舰艇对空作战仿真训练系统中舰炮毁伤效果判定与仿真*

吉玉洁 马志军 刘 蜀

(91336部队 秦皇岛 066326)

舰艇对空作战仿真训练系统中舰炮毁伤效果判定与仿真*

吉玉洁 马志军 刘 蜀

(91336部队 秦皇岛 066326)

舰炮毁伤效果判定与仿真是舰艇对空作战系统仿真训练的重要组成部分,它实现了目标对舰炮毁伤效果的反馈,可为作战指挥人员进行作战指挥决策提供目标毁伤信息,为仿真训练职手提供更为真实的仿真训练环境。在简要分析舰艇对空作战仿真训练系统的基础上,重点讨论了基于毁伤概率表及基于碰撞检测的舰炮毁伤判定方法,并简述了对目标毁伤效果的仿真过程。

作战系统仿真; 毁伤判定; 碰撞检测; 舰炮

Class Number TP391.9

1 引言

舰艇对空作战是水面舰艇在未来海战中的主要作战样式[1],舰炮武器系统作为舰艇末端防御武器系统,能够在有效射击区域内对敌空中威胁目标进行拦截,弥补舰艇其他武器系统在近距离内的拦截死区,是舰艇对空作战的重要环节[2～3]。

舰炮毁伤效果判定与仿真是舰艇对空作战仿真训练系统的一个重要组成部分[4～5],通过对舰炮毁伤效果的判定及仿真问题研究,可解决仿真目标毁伤效果反馈问题,为作战指挥人员及训练职手进行目标毁伤效果评估提供目标毁伤信息,增强仿真训练的实战性、针对性,并提高仿真训练效果[6～7]。

本文就近程防空舰炮武器系统毁伤效果判定问题进行了研究,以现有舰艇对空作战仿真训练系统战术级仿真为研究应用背景,介绍了基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定与基于碰撞检测的舰炮毁伤判定方法,并对这两种方法进行仿真实现,并在水面舰艇对空作战仿真训练进行了应用。

2 舰艇对空作战仿真训练系统

舰艇对空作战仿真训练系统主要实现单舰防空反导电子战战术级仿真,系统主要功能包括:作战想定规划、复杂战场环境仿真、仿真过程控制与导调、闭环推演仿真与人在回路仿真、仿真数据综合处理与训练效果评估等,仿真训练系统结构如图1所示。

图1 舰艇对空作战仿真训练系统结构图

舰艇对空作战仿真训练系统为训练职手提供模拟训练环境,复杂电磁环境生成与控制系统为仿真训练系统提供战场电磁环境,导控系统负责作战想定的生成、编辑,以及仿真运行的监视与管理控制,训练评估系统负责仿真训练数据的收集、处理及仿真训练结果的分析与评估[8～9]。

仿真运行系统是仿真训练系统的核心部位,主要负责生成红蓝方虚拟兵力,战场环境配置,仿真管理控制,红蓝方对抗解算等。其中,红蓝对抗解算模块主要实现软、硬武器对抗,软、硬武器毁伤判定及毁伤效果仿真等功能。其中舰炮毁伤判定与效果仿真是硬武器毁伤判定及效果仿真中的一项重要功能,通过模拟舰炮对目标毁伤机理,判定对目标的毁伤状态,并通过一定方式显示目标的毁伤状态,以便系统中其它仿真成员或模拟侦察设备探测目标的毁伤状态,以便作战指挥人员确定目标毁伤状态,判断战场态势。

本文舰炮毁伤判定主要采用两种方式:基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定与基于碰撞检测的舰炮毁伤判定。

3 基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定

舰炮主要是对空中目标进行攻击,当目标进入舰炮射界,舰炮便开始向目标射击,射击的命中概率可以根据相应的毁伤概率表查得,如表1(模拟数据,非真实数据)所示。

表1 某型舰炮对典型飞机的毁伤概率表

根据目标的相对位置、运动速度和舰炮射速,结合表1所示的毁伤概率表,不断判断目标是否被击中,直到舰炮击中目标或目标超出舰炮射界或目标击中舰船。基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定流程如图2所示。

4 基于碰撞检测的舰炮毁伤判定

基于碰撞检测的舰炮毁伤判定,是根据舰炮的射速、射向,以及导弹或飞机的飞行速度与位置,判断每一仿真周期内舰炮炮弹是否击中目标。基于碰撞检测的舰炮毁伤判定流程如图3所示。碰撞检测过程主要包括炮弹生成、碰撞检测两方面内容。

图2 基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定流程

图3 基于碰撞检测的舰炮毁伤判定流程

4.1 炮弹的生成

根据舰炮的射速、射向以及舰炮自身的性能,确定炮弹的速度及每一个仿真周期内炮弹的位置。在程序中,每一枚炮弹都看作一个粒子,其结构如下:

Struct bullet

{

int x;

int y;

int hitx;

int hity;

BOOL exist;

}

图4 炮弹发射流程图

每一枚炮弹的坐标位置(x,y),代表碰撞点的坐标(hitx,hity),当碰撞点进入飞机区域范围内时,代表炮弹击中了飞机。炮弹发射流程如图4所示。

4.2 碰撞检测

以炮弹与飞机的碰撞检测为例,说明碰撞检测的基本原理。由于飞机大多都可简化为三角形,而在仿真系统中,飞机为立体图形,因此本文将飞机简化为扁平的三棱柱,并建立飞机坐标系。飞机坐标系原点O定在三棱柱中心,X轴垂直于三棱柱侧面并指向飞机飞行方向,Y轴平行于三棱柱底面并垂直于X轴,Z轴与X、Y轴构成右手法则,并指向上方,如图5所示[10～11]。

在进行碰撞检测时,将炮弹(点P)坐标先转换为飞机坐标系中坐标,过P点平行于XOY平面的平面与飞机三棱柱相交于三角形A1B1C1,并与Z轴相交于点O1。从而判断炮弹坐标是否落在飞机的三棱柱内。其步骤如下:

图5 炮弹与飞机碰撞检测图

1) 首先判断P点Z坐标是否在飞机三棱柱内,如果炮弹Z坐标不符合条件,则炮弹未与飞机碰撞,否则,需要进一步进行判断;

2) 如果炮弹Z坐标在飞机三棱柱内,可进而判断炮弹与飞机三棱柱中心线的距离R与XOY平面内飞机三角形内、外圆半径R1、R2的大小,如果R>R2则未碰撞,如果R1>R则发生了碰撞,如果R1

3) 如果R1R则炮弹与飞机发生碰撞,反之未碰撞。

5 仿真应用

由于目前仿真系统中模型分辨率较低、模拟侦察设备的分辨率及反应时间与舰上实装都还有一定差距,因此,将目标的毁伤状态划分得较细并没有太大实际意义,反而会增加评估的复杂度,并降低评估速度,因而为了简化模型,便于对目标毁伤效果进行评价,舰炮对空中目标的毁伤状态在本项研究中只定义为两种:完好与摧毁,命中目标即为摧毁,否则为完好,如表2所示。仿真运行过程中,当目标处于不同毁伤状态下,其展现的毁伤模式也不同,如表3所示,目标摧毁时,可要将目标的RCS及其航迹等信息在系统中清除,以便系统中雷达模拟侦察设备,侦察到目标状态信息变化,以便于参训职手及作战指挥人员评价目标毁伤效果。反之则保持目标当前运动态势。

表2 舰炮对空中目标毁伤判定准则

表3 空中目标毁伤模式

6 结语

舰炮毁伤判定与效果仿真是舰艇对空作战仿真训练系统的一个重要组成部分。基于毁伤概率表的舰炮毁伤判定法适应于目前有成熟毁伤概率表的各种类型舰炮,该方法操作简单,仿真效率高,但它受舰炮毁伤概率表限制,毁伤概率表的精确度决定了仿真结果的精确度。而基于碰撞检测的舰炮毁伤判定法,不受舰炮毁伤概率表限制,尤其是在无舰炮毁伤概率表时,该方法更为有效。

[1] 韩雁飞.舰艇编队对空防御问题研究[J].舰载武器,1998,6(1):1-9.

[2] 汪德虎.舰炮射击基础理论[M].北京:海潮出版社,1998:124-135.

[3] 朱元昌.火控系统的数字仿真[M].北京:国防工业出版社,1992:39-48.

[4] 邱志明.舰炮武器系统分析[M].北京:兵器工业出版社,1999:113-129.

[5] 朱绍强,郭勇.弹炮结合武器系统作战仿真模型[J].火力指挥与控制,2004,29(1):41-43.

[6] 范勇,陈有伟,李为民.弹炮结合武器系统火力分配模型[J].火力指挥与控制,2004,29(3):46-51.

[7] 邓可.舰艇防空抗击效能评估模型[J].火力与指挥控制,2006,31(9):41-42.

[8] 由大德,徐德民,张发强.水面舰艇防空武器抗击单枚反舰导弹的效能评估[J].火力与指挥控制,2010,35(10).

[9] 王军生,姜青山,马良.反舰导弹末端机动对反导舰炮的突防模型研究[J].海军航空工程学院学报,2006,21(4):449-470.

[10] 由大德.舰炮武器系统反导效率评估模型[J].海军大连舰艇学院学报,2005(S):51-53.

[11] 程健庆.仿真建模技术在新型舰炮武器系统中的应用[J].计算机仿真,2002,19(1):54-58.

Simulation and Judgment of Operational Effectiveness on Naval Gun Weapon System in Simulation of Battleship Combat System Training

JI Yujie MA Zhijun LIU Shu

(No. 91336 Troops of PLA, Qinhuangdao 066326)

Damage effectiveness judgment and simulation of naval gun weapon system to object is an important component in simulation of battleship combat system training. On the base of it, commander and trainer can decide the object damage caused by naval gun. On the base of analysis of battleship combat system training simulation, the methods of damage decision of main or vice cannon based on damage probability table and hit detection are discussed respectively, and the process of object damage simulation is introduced.

combat system simulation, damage decision, hit detection, naval gun weapon system

2014年4月1日,

2014年5月23日

吉玉洁,女,硕士,助理工程师,研究方向:数字仿真应用。马志军,男,博士,工程师,研究方向:数字仿真应用。刘蜀,男,硕士,工程师,研究方向:数字仿真应用。

TP391.9

10.3969/j.issn1672-9730.2014.10.023