激光半主动制导炮弹的作战效能评估仿真

L 2 = 2 ・D ・t an
1
利 用地 理信息系 统计算 ( X 4 , Y 4 ) 对应的 高程 Z 4。利用射表计算射击点为( X 4 , Y 4 , Z 4) 的弹道初始 射角 , 方位角 。 3. 7 制导段仿真 1) 近程仿真 ( 末制导段) : 利用弹道方程计算弹 丸 与最终落点( X 4 , Y 4 , Z 4 ) 之间距离 D 取 2 500 m 时刻的弹道倾角 和时刻 t 。 2) 远程仿真( 惯性制导段、 末制导段) : 计算非制 导段结束时刻 t 2、 位置( X , Y , Z ) 和速度 V , 条件为倾 角 0 为 30° 。 设陀螺在垂直平面的漂移速度为
2. 1 四自由度弹道模型采用的坐标系 1) 地面坐标系 O-xy z 坐标原点 O 为炮口中心 , Ox 轴为射面与水平 面的交线, 射击方向为正 ; Oy 轴在射 面内垂直 Ox
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火力与指挥控制
2011 年 第 4 期
轴 , 向上为正 ; Oz 轴与 Ox 、 Oy 轴构成右手直角坐标 系系。 2) 基准坐标系 O c xy z 亦 称平动 坐标 系, 坐 标原 点 Oc 为弹 丸质 心, Oc x 、 O cy 、 Ocz 轴分别与地面坐标系 Ox 、 Oy 、 Oz 轴对 应平行。 3) 速度坐标系 O c x v yv z v 坐标原点 Oc 为弹丸质心 , Oc x v 轴 与速度 v 重 合 , 指向一致 ; Oc y v 轴在铅直面内垂直 Oc x v 轴, 向上 为正; Oc z v 轴与 Oc x v 、 Oc y v 轴构成右手直角坐标系。 4) 弹轴坐标系 O c 坐标原点 Oc 为弹丸质心 , O c 轴与弹轴重合, 向弹头方向为正 ; Oc 轴垂直 O c 轴 ; Oc 轴与 O c 、 Oc 轴构成右手直角坐标系。 2. 2 激光半主动制导炮弹弹道特性 以某型号加榴炮配属的激光半主动制导炮弹为 例 , 弹道分为自由飞行段、 惯性制导段和末制导段。 根据炮弹射程划分 : 1) “ 近区” 射击 : 包括自由飞行段、 末制导段。其 中非制导段结束时刻为关键点, 此点到弹道终点距 离约为 2 500 m 。 2) “ 远区” 射击 : 包括自由飞行段、 惯性制导段、 末制导段。其中非制导段结束时刻和惯性制导段结 束时刻为关键点, 惯性制导段可以简单看成直线段, 弹道倾角为一固定值, 速度为自由段结束时刻的速 度 , 末制导段开始时刻点距离弹道终点距离为 2 500 m。 2. 3 弹道数据准备 在仿真之前需要对 弹道射表数据进行预先处 理 , 处理方式按炮弹射程分为: 1) “ 近区” 射击模式 : 近距离射击根据距离再细 划分四段, 每一段对应一个发射初速 , 针对每段射击 距离, 分别每隔一定射角 计算一个射程 d 、 弹丸飞 行时间 t1 、 弹道终点倾角 , 保存该计算结果。 2) “ 远区” 射击模式 : 非制导段与惯性制导段是 平滑过渡的, 在非制导段弹道下降阶段, 当弹道倾角 大于一定值时( 取值 30° ) , 弹道转为制导弹道 ( 如图 中 B 点 ) , 弹道基本上按等速直线运动, 弹丸的运动 速度为非制导段与惯性制导段交接点的速度。 根据惯性制导弹道倾角取 值 30 ° , 对应任一个 射角 和初速 V , 可以计算非制导段与惯性制导段 交接点 B 点的 X 坐标 X 1 , 惯性制导段与地面交点 的坐标 X 2 和弹丸飞行时间 t 1, 并计算弹丸自由飞行 ( 没有惯性制导段 ) 时的落点坐标 X 3。 初始给定 V 一 个值, 计算射击距离最大的射角 和 X 2 , 如果 X 2 大
Abstract: L aser semi-Init iat ive guided shell is a indir ect fire missile Weapon t hat adds a cannon launched guidance syst em on t he basis of unguided t raject or y , t here ar e err ors in cannon f iring , and t he errors increase w it h t he f iring dist ance. In this art icle w e w ill analy ze t he charact eristics o f g uided shell t raject ory er rors and find out inf luence reason t hat aff ect s cannon f ir ing accur acy, f ounding probabilit y models of dest roying and apply ing M onte Carl o simulation technique in laser guided pro jectile to raise t he canno n firing ef f iciency . Key words : guided shell , firing ef f iciency , t raject ory , assesm ent s of operational ef fect iveness
1 概 述
激光半主动制导炮弹广泛应用于加榴炮、 迫击 炮等发射平台 , 是陆军精确制导弹药中比较成熟的 一种弹药, 主要作战目标为指挥所、 通信中心、 火力 点等高价值目标, 也可以打击运动的装甲目标。 炮射 激光制导炮弹为炮兵部队提供对敌后方目标的精确 打击能力 , 激光制导武器的迅猛发展。目前美军有 “ 铜斑蛇” 激光制导炮弹, 俄罗斯有“ 红土地” 激光制 导炮弹 , 我国也正在着手生产某型加榴炮发射的激 光制导炮弹。本文仿真分析炮射激光制导炮弹的弹 道误差特性、 作战效能等, 通过蒙特卡洛法仿真制导 炮弹对目标的射击效率。
v1
- 1X 4- Y1 = t an X 4- X 1
利用以上公式计算捕获区域 4 个顶点在 O -X Y 坐标系下的坐标。 计算 t 时刻目标的真实位置( X , Y ) 和速度 V , 如果 V > V m ax ( 可射击的目标最大运动速度 ) , 令命 中概率为 0, 仿真结束 , 否则如果( X , Y ) 在捕获区域 内, 转入命中概率的仿真 , 如果目标不在捕获区时仿 真结束。 3. 10 命中概率的仿真 设末制导炮弹的可靠性为 A , 取 ( 0, 1) 之间均匀 分布随机数 , 如果 > A , 表示此发弹出故障 , 仿真 结束 , 否则继续仿真炮弹对目标的命中概率。 单发命中目标概率 P 为 : P = P 1 ・P 2 P 1 为精确制导条件下的命中概率 , P 2 为实现 精确制导的概率。 P 2= P 3 ・( 1- P 4 ) ・ ( 1- P 5 ) ・( 1- P 6) P 3 为照射系统( 主要是测手) 正常工作的概率 , 分为无干扰情况、 周围有火力干扰情况、 受伤情况、
2 弹道模型以及数据准备
激光半主动制导炮弹飞行弹道示意图如图 1 所 示: 其中 A 点为炮弹发射初始点 , B 点为非制导段 末点 , C 点为惯性制导段末点 , D 点为炮弹命中目标 点。
图 1 激光半主动制导炮弹飞行弹道示意图 收稿日期 : 20100108 修回日期 : 20100306 作 者简介 : 任海 龙 ( 1973 ) , 男 , 内蒙古赤 峰人 , 高级 工程 师 , 研究方向 : 复杂系统 建模与仿真。
V ol. 36, N o. 4 A pr, 2011
火 力与 指 挥 控 制 Fire Cont rol & 011 年 4 月
文章编号 : 10020640( 2011) 04-013503
激光半主动制导炮弹的作战效能评估仿真
于最大射程 , V 减小, 否则, V 增大, 一直调整到 X 2 为最大射程, 此时 V 为等效初速。对应弹丸初速为 V , 射击距离在远距离分为内每隔一定射角 计算 一个射程 d 、 弹丸飞行时间 t1 , 确定一系列表尺值所 相应的距离和时间, 保存该计算结果。
3 仿真模型
3. 1 发射平台的仿真 本仿真对炮兵连阵地配置的仿真采用单门炮发 射单个激光制导炮弹。 3. 2 弹丸飞行时间的预测 利用弹道方程结果计算射击点为 ( X 2, Y 2 , Z 2 ) 的弹丸飞行时间 t 1。炮弹发射时刻为 T 0, 则炮弹飞 行结束的时间为 : t= T 0 + t1 3. 3 目标未来点预测 X 2 = X 2+ V X ・ ( t - t 0) Y′ 2= Y 2+ V Y ・ ( t - t 0)
y y
任海龙 , 等 : 激光半主动制导炮弹的作战效能评估仿真
′
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X 4= X 2 + Y 4= Y +
′ 2
d ・cos -
z ・sin
d ・sin + z ・ cos ′ - 1 Y2- Y1 = tan ′ X 2- X 1
2 捕获 区 域 O1 为 捕获 区 域 中 心, 坐 标为 ( X 4 , 捕获区域 4 个顶点在 O 1Y 4) , ( X 1, Y 1 ) 为炮的坐标。 X 1Y 1 坐 标 系下 的 坐标 分别 为 ( - L 1 / 2, - L 2 / 2) , ( L 1/ 2, - L 2 / 2) , ( - L 1/ 2, - L 2/ 2) , ( L 1/ 2, - L 2/ 2) , O 1-X 1Y 1 坐标系到 O X Y 坐标系之间的转换关系为 : X Y = X4 Y4 + cos sin - sin cos ・ X1 Y1
′ t 0 为侦察时刻, 依据未来点 ( X ′ 2 , Y 2 ) 重新预测弹 ′ 丸飞行时间 t 1, 再计算( X ′ 2, Y2) 。 ′
3. 4 计算射击诸元 ′ 利用弹道方程结果计算射击点为( X ′ 2, Y 2) 的射 击诸元, 根据距离可以查射表确定射角 , 根据 ( X ′ 2,