王宗杰,侯學(xué)隆,羅木生

(海軍航空大學(xué),山東 煙臺 264001)

艦載機對海突擊仿真模型框架設(shè)計

王宗杰,侯學(xué)隆,羅木生

(海軍航空大學(xué),山東 煙臺 264001)

針對艦載機對海突擊仿真模型應(yīng)用場景與特點,在深入分析艦載機對海突擊仿真模型功能需求的基礎(chǔ)上,設(shè)計了艦載機對海突擊仿真模型組成及其調(diào)用關(guān)系,分析提出了模型運行數(shù)據(jù)需求。對建立艦載機對海突擊仿真模型具有重要意義。

對海突擊； 艦載機； 仿真模型； 數(shù)據(jù)需求； 模型體系

侯學(xué)隆(1979-)，男，博士，講師。

羅木生(1982-)，男，博士，講師。

艦載機對海突擊仿真模型,模擬艦載機對水面艦艇編隊的搜索、識別、機動占位與攻擊過程,并對突擊效能進行評估,為構(gòu)建海軍作戰(zhàn)仿真平臺提供底層模型支撐。構(gòu)建艦載機對海突擊仿真模型框架是建立仿真模型的基礎(chǔ)。

當前關(guān)于作戰(zhàn)仿真模型框架的研究,一方面是從體系框架構(gòu)建理論與方法層面進行,例如孫光明、王大志等在分析了海上作戰(zhàn)仿真模型分類的基礎(chǔ)上,提出了基于構(gòu)件思想的作戰(zhàn)仿真模型體系建設(shè)思路[1],鄭世明、王洪軍、孫濤等建立了基于ISM的作戰(zhàn)仿真模型體系結(jié)構(gòu)建模方法[2],張永亮、曹雷、潘明聰則提出了基于一體化建模方法的作戰(zhàn)仿真實體建模理論[3],還有面向服務(wù)的作戰(zhàn)仿真模型組合建模方法[4]、基于XMSF的作戰(zhàn)仿真模型集成設(shè)計[5]等;另一方面則是從兵力實體的角度進行研究,例如反潛巡邏機作戰(zhàn)仿真模型體系構(gòu)建[6]、反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)仿真模型體系[7]、電子對抗作戰(zhàn)仿真實體模型體系[8]、陸軍作戰(zhàn)仿真模型體系[9]、聯(lián)合作戰(zhàn)實驗?zāi)Ｐ腕w系[10]等,但目前艦載機或航空兵對海突擊仿真模型體系研究方面比較匱乏。本文從作戰(zhàn)仿真需求出發(fā),構(gòu)建艦載機對海突擊仿真模型體系并明確其數(shù)據(jù)需求。

1 艦載機對海突擊仿真模型功能需求分析

1.1 應(yīng)用場景與特點分析

艦載機對海突擊仿真模型能在戰(zhàn)術(shù)仿真系統(tǒng)調(diào)度下運行。艦載機對海突擊仿真模型在輸入初始參數(shù)后,能夠按時間步長自動運行,運行過程人不參與干預(yù),實體能夠自主決策,仿真結(jié)束后輸出相應(yīng)結(jié)果。艦載機對海突擊仿真模型應(yīng)用場景如圖1所示。

圖1 艦載機對海突擊仿真模型應(yīng)用場景圖

艦載機對海突擊仿真模型應(yīng)具有以下特點:1)滿足蒙特卡洛閉環(huán)隨機模擬;2)分辨率描述到武器裝備的性能指標一級;3)可以對典型的作戰(zhàn)樣式進行演示驗證;4)仿真實體能夠進行自主決策;5)模型運行結(jié)果能夠反映作戰(zhàn)環(huán)境變化的影響。

1.2 功能需求分析

仿真模型應(yīng)能夠滿足閉環(huán)艦載機對海突擊仿真所需,內(nèi)容全面,假設(shè)合理,所涉及的變量應(yīng)具有明確的物理意義,輸入輸出數(shù)據(jù)類型、量綱明確,圖表注釋清楚,復(fù)雜模型具有流程圖。仿真對象包括艦載戰(zhàn)斗機、機載雷達、空艦導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈和普通航彈等。分辨率到單武器平臺級。

2 艦載機對海突擊仿真模型框架

2.1 艦載機對海突擊仿真模型組成

艦載機對海突擊仿真模型由平臺機動模型、目標探測模型、反艦武器模型、作戰(zhàn)過程模型、作戰(zhàn)決策模型和輔助算法模型等組成,見圖2。

圖2 艦載機對海突擊仿真模型組成

1)載機運動模型

綜合考慮速度和逼真度兩個方面的因素,采用簡化和統(tǒng)一的運動姿態(tài)模型描述載機在三維空間的運動。載機在空中運動軌跡復(fù)雜,但在極短時間步長內(nèi),可近似認為由一系列折線組成。根據(jù)載機技戰(zhàn)術(shù)性能,可將其復(fù)雜運動分解為俯沖、爬升、盤旋等基本運動形式,采用折線按照插值方法逼近真實運動軌跡。輸入?yún)?shù)為載機運動形式、運動性能參數(shù)、速度矢量、航向、載機當前位置、時間步長;輸出參數(shù)為載機下一步長所處位置。

2)雷達探測距離計算模型

在已知雷達性能參數(shù)前提下計算雷達有效探測距離,為建立雷達發(fā)現(xiàn)目標模型提供依據(jù)。輸入?yún)?shù)為雷達發(fā)射信號平均功率、目標雷達截面積、工作波長、雷達接收機噪聲溫度、雷達接收機噪聲系數(shù)、雷達接收機輸出信噪比、雷達接收機等效噪聲帶寬、增益;輸出參數(shù)為雷達探測距離。

3)雷達發(fā)現(xiàn)目標模型

求解一定距離上的雷達發(fā)現(xiàn)概率,為判斷雷達是否發(fā)現(xiàn)目標提供依據(jù)。發(fā)現(xiàn)目標函數(shù)應(yīng)能夠計算復(fù)雜電磁環(huán)境條件下發(fā)現(xiàn)目標概率,主要解決計算電子干擾條件下發(fā)現(xiàn)目標概率問題。輸入?yún)?shù)為雷達探測距離、目標與雷達距離、雷達虛警概率;輸出參數(shù)為雷達發(fā)現(xiàn)目標的概率。

4)兵力需求計算模型

計算用于反艦的飛機數(shù)量、攜帶彈藥量。輸入?yún)?shù)為目標位置及數(shù)量、機場位置、導(dǎo)彈突防概率;輸出參數(shù)為執(zhí)行反艦任務(wù)的飛機數(shù)量、攜帶彈藥量。

5)載機突防模型

計算載機突防概率并確定飛機飛行航線、航向、高度等要素。輸入?yún)?shù)為飛機性能參數(shù)、水面艦艇搜索雷達性能、艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)性能參數(shù)、機場位置、目標通報位置、目標運動參數(shù);輸出參數(shù)為飛機航線、突防高度、突防速度、突防概率。

6)空艦導(dǎo)彈突防模型

計算空艦導(dǎo)彈突防概率。輸入?yún)?shù)為空艦導(dǎo)彈飛行彈道、空艦導(dǎo)彈的基本性能參數(shù)、艦空導(dǎo)彈性能參數(shù)、末端反導(dǎo)艦炮性能參數(shù);輸出參數(shù)為單枚反艦導(dǎo)彈突防概率。

7)反輻射導(dǎo)彈突防模型

計算反輻射導(dǎo)彈突防概率。輸入?yún)?shù)為反輻射導(dǎo)彈飛行彈道、反輻射導(dǎo)彈的基本性能參數(shù)、艦空導(dǎo)彈性能參數(shù)、末端反導(dǎo)艦炮性能參數(shù);輸出參數(shù)為單枚反輻射導(dǎo)彈突防概率。

8)目標與火力分配模型

確定飛機編隊與水面艦艇編隊的攻擊關(guān)系。輸入?yún)?shù)為編隊擔任攻擊任務(wù)的飛機數(shù)量、飛機攜帶的彈藥數(shù)量、水面艦艇數(shù)量、反艦導(dǎo)彈突防概率;輸出參數(shù)為各飛機所攻擊的目標及投放彈藥量。

9)空艦導(dǎo)彈投放參數(shù)計算模型

計算空艦導(dǎo)彈投放參數(shù),用于飛機機動占位。輸入?yún)?shù)為空艦導(dǎo)彈性能參數(shù)、目標方位、目標距離、目標速度、飛機性能參數(shù);輸出參數(shù)為投放點、飛行高度、飛行速度、飛行航向。

10)反輻射導(dǎo)彈投放參數(shù)計算模型

計算反輻射導(dǎo)彈投放參數(shù),用于飛機機動占位。輸入?yún)?shù)為反輻射導(dǎo)彈性能參數(shù)、目標方位、目標距離、目標速度、飛機性能參數(shù);輸出參數(shù)為投放點、飛行高度、飛行速度、飛行航向。

11)制導(dǎo)炸彈投放參數(shù)計算模型

計算制導(dǎo)炸彈投放參數(shù),用于飛機機動占位。輸入?yún)?shù)為制導(dǎo)炸彈類型(電視制導(dǎo)、激光制導(dǎo))、制導(dǎo)炸彈性能參數(shù)、目標方位、目標距離、目標速度、飛機性能參數(shù);輸出參數(shù)為投放點、飛行高度、飛行速度、飛行航向。

12)普通航彈投放參數(shù)計算模型

計算普通航彈投放參數(shù),用于飛機機動占位。輸入?yún)?shù)為普通航彈性能參數(shù)、目標方位、目標距離、目標速度、飛機性能參數(shù);輸出參數(shù)為投放點、飛行高度、飛行速度、飛行航向。

13)空艦導(dǎo)彈毀傷水面艦船模型

計算空艦導(dǎo)彈命中概率與毀傷等級。輸入?yún)?shù)為空艦導(dǎo)彈末彈道模型、目標幾何參數(shù)、目標運動參數(shù)、毀傷判據(jù)參數(shù);輸出參數(shù)為命中概率、毀傷等級。

14)反輻射導(dǎo)彈毀傷水面艦船模型

計算反輻射導(dǎo)彈命中概率與毀傷等級。輸入?yún)?shù)為反輻射導(dǎo)彈末彈道模型、目標幾何參數(shù)、目標運動參數(shù)、毀傷判據(jù)參數(shù);輸出參數(shù)為命中概率、毀傷等級。

15)制導(dǎo)炸彈毀傷水面艦船模型

計算制導(dǎo)炸彈命中概率與毀傷等級。輸入?yún)?shù)為制導(dǎo)炸彈投放數(shù)量、制導(dǎo)炸彈末彈道模型、目標幾何參數(shù)、目標運動參數(shù)、毀傷判據(jù)參數(shù);輸出參數(shù)為命中概率、毀傷等級。

16)普通航彈毀傷水面艦船模型

計算普通航彈命中概率與毀傷等級。輸入?yún)?shù)為普通航彈投放數(shù)量、普通航彈末彈道模型、目標幾何參數(shù)、目標運動參數(shù)、毀傷判據(jù)參數(shù);輸出參數(shù)為命中概率、毀傷等級。

17)輔助算法

為其他模型提供基本的計算功能。主要包括隨機數(shù)(均勻分布、正態(tài)分布、高斯分布等)產(chǎn)生算法、地理坐標與直角坐標變換算法、計算方位算法、計算舷角算法、計算距離算法等。

2.2 艦載機對海突擊仿真模型調(diào)用關(guān)系

根據(jù)任務(wù)需求,確定研制以下仿真模型,各模型之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 模型調(diào)用關(guān)系

3 艦載機對海突擊仿真模型數(shù)據(jù)需求

3.1 初始輸入數(shù)據(jù)需求

初始輸入數(shù)據(jù)需求包括想定參數(shù)和仿真運行參數(shù)。

想定參數(shù)主要包括：藍方水面艦船信息，包括編隊隊形、型號、數(shù)量、艦空武器型號、數(shù)量和配彈數(shù)量等;紅方飛機編隊信息包括初始位置(機場位置),飛機型號、數(shù)量、編隊隊形,攻艦武器型號和數(shù)量等;戰(zhàn)場環(huán)境參數(shù)包括海情、平均風速、風向、能見度和云層高度等。

仿真運行參數(shù)包括時間步長、運行速度、模擬次數(shù)和仿真結(jié)束條件等參數(shù)。

3.2 運行數(shù)據(jù)需求

運行數(shù)據(jù)指各軟件模型運行過程中輸出的數(shù)據(jù),即模型運行輸出的中間數(shù)據(jù),主要包括:仿真參數(shù)，包括時間步長、仿真步數(shù)、運行速度和作戰(zhàn)時間等;實體信息，包括位置、姿態(tài)、高(深)度、速度、航向、傳感器配置、武器配備、事件(投放武器、命中等)和實體交互(通信、碰撞等)數(shù)據(jù)等;決策信息，包括決策前狀態(tài)、決策后狀態(tài)等。

3.3 最終輸出數(shù)據(jù)需求

根據(jù)每次運行狀況,輸出一組數(shù)據(jù),作為作戰(zhàn)結(jié)果統(tǒng)計源數(shù)據(jù)。最終輸出數(shù)據(jù)包括:運行信息，包括運行項目名、運行起始時間、運行總時間、仿真步長、運行速度、作戰(zhàn)起始時間和作戰(zhàn)結(jié)束時間等信息等;目標信息，包括艦艇型號、數(shù)量和武器配備等信息;任務(wù)執(zhí)行實體信息，包括型號、數(shù)據(jù)、搜索器材配置和攻擊武器配置等信息;作戰(zhàn)結(jié)果，包括任務(wù)執(zhí)行實體損傷狀態(tài)、搜索結(jié)果、目標毀傷和彈藥消耗量等信息。

4 結(jié)束語

艦載機對海突擊仿真模型是建立艦載機戰(zhàn)術(shù)仿真系統(tǒng),進行基于仿真實驗的艦載機對海突擊效能評估所必需的。本文在深入分析艦載機對海突擊仿真模型應(yīng)用場景與特點的基礎(chǔ)上,針對艦載機對海突擊仿真的功能需求,構(gòu)建了艦載機對海突擊模型體系框架。

需要指出的是，艦載機對海突擊效能評估是基于仿真實驗環(huán)境中紅藍方計算機生成兵力對抗仿真進行的。論文僅就計算機生成兵力中的一方艦載機進行了平臺級的建?？蚣苎芯?。下一步需要研究構(gòu)建水面艦艇防空反導(dǎo)模型體系框架,并依據(jù)構(gòu)建的紅藍方模型體系框架開展仿真模型的詳細設(shè)計,建立每一子模型的輸入輸出、數(shù)學(xué)模型、流程邏輯等。

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Simulation Model Frame Design for Carrier-borne Group of Planes Attacking Ships

WANG Zong-jie,HOU Xue-long,LUO Mu-sheng

(Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai 264001,China)

According to the applies the scene of the simulationg model for the carrier-borne group of planes attacking ships,base on the analysising the function requirement of the military concept model for carrier-borne group of planes attacking ships,the simulation model frame for the Carrier-borne Group of Planes Attacking Ships was designed.And the data requirement for the model running was summit.It has important value to built the simulation model for for the carrier-borne group of planes attacking ships.

attcking ships; carrier-borne group of planes; simulation model; data requirement; model frame

V271；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.016

1673-3819(2017)05-0076-04

2017-07-05

2017-08-13

王宗杰(1978-),男，山西平度人，碩士，講師，研究方向為海軍兵種戰(zhàn)術(shù)及作戰(zhàn)建模與仿真。