基于STK的預(yù)警飛機(jī)場景仿真研究

陸 奎，朱志國，涂小波

（安徽理工大學(xué)，淮南232001）

0 引 言

STK是由美國AGI公司開發(fā)的專門用于航天領(lǐng)域的專業(yè)軟件，其在航空航天方面有很強(qiáng)的適用性。利用STK的任務(wù)前仿真預(yù)演，使飛行員增強(qiáng)對關(guān)鍵任務(wù)時間和任務(wù)序列以及地面態(tài)勢的理解，可以將飛機(jī)的實時位置數(shù)據(jù)傳遞給STK，使指揮中心獲得飛行編隊逼真的三維場景，從而根據(jù)任務(wù)需求來完成海、陸、空等多樣化的戰(zhàn)役演習(xí)和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。而預(yù)警機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，其在軍事領(lǐng)域的作用已經(jīng)從單純的遠(yuǎn)程預(yù)警探測擴(kuò)展到空中指揮引導(dǎo)、信息傳遞等多個方面。本文通過一個模擬預(yù)警機(jī)飛行實例來介紹STK在具體的航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 預(yù)警機(jī)基本場景仿真及參數(shù)設(shè)置

在軍事科技水平如此發(fā)達(dá)的年代里，雷達(dá)作為一種視域廣闊、跟蹤定位能力極強(qiáng)的現(xiàn)代監(jiān)視技術(shù)在軍事戰(zhàn)爭中倍受青睞。雷達(dá)優(yōu)勢在于能夠遠(yuǎn)距離探測、跟蹤空中的飛行器，可是由于電磁波只能沿直線傳播，這就使安裝在地面上的雷達(dá)因受地球曲率和地形高低起伏的影響，而經(jīng)常形成一些雷達(dá)探測不到的盲區(qū)［1］，因此為了克服和彌補(bǔ)雷達(dá)的這一缺陷，根據(jù)“站得高，看得遠(yuǎn)”的原理，人們產(chǎn)生了把雷達(dá)搬上飛機(jī)的想法。最先實踐這一想法的是美國人，1945年美國海軍在經(jīng)過無數(shù)次的試驗之后，終于成功地將一部雷達(dá)安裝到了一架魚雷轟炸機(jī)上。于是，一種完全新型的飛行器——空中預(yù)警飛機(jī)橫空出世［2］。

1.1 建立基本場景

（1）創(chuàng)建空白場景對象“Scenario1”。

（2）在對象瀏覽器中雙擊場景名稱，打開場景的屬性窗口。如表1所列，設(shè)置Basic類Time Period屬性頁的參數(shù)。如表2所列，設(shè)置Basic類屬性參數(shù)。

表1 場景Basic類Time Period屬性設(shè)置

表2 場景Basic類屬性設(shè)置

（3）利用對象創(chuàng)建向?qū)?，向場景中添加“Facility”（地面站）對象“Airport”，并將該對象設(shè)置為三維視圖窗口的視場中心，以方便后續(xù)的參數(shù)設(shè)置。

（4）在對象瀏覽器中雙擊添加的地面站對象，打開其屬性窗口，如表2所列。

（5）如表3所列，設(shè)置2DGraphics類 Attitudes和3DGraphics類Model屬性頁的參數(shù)。上述基本場景建立完成后，開始添加飛機(jī)對象以及對飛機(jī)對象進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

表3 場景Attributes和Model屬性設(shè)置

1.2 添加飛機(jī)對象

下面開始向示例場景中添加飛機(jī)對象。具體步驟如下：

（1）利用對象創(chuàng)建向?qū)?，向場景中添加“Aircraft”（飛機(jī)）對象“Craft”，并將該對象設(shè)置為三維視圖窗口的視場中心，以方便后續(xù)的參數(shù)設(shè)置。

（2）在對象瀏覽器中雙擊飛機(jī)對象“Craft”，打開其屬性設(shè)置頁面。如表4所列，設(shè)置Basic類Route屬性頁的參數(shù)。

2）廢棄污染水井的封堵重點是封閉隔斷套管與巖層間的導(dǎo)水通道，應(yīng)通過找準(zhǔn)幾個層位穩(wěn)定的隔水巖層，在該位置割開套管，進(jìn)行注漿以使套管和隔水巖層膠結(jié)成一個整體，達(dá)到封堵目的。一般封閉層段應(yīng)選擇在本溪組底部鋁土泥巖段、峰峰組底部泥灰?guī)r段或馬家溝組泥灰?guī)r段，應(yīng)根據(jù)收集的水井柱狀圖結(jié)合實際情況確定合適的封閉位置和長度，一個封閉層段的長度不應(yīng)小于5 m。

表4 飛機(jī)對象的Basic類Route屬性設(shè)置

（3）在航跡列表框中，加入如表5所列航跡點。STK會根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)，自動計算“Accel”和“Time”參數(shù)的值。所有參數(shù)輸入完畢后，飛機(jī)的航跡點就確定下來了。

表5 為飛機(jī)對象添加的航跡點

（4）在2DGraphics類的Attributes屬性頁中，選中 “Show Label”復(fù)選框。

（5）在3DGraphics類的 Model屬性頁中，通過Model選項組Model Files單選按鈕右側(cè)的瀏覽器按鈕，選擇模型文件707awacs.mdl，然后將Scale設(shè)置為0.000。Scale為0，表示在STK中，物體將以真實的比例大小來進(jìn)行展示。添加完飛機(jī)對象后的示例場景三維視圖窗口如圖1所示。

圖1 飛機(jī)對象的三維視圖

2 基于STK的傳感器在預(yù)警機(jī)上的實現(xiàn)

為了表現(xiàn)飛機(jī)偵察過程所發(fā)出的電磁波，這里將為飛機(jī)添加5種不同類型的傳感器對象，來分別代表飛機(jī)上經(jīng)常使用的5種雷達(dá)類型，具體步驟如下：

（1）通過對象創(chuàng)建向?qū)?，向飛機(jī)添加6個傳感器對象，分別取名為“RS－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”。

（2）如表6～表7所列，分別設(shè)置傳感器對象RS－1的Basic類Definition屬性、Basic類Pointing屬性和Constraints類Basic屬性參數(shù)。

表6 傳感器對象RS－1的Basic屬性設(shè)置

（3）如表7～表8所列，設(shè)置傳感器對象RS－2的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和Constraints類Basic屬性參數(shù)。

表7 傳感器對象RS－1和RS－2的Constraints類Basic屬性設(shè)置

（4）如表9～表11所列，分別設(shè)置傳感器對象RS－3的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數(shù)。

（5）如表11～表14所列，分別設(shè)置傳感器對象RS－4的Basic類Definition屬性、Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數(shù)。

表8 傳感器對象RS－2的Basic屬性設(shè)置

表9 傳感器對象RS－3的Basic類Definition和Location屬性設(shè)置

表10 傳感器對象RS－3的Basic類Pointing屬性設(shè)置

表11 RS－3的3DGraphics類Projection和RS－4的Basic類Definition的屬性設(shè)置

（6）如表14所列，設(shè)置傳感器對象RS－5的Basic類Definition屬性。其中，模版文件“RS－5.pattern”是通過單擊“Pattern Tool”按鈕，打開“模版工具”對話框建立并設(shè)置各項參數(shù)，其基本格式如圖2所示。

（7）如表15～表16所列，分別設(shè)置傳感器對象RS－5的Basic類Location屬性、Basic類Pointing屬性和3DGraphics類Projection屬性參數(shù)。

表12 傳感器對象RS－4的Basic類Location屬性設(shè)置

表13 傳感器對象RS－4的Basic類Pointing屬性設(shè)置

表14 RS－4的3DGraphics類Projection和RS－5的Basic類Definition屬性設(shè)置

圖2 RS－5.sp文件基本格式

表15 傳感器對象RS－5的Basic類Location屬性設(shè)置

表16 傳感器對象RS－5的Basic屬性設(shè)置

（8）傳感器RS－6設(shè)置默認(rèn)參數(shù)即可。

至此，飛機(jī)的6個傳感器對象就都已添加完畢了。這樣，一架預(yù)警飛機(jī)從起飛、偵察到返航的全過程也就建立完成了。

3 仿真演示

現(xiàn)在運行STK場景，即可近距離觀測其三維視圖窗口，進(jìn)行航空應(yīng)用分析［3－5］，如圖3所示。

圖3 場景近距離觀測圖

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代軍事上預(yù)警飛機(jī)進(jìn)行搜索、監(jiān)視和跟蹤都可以用STK仿真出來，并且根據(jù)任務(wù)要求改變預(yù)警飛機(jī)對象的傳感器對象的參數(shù)?？梢郧逦乜闯觯瑐鞲衅鳌癛S－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”分別在預(yù)警飛機(jī)飛行過程中的用途。傳感器RS－1呈圓柱體的形狀，以預(yù)警飛機(jī)為中心向四周探測敵情；傳感器RS－2是一個類似拱形，跟蹤、防御預(yù)警飛機(jī)下方空中區(qū)域，以防遭到偷襲；傳感器RS－3可以連續(xù)向周圍三維空間輻射、掃描；傳感器RS－4則是雙向向周圍監(jiān)視敵方情況；傳感器RS－5安裝在預(yù)警飛機(jī)前面，進(jìn)行全方位的搜索、監(jiān)視；而傳感器RS－6卻是跟蹤預(yù)警飛機(jī)下方的陸地區(qū)域。通過不同傳感器的參數(shù)設(shè)置，可以根據(jù)實際需要模擬預(yù)警飛機(jī)在軍事上的不同功能，以方便實際應(yīng)用。

4 結(jié)束語

本文進(jìn)行了基于STK的預(yù)警飛機(jī)方案設(shè)計和仿真分析，分析了如何設(shè)置地面站參數(shù)以及如何與預(yù)警飛機(jī)結(jié)合完成既定任務(wù)需求、如何設(shè)計滿足任務(wù)要求的進(jìn)行軍事搜索、監(jiān)視以及跟蹤對方并給予對手最沉重打擊等三部分內(nèi)容。利用STK的傳感器分析和對設(shè)計方案進(jìn)行仿真、驗證和演示［6］，可以方便、快捷地分析所設(shè)計的預(yù)警飛機(jī)是否滿足任務(wù)要求，并提供了可靠的仿真數(shù)據(jù)和形象、直觀的結(jié)果演示。為預(yù)警飛機(jī)的功能設(shè)計需求提供了一種比較便捷的方法，能夠較好地滿足預(yù)警機(jī)在軍事規(guī)劃階段的要求，有利于預(yù)警機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。同時傳感器的視場可以加入到地基和空基的STK對象中，這樣在可視條件計算中有了更高的真實度［7］。

［1］郝亮，馮永新.基于STK的軌道機(jī)動視景仿真技術(shù)研究［J］.沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2009，2（1）：57－61.

［2］秦金彪.基于STK的衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2011.

［3］秦大國，陳星.STK及其在衛(wèi)星組網(wǎng)仿真演示中的應(yīng)用研究［J］.沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2009，2（1）：57－61.

［4］高彬.小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其軍事應(yīng)用前景［M］.天津通信技術(shù)，2003（2）：4－7.

［5］鄒晨.STK平臺下的導(dǎo)彈武器對抗實時仿真［D］.成都：電子科技大學(xué)，2013.

［6］楊穎，王琦.STK在計算機(jī)仿真中的應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［7］丁溯泉，張波，劉世勇，STK在航天任務(wù)仿真分析中的應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2011.