韋宇祥,馬躍華,王舒申
(上海機電工程研究所,上海 200233)
在現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁環(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,無論從效率還是從耗費上都不可能用窮盡法來建立各種復(fù)雜戰(zhàn)場條件進行實裝對抗試驗[1]?;谟嬎銠C仿真技術(shù),利用微波暗室和干擾模擬器構(gòu)建內(nèi)場抗干擾半實物仿真試驗條件,可模擬導(dǎo)彈武器面臨的典型戰(zhàn)場電磁環(huán)境,具有試驗電磁信號環(huán)境構(gòu)建靈活、試驗周期短、試驗結(jié)果重復(fù)性好、電磁輻射信號保密性高的特點,是武器裝備性能檢驗的重要手段[2]。
一般而言,導(dǎo)引頭內(nèi)場半實物仿真試驗是基于多軸轉(zhuǎn)臺的動態(tài)試驗,通過多軸轉(zhuǎn)臺模擬導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)變化,同時在目標(biāo)陣面上模擬目標(biāo)/干擾的運動位置變化,實現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對抗仿真[3]。在沒有多軸轉(zhuǎn)臺情況下,導(dǎo)引頭靜態(tài)放置,一般只能通過目標(biāo)陣列上的固定點源實施導(dǎo)引頭單機靜態(tài)抗干擾試驗,無法反映真實導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)引頭的態(tài)勢變化,不能分析評估導(dǎo)引頭干擾對抗結(jié)果對脫靶量的影響。本文研究在沒有多軸轉(zhuǎn)臺的情況下,導(dǎo)引頭靜態(tài)放置,通過適當(dāng)?shù)膭討B(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運動變化,實現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗的方法,拓展內(nèi)場試驗室的適用范圍。
仿真方法的核心是將導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾相對于地面武器系統(tǒng)的運動關(guān)系,轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)彈的運動關(guān)系。假設(shè)在以武器系統(tǒng)位置為原點的大地測量坐標(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,逆時針繞Ox1軸轉(zhuǎn)動為正,即順航看時右滾為正。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)/干擾相對于地面武器系統(tǒng)的運動關(guān)系,轉(zhuǎn)換為目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)彈的運動關(guān)系,也即是將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)陣面上目標(biāo)/干擾的運動位置變化。通過模擬等效后的目標(biāo)/干擾運動位置變化,實現(xiàn)在閉合控制回路情況下導(dǎo)引頭對目標(biāo)的截獲跟蹤和干擾對抗仿真,分析評估導(dǎo)引頭干擾對抗結(jié)果對脫靶量的影響。
圖1 典型仿真高拋彈道示意圖
圖2 等效后的目標(biāo)角度隨時間的變化
在內(nèi)場試驗室采用前述仿真等效模型進行導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗,需要解決目標(biāo)/干擾運動范圍與目標(biāo)陣列匹配的問題。由于真實導(dǎo)彈和目標(biāo)/干擾的飛行運動姿態(tài)變化較大,末制導(dǎo)段的“疊加”等效后目標(biāo)/干擾的運動范圍須與目標(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施試驗。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)彈全程運動姿態(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行動態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算,得到等效后的目標(biāo)方位角和俯仰角隨時間的變化如圖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,驗證了仿真等效模型的正確性。內(nèi)場試驗室的目標(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)的運動范圍沒有超出目標(biāo)陣列的范圍,滿足試驗需求。綜上所述,針對采用姿態(tài)變化范圍較大的高拋彈道的導(dǎo)彈進行動態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,等效后目標(biāo)/干擾的運動范圍可以與目標(biāo)陣列范圍匹配,驗證了該仿真等效模型可以反映真實導(dǎo)彈飛行姿態(tài)動態(tài)變化情況下目標(biāo)/干擾相對于導(dǎo)引頭的態(tài)勢變化,適用于大多數(shù)情況的包含制導(dǎo)控制閉合回路的導(dǎo)引頭抗干擾半實物仿真試驗。
圖3 等效后的目標(biāo)二維角度變化
在沒有多軸轉(zhuǎn)臺的內(nèi)場試驗室中,通過適當(dāng)?shù)膭討B(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將導(dǎo)彈的運動姿態(tài)變化等效到目標(biāo)/干擾的運動變化,實現(xiàn)包含閉合控制回路的導(dǎo)引頭內(nèi)場靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗,靜態(tài)導(dǎo)引頭在末制導(dǎo)段能夠隨導(dǎo)彈運動姿態(tài)變化動態(tài)跟蹤目標(biāo)和實施干擾對抗。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驗證提供了一種數(shù)字+半實物仿真相結(jié)合的、全新又經(jīng)濟有效的導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾半實物仿真試驗方法;另一方面拓展了內(nèi)場試驗室的適用范圍,增強了試驗室的綜合試驗?zāi)芰Α!?/p>