波束合成器安装在五轴转台外两轴上；

（2）调试好各仿真设备；

（3）将多模复合导引头、惯导、弹载计算机、舵机等参试部件与各仿真设备按照制导武器通讯协议进行连接；

（4）使用示波器测量出红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间、/>、/>；

（5）找出用时最长的链路时间定义为；

（6）计算出不同链路的时间差、/>、；

（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）当仿真控制系统发出同步指令后，仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息等信号延迟后再传送给图像生成计算机；将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息等信号延迟/>后再传送给激光/红外目标模拟器；将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号等信号传送给阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点等信号延迟后再传送给雷达回波模拟器；

（9）各仿真设备在统一时序控制下，按照仿真节拍完成相应的功能模拟；五轴转台模拟导弹飞行过程中弹体及弹目相对姿态运动过程；仿真计算机实时解算弹道并控制雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器产生射频、激光、红外波段下的目标及背景环境信号，波束合成器透射射频信号反射光学信号（激光、红外信号）在空间合束后向导引头辐射，实现多模复合制导仿真。

Claims (1)

1.一种多模复合制导仿真试验多波段信号时空一致性匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：红外目标模拟信号传输链路；

红外目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息信号传送给图像生成计算机；图像生成计算机根据上述信息实时生成动态红外场景，将其传送给激光/红外目标模拟器中的红外目标模拟分系统；红外目标模拟分系统模拟目标/背景环境在红外波段的辐射特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

红外目标模拟信号传输链路执行需要的时间t_IR计算为：

t_IR＝t_IR1+t_IR2+t_IR3+t_IR4；

式中，t_IR1为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；t_IR2为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到图像生成计算机接收信号所需的时间；t_IR3为图像生成计算机接收信号、进行红外场景生成、发送信号到红外目标模拟分系统接收信号所需的时间；t_IR4为红外目标模拟分系统接收信号、进行红外波段的辐射特性模拟到发出信号所需的时间；

步骤2：激光目标模拟信号传输链路；

激光目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；武器仿真分系统进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息信号传送给激光/红外目标模拟器中的激光目标模拟分系统；激光目标模拟分系统模拟目标/背景环境在激光波段的回波特性，向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

激光目标模拟信号传输链路执行需要的时间t_LASER计算为：

t_LASER＝t_LASER1+t_LASER2+t_LASER3；

式中，t_LASER1为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；t_LASER2为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到激光目标模拟分系统接收信号所需的时间；t_LASER3为激光目标模拟分系统接收信号、进行激光波段的回波特性模拟到发出信号所需的时间；

步骤3：射频波段目标模拟信号传输链路；

射频波段目标模拟信号传输链路的时序为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号信号传送给雷达目标模拟系统中的阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点信号传送给雷达目标模拟系统中的雷达回波模拟器；雷达回波模拟器实时生成目标/背景环境在射频波段的辐射特性，传送给阵列馈电系统；阵列馈电系统将雷达回波模拟器生成的辐射信号以当前的弹目相对运动位置关系选通相应三元组向被试导引头辐射，供导引头探测、识别和跟踪；

射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间t_RADAR计算为：

t_RADAR＝t_RADAR1+t_RADAR2+t_RADAR3；

式中，t_RADAR1为仿真控制系统运行、发送信号到仿真计算机接收信号所需的时间；t_RADAR2为仿真计算机接收信号、进行实时弹道解算、发送信号到雷达回波模拟器接收信号所需的时间；t_RADAR3为雷达回波模拟器接收信号、生成雷达回波信号并传送给阵列馈电系统到发出信号所需的时间；

步骤4：将红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间t_IR、t_LASER、t_RADAR在时间上对齐：

步骤4-1：使用示波器测量出红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间t_IR、t_LASER、t_RADAR；

步骤4-2：找出用时最长的链路时间定义为t_MAX；

步骤4-3：计算出不同链路的时间差t_{IR_d}＝t_MAX-t_IR、t_{LASER_d}＝t_MAX-t_LASER、t_{RADAR_d}＝t_MAX-t_RADAR；

步骤4-4：在半实物仿真试验过程中：

1)红外目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置和姿态信息、目标位置信息、弹目高低角和方位角信息信号延迟t_{IR_d}后再传送给图像生成计算机；

2)激光目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的制导武器位置信息、目标位置信息、激光编码、激光能量强度信息信号延迟t_LASER后再传送给激光/红外目标模拟器；

3)射频波段目标模拟信号传输链路执行过程为：仿真控制系统给仿真计算机下达同步控制指令；仿真计算机进行实时弹道解算，将解算出的弹目高低角和方位角信息、通道号信号传送给阵列馈电系统，将解算出的弹目距离、弹目相对速度、信号强度、工作频点信号延迟后再传送给雷达回波模拟器；

步骤5：此时红外、激光、射频波段目标模拟信号传输链路执行需要的时间对齐，从而实现了多波段信号时空上的一致性匹配。