向楊蕊 慈 旋

(92493部隊98分隊 葫蘆島 125000)

虛擬島岸靶區(qū)總體方案研究*

向楊蕊 慈 旋

(92493部隊98分隊 葫蘆島 125000)

為了開展導(dǎo)彈對島岸目標攻擊試驗,構(gòu)建了將指定的淺海海區(qū)模擬為一座島嶼的虛擬島岸靶區(qū)的建設(shè)方案,設(shè)計了由虛擬島岸靶區(qū)、仿真系統(tǒng)、實際武器系統(tǒng)合成的試驗回路,研究了仿真系統(tǒng)和靶區(qū)單元構(gòu)成和功能,并明確了虛擬島岸靶區(qū)的應(yīng)用模式。

虛擬島岸; 靶區(qū); 試驗回路

Class Number TP393

1 引言

隨著各國海洋領(lǐng)土意識的增強,我國與周邊國家島嶼爭端將會越來越激烈,未來島嶼爭奪戰(zhàn)將要求戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈具有能夠打擊港內(nèi)/近岸的軍事目標能力[1～3],由于缺乏符合試驗條件的島岸靶區(qū),組織此類試驗非常困難。

因此考慮采用模擬的方式,利用等效模擬技術(shù)和目標特性控制技術(shù),以較低的成本近似地模擬島岸環(huán)境,通過布設(shè)脫靶量測量系統(tǒng)獲取導(dǎo)彈的落點信息。由于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的目標指示方式和導(dǎo)引頭工作模式不同,對島岸目標特性的模擬和設(shè)置方法也不同。在試驗過程中,通過運行內(nèi)場仿真模型,模擬被試武器和島岸并與外場實裝數(shù)據(jù)交互,在三維態(tài)勢顯示系統(tǒng)中顯示導(dǎo)彈對島岸目標的攻擊態(tài)勢。

2 總體設(shè)計

虛擬島岸靶區(qū)是將指定的淺海海區(qū)模擬為一座島嶼,作為導(dǎo)彈對島攻擊或近岸攻擊的目標,同時布設(shè)測量系統(tǒng),獲取導(dǎo)彈的落點信息,進而能夠考核武器系統(tǒng)命中精度和毀傷效果等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標。

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈對虛擬島岸目標射擊試驗是由虛擬島岸靶區(qū)、仿真系統(tǒng)、實際武器系統(tǒng)合成的試驗,實際武器系統(tǒng)對虛擬靶區(qū)對應(yīng)的位置射擊實彈,仿真系統(tǒng)對導(dǎo)彈對島岸目標射擊過程進行仿真并在計算機內(nèi)虛擬產(chǎn)生島岸目標,靶區(qū)測量系統(tǒng)測量實彈落點位置,并將其映射到仿真系統(tǒng)對虛擬目標的著靶位置,從而進行試驗態(tài)勢顯示以及結(jié)果評估。

3 仿真系統(tǒng)

在導(dǎo)彈對虛擬島岸目標試驗回路中,仿真系統(tǒng)

訂購實際武器系統(tǒng)發(fā)射裝訂參數(shù)等信息和靶區(qū)脫靶量測量系統(tǒng)獲取的落點信息,并對導(dǎo)彈對島岸目標射擊過程進行仿真并在計算機中虛擬產(chǎn)生島岸目標,從而顯示島岸目標攻擊試驗情況,并對試驗結(jié)果進行評估。

在仿真系統(tǒng)中試驗人員在任務(wù)規(guī)劃節(jié)點進行試驗任務(wù)規(guī)劃[4]；調(diào)度管理節(jié)點根據(jù)任務(wù)規(guī)劃文檔控制內(nèi)場仿真過程使之與外場試驗過程協(xié)調(diào)一致；武器控制平臺網(wǎng)關(guān)[5]節(jié)點訂購真實武器系統(tǒng)的發(fā)射裝訂參數(shù)并發(fā)布給導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點；導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點按照發(fā)射參數(shù)進行武器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型解算,得到導(dǎo)彈的彈道數(shù)據(jù)；二維顯示[6]節(jié)點顯示彈道數(shù)據(jù)圖表等,三維顯示[7]節(jié)點對虛擬島岸靶區(qū)所模擬的島嶼進行三維建模,并與實際試驗航路和靶區(qū)地理坐標形成對應(yīng)關(guān)系,同時對被試武器系統(tǒng)進行三維建模并訂購導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點的彈道數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點訂購脫靶量測量系統(tǒng)的落點信息,顯示對島岸目標攻擊或近岸攻擊試驗過程；試驗后將記錄的試驗數(shù)據(jù)提交給試驗結(jié)果分析節(jié)點,對命中精度[8]或毀傷效果[9]進行評估；試驗結(jié)束后試驗數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫節(jié)點。

仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 靶區(qū)單元

虛擬島岸靶區(qū)單元是虛擬島岸靶區(qū)的主要組成部分,以載體為靶區(qū)單元的主體支撐結(jié)構(gòu),上面布設(shè)目標模擬系統(tǒng)模擬島岸目標的紅外輻射特性和雷達反射特性,通過靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng),控制靶區(qū)的狀態(tài),并且安裝脫靶量測量系統(tǒng)獲取導(dǎo)彈的落點信息送至試驗態(tài)勢顯示系統(tǒng)。虛擬島岸靶區(qū)單元組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1) 載體

我國用于生物質(zhì)成型燃料的原料大部分是農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質(zhì)資源等。其中，秸稈是固體成型燃料原料的主要來源。我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，為達到生物質(zhì)成型燃料成為普遍使用的優(yōu)質(zhì)燃料的目標，我國將加大力度開發(fā)，并高效、合理地利用生物質(zhì)能。

載體作為虛擬島岸靶區(qū)單元的主體支撐結(jié)構(gòu),能夠模擬島嶼外形,安裝攝錄設(shè)備、脫靶量測量設(shè)備、雷達輻射源、紅外輻射單元和供電系統(tǒng)等靶載設(shè)備,并且具備拖航、停泊的能力。為了降低建設(shè)成本,和布防撤收難度,載體采用充氣式結(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)為近橢圓形充氣桁架,該桁架平鋪在水面上,通過錨來定位。核心結(jié)構(gòu)是兩個6m×4m×3m的靶載設(shè)備船,由剛性浮筒和剛性載體組成,用來裝載充氣桁架和靶載設(shè)備。布靶時靶載設(shè)備船拖送到預(yù)定位置后,對充氣式結(jié)構(gòu)進行展開、使充氣式桁架連接靶載設(shè)備船、模擬建筑及角反射器等；充氣桁架上多點支撐偽裝網(wǎng),各點支撐高度的不同使載體具有高低起伏的島嶼外形。

2) 目標特性模擬系統(tǒng)

目標特性模擬系統(tǒng)分為兩部分,一部分是島岸紅外特性模擬,一部分是島岸目標的雷達反射特性模擬；具體試驗時,根據(jù)被試裝裝備的目標探測系統(tǒng)和導(dǎo)引頭工作方式設(shè)置不同的目標模擬特性。

紅外目標特性模擬用于檢驗導(dǎo)彈或裝填信息化彈藥的艦炮的導(dǎo)引頭對島岸目標的判定性能,主要模擬島嶼的紅外成像(輻射溫度分布)特性；能夠根據(jù)紅外輻射源配置方案,拼裝、組合和調(diào)整紅外輻射單元的位置、尺寸和溫度等；紅外輻射源配置方案通過分析島岸目標的紅外特性(島嶼和海面的紅外輻射溫差)產(chǎn)生；在試驗過程中能夠手動/遙控完成輻射源的開關(guān)機及溫度、工作狀態(tài)等技術(shù)參數(shù)檢測、顯示、記錄和傳輸。紅外輻射單元中電加熱材料選擇碳納米管布,通電情況下可以模擬目標熱紅外分布。

雷達目標反射特性模擬用于檢驗導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭在島岸背景下對軍艦?zāi)繕说淖R別能力,主要模擬島嶼的雷達目標反射特性；由于虛擬島岸靶區(qū)表面覆蓋的碳納米管布本身可以反射雷達波,且其雷達反射率與布的電導(dǎo)率相關(guān),可以通過調(diào)整布的電導(dǎo)率調(diào)整其雷達反射率。因此,構(gòu)成的島岸目標的主體(載體和外形)已經(jīng)形成了自己特有的雷達散射特性。在模擬島嶼主體的雷達特性基礎(chǔ)上,通過雷達強反射體(金屬網(wǎng)、角反射器等)及雷達吸波材料(暗室用吸收體、偽裝網(wǎng)、偽裝裝飾布)來調(diào)整島嶼的雷達反射特性,使其能夠?qū)豆舻膶?dǎo)彈提供與真實島嶼相似的雷達環(huán)境背景的干擾。

3) 脫靶量測量系統(tǒng)

4) 靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)

靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)控制靶區(qū)的工作狀態(tài)。靶試狀態(tài)時,所有對靶區(qū)的控制均通過岸上的遙測計算機完成。依照任務(wù)要求情況在遙控軟件上依次開始啟動發(fā)電機,在進行島岸目標紅外特性模擬時實施溫度控制。此時靶區(qū)上的試驗數(shù)據(jù)將通過無線電臺在岸上計算機上顯示?？刂迫藛T應(yīng)根據(jù)顯示情況發(fā)布是否準備好的信息,發(fā)布是否進入戰(zhàn)斗狀態(tài)命令。靶區(qū)設(shè)計時將中心控制機室放在吃水線以下位置,將盡量減少被彈擊中的概率,電氣控制設(shè)計自動分離裝置。在被彈體擊中后可自動切斷電源,并不影響其他部分的工作。在試驗結(jié)束后可在遠端遙控關(guān)閉發(fā)電機組,完成本次試驗任務(wù)。

5 試驗應(yīng)用模式

5.1 虛擬島岸靶區(qū)構(gòu)成模式

由于武器系統(tǒng)目標指示的方式和導(dǎo)引頭工作模式不同,在構(gòu)建虛擬島岸靶區(qū)時對靶區(qū)單元進行適當?shù)牟眉艋蚪M合以滿足不同試驗的需求。虛擬島岸靶區(qū)構(gòu)成模式分為“模擬”、“虛擬”或者“模擬+虛擬”三種方式。

“模擬”的方式是指利用等效模擬技術(shù)和目標特性控制技術(shù),以較低的成本逼真地模擬島岸環(huán)境,同時由于“模擬”的方式能夠提供測量設(shè)備的安裝平臺,測量的手段也更為多樣。如圖3所示。對于安裝復(fù)合導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈[12],需要靶區(qū)為其提供島岸目標特性,因此采用單個靶區(qū)單元模擬的方式。

“虛擬”的方式是指在海區(qū)內(nèi)不布設(shè)任何載體,也不對島岸目標特性進行模擬,通過在水下布設(shè)水聽器或者在空中采用無人機航拍等方式獲取脫靶量等落點信息。如圖4所示。對于按照地理坐標位置進行射擊的導(dǎo)彈,在對岸攻擊試驗中,只需要在靶區(qū)內(nèi)設(shè)置瞄準點,不需要提供島岸的目標特性,因此采用“虛擬”方式的虛擬島岸靶區(qū)。

“模擬+虛擬”是指只對靶區(qū)內(nèi)模擬島岸目標的某部分目標特性進行模擬,其余的部分不布設(shè)載體,也不模擬目標特性,并且由于島岸靶區(qū)的面積比較大,因此靶區(qū)內(nèi)可能布設(shè)多個靶區(qū)單元,如圖5所示。對于近岸攻擊的導(dǎo)彈需要靶區(qū)為軍艦?zāi)繕颂峁u岸背景,因此采用一個或多個靶區(qū)單元模擬+虛擬的方式。

5.2 試驗實施流程

基本試驗流程如下：

1) 按照虛擬島岸靶區(qū)的布靶流程布設(shè)靶區(qū)載體、目標模擬系統(tǒng)和脫靶量測量系統(tǒng)。

2) 試驗艦到達試驗點,導(dǎo)彈武器系統(tǒng)完成試驗前準備工作。

3) 通過靶區(qū)狀態(tài)控制系統(tǒng)控制靶區(qū)的工作狀態(tài),使其目標模擬系統(tǒng)的目標特性與試驗所需的目標特性一致。

4) 仿真系統(tǒng)啟動,試驗人員在任務(wù)規(guī)劃節(jié)點完成仿真任務(wù)規(guī)劃,將規(guī)劃文件發(fā)送至調(diào)度管理節(jié)點。

5) 調(diào)度管理節(jié)點,根據(jù)任務(wù)規(guī)劃文件調(diào)度管理各仿真節(jié)點運行。

6) 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進入?yún)f(xié)同動作程序,武控系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)發(fā)布到武器控制平臺網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

7) 試驗人員按下武控系統(tǒng)的發(fā)射按鈕,導(dǎo)彈發(fā)射,同時發(fā)射命令通過武器控制平臺網(wǎng)關(guān)發(fā)送到導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點,導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點按照發(fā)射參數(shù)進行武器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型解算。

8) 三維建模并訂購導(dǎo)彈/艦炮動力學(xué)仿真節(jié)點的彈道數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點訂購脫靶量測量系統(tǒng)的落點信息,顯示對島岸目標攻擊或近岸攻擊試驗過程。

9) 試驗后將記錄的試驗數(shù)據(jù)提交給試驗結(jié)果分析節(jié)點,對命中精度或毀傷效果進行評估；最后試驗數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫節(jié)點。

6 結(jié)語

虛擬島岸靶區(qū)建設(shè)為開展導(dǎo)彈對島岸目標或近岸目標射擊試驗提供了解決方案和技術(shù)途徑,目前通過構(gòu)建演示驗證系統(tǒng),驗證了虛擬島岸靶區(qū)建設(shè)的可行性和合理性,同時,載體設(shè)計、測量系統(tǒng)和目標特性模擬等關(guān)鍵技術(shù)也得到了創(chuàng)新性和可行性也得到了論證。

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Overall Scheme Virtual Island Test Range

XIANG Yangrui CI Xuan

(Unit 98, No. 92493 Troops of PLA, Huludao 125000)

In order to develop the ship to island attack test of missile, virtual target area construction plan is proposed, in which the shallow water sea simulation is specified as an island, and the test loop is constituted by the target unit, simulation system. Then the structure and function of the unit simulation system and the target area are designed, and the application mode of virtual island target area is studied.

virtual island, test range, test loop

2016年10月9日,

2016年11月21日

向楊蕊,女,碩士,工程師,研究方向:試驗總體。

TP393

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.018