韋宇祥，馬躍華，王舒申

(上海機(jī)電工程研究所，上海 200233)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下，導(dǎo)彈武器所面臨的電磁環(huán)境是異常復(fù)雜的，要考核其作戰(zhàn)效能，無(wú)論從效率還是從耗費(fèi)上都不可能用窮盡法來(lái)建立各種復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)條件進(jìn)行實(shí)裝對(duì)抗試驗(yàn)[1]?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用微波暗室和干擾模擬器構(gòu)建內(nèi)場(chǎng)抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)條件，可模擬導(dǎo)彈武器面臨的典型戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境，具有試驗(yàn)電磁信號(hào)環(huán)境構(gòu)建靈活、試驗(yàn)周期短、試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好、電磁輻射信號(hào)保密性高的特點(diǎn)，是武器裝備性能檢驗(yàn)的重要手段[2]。

一般而言，導(dǎo)引頭內(nèi)場(chǎng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)是基于多軸轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，通過(guò)多軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)變化，同時(shí)在目標(biāo)陣面上模擬目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)位置變化，實(shí)現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對(duì)抗仿真[3]。在沒(méi)有多軸轉(zhuǎn)臺(tái)情況下，導(dǎo)引頭靜態(tài)放置，一般只能通過(guò)目標(biāo)陣列上的固定點(diǎn)源實(shí)施導(dǎo)引頭單機(jī)靜態(tài)抗干擾試驗(yàn)，無(wú)法反映真實(shí)導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動(dòng)態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對(duì)于導(dǎo)引頭的態(tài)勢(shì)變化，不能分析評(píng)估導(dǎo)引頭干擾對(duì)抗結(jié)果對(duì)脫靶量的影響。本文研究在沒(méi)有多軸轉(zhuǎn)臺(tái)的情況下，導(dǎo)引頭靜態(tài)放置，通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場(chǎng)靜態(tài)抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)的方法，拓展內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)室的適用范圍。

1 仿真方法

仿真方法的核心是將導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾相對(duì)于地面武器系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對(duì)于導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。假設(shè)在以武器系統(tǒng)位置為原點(diǎn)的大地測(cè)量坐標(biāo)系Oxyz下，目標(biāo)/干擾的位置坐標(biāo)為(Xt, Yt, Zt)，導(dǎo)彈的位置坐標(biāo)為(Xm, Ym, Zm)，則在導(dǎo)彈導(dǎo)航坐標(biāo)系Oxnynzn下，目標(biāo)/干擾的位置坐標(biāo)為:

(1)

假設(shè)導(dǎo)彈的彈體姿態(tài)角(ψc,?c,φc)，其中ψc為偏航角，定義域(-180°，180°]，即彈體縱軸Ox1軸在水平面的投影與正北方向的夾角，正北方向偏西為正；?c為俯仰角，定義域[-90°，90°]，即彈體縱軸Ox1軸與水平面之間的夾角，在水平面之上該角為正即上仰為正；φc為滾動(dòng)角，定義域(-180°，180°]，即彈體Oy1與包含彈體Ox1軸的鉛垂面之間的夾角，逆時(shí)針繞Ox1軸轉(zhuǎn)動(dòng)為正，即順航看時(shí)右滾為正。從導(dǎo)航坐標(biāo)系到彈體坐標(biāo)系為：

(2)

式中:

(3)

(4)

上述公式表征了將導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾相對(duì)于地面武器系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對(duì)于導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，也即是將導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化等效到目標(biāo)陣面上目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)位置變化。通過(guò)模擬等效后的目標(biāo)/干擾運(yùn)動(dòng)位置變化，實(shí)現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對(duì)抗仿真，分析評(píng)估導(dǎo)引頭干擾對(duì)抗結(jié)果對(duì)脫靶量的影響。

圖1 典型仿真高拋彈道示意圖

圖2 等效后的目標(biāo)角度隨時(shí)間的變化

2 仿真分析結(jié)果

在內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)室采用前述仿真等效模型進(jìn)行導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)，需要解決目標(biāo)/干擾運(yùn)動(dòng)范圍與目標(biāo)陣列匹配的問(wèn)題。由于真實(shí)導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾的飛行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化較大，末制導(dǎo)段的“疊加”等效后目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)范圍須與目標(biāo)陣列范圍匹配，保證不超出目標(biāo)陣列的范圍才能正確實(shí)施試驗(yàn)。以一典型仿真彈道為例，如圖1所示。該彈道為高拋彈道，導(dǎo)彈全程運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化范圍較大。在彈體坐標(biāo)系下，在導(dǎo)彈上升段，目標(biāo)由方位角的第一象限逐步轉(zhuǎn)向第四象限，并且基本上在彈目交匯前目標(biāo)一直處于俯仰角的三、四象限。采用前述仿真等效模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到等效后的目標(biāo)方位角和俯仰角隨時(shí)間的變化如圖2所示。在150 s以前，俯仰角都是負(fù)值，與前述的“基本上目標(biāo)在彈目交匯前一直處于俯仰角的三、四象限”相符，方位角由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，同樣與前述的“目標(biāo)由方位角的第一象限逐步轉(zhuǎn)向第四象限”相符，驗(yàn)證了仿真等效模型的正確性。內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)室的目標(biāo)陣列的工作范圍一般不小于25°～30°。等效后的目標(biāo)方位角和俯仰角的相互關(guān)系如圖3所示。在末制導(dǎo)段，等效的目標(biāo)方位角不大于±2°，而俯仰角不大于±10°，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)范圍沒(méi)有超出目標(biāo)陣列的范圍，滿足試驗(yàn)需求。綜上所述，針對(duì)采用姿態(tài)變化范圍較大的高拋彈道的導(dǎo)彈進(jìn)行動(dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，等效后目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)范圍可以與目標(biāo)陣列范圍匹配，驗(yàn)證了該仿真等效模型可以反映真實(shí)導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動(dòng)態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對(duì)于導(dǎo)引頭的態(tài)勢(shì)變化，適用于大多數(shù)情況的包含制導(dǎo)控制閉合回路的導(dǎo)引頭抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)。

圖3 等效后的目標(biāo)二維角度變化

3 結(jié)束語(yǔ)

在沒(méi)有多軸轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)室中，通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運(yùn)動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場(chǎng)靜態(tài)抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)，靜態(tài)導(dǎo)引頭在末制導(dǎo)段能夠隨導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化動(dòng)態(tài)跟蹤目標(biāo)和實(shí)施干擾對(duì)抗。本文提出的仿真方法，一方面為導(dǎo)彈武器抗干擾性能試驗(yàn)驗(yàn)證提供了一種數(shù)字+半實(shí)物仿真相結(jié)合的、全新又經(jīng)濟(jì)有效的導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)方法；另一方面拓展了內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)室的適用范圍，增強(qiáng)了試驗(yàn)室的綜合試驗(yàn)?zāi)芰??！?/p>