基于STK的预警飞机场景仿真研究

陆 奎，朱志国，涂小波

（安徽理工大学，淮南232001）

0 引 言

STK是由美国AGI公司开发的专门用于航天领域的专业软件，其在航空航天方面有很强的适用性。利用STK的任务前仿真预演，使飞行员增强对关键任务时间和任务序列以及地面态势的理解，可以将飞机的实时位置数据传递给STK，使指挥中心获得飞行编队逼真的三维场景，从而根据任务需求来完成海、陆、空等多样化的战役演习和战术训练。而预警机发展到现在，其在军事领域的作用已经从单纯的远程预警探测扩展到空中指挥引导、信息传递等多个方面。本文通过一个模拟预警机飞行实例来介绍STK在具体的航空领域的应用。

1 预警机基本场景仿真及参数设置

在军事科技水平如此发达的年代里，雷达作为一种视域广阔、跟踪定位能力极强的现代监视技术在军事战争中倍受青睐。雷达优势在于能够远距离探测、跟踪空中的飞行器，可是由于电磁波只能沿直线传播，这就使安装在地面上的雷达因受地球曲率和地形高低起伏的影响，而经常形成一些雷达探测不到的盲区［1］，因此为了克服和弥补雷达的这一缺陷，根据“站得高，看得远”的原理，人们产生了把雷达搬上飞机的想法。最先实践这一想法的是美国人，1945年美国海军在经过无数次的试验之后，终于成功地将一部雷达安装到了一架鱼雷轰炸机上。于是，一种完全新型的飞行器——空中预警飞机横空出世［2］。

1.1 建立基本场景

（1）创建空白场景对象“Scenario1”。

（2）在对象浏览器中双击场景名称，打开场景的属性窗口。如表1所列，设置Basic类Time Period属性页的参数。如表2所列，设置Basic类属性参数。

表1 场景Basic类Time Period属性设置

表2 场景Basic类属性设置

（3）利用对象创建向导，向场景中添加“Facility”（地面站）对象“Airport”，并将该对象设置为三维视图窗口的视场中心，以方便后续的参数设置。

（4）在对象浏览器中双击添加的地面站对象，打开其属性窗口，如表2所列。

（5）如表3所列，设置2DGraphics类 Attitudes和3DGraphics类Model属性页的参数。上述基本场景建立完成后，开始添加飞机对象以及对飞机对象进行参数设置。

表3 场景Attributes和Model属性设置

1.2 添加飞机对象

下面开始向示例场景中添加飞机对象。具体步骤如下：

（1）利用对象创建向导，向场景中添加“Aircraft”（飞机）对象“Craft”，并将该对象设置为三维视图窗口的视场中心，以方便后续的参数设置。

（2）在对象浏览器中双击飞机对象“Craft”，打开其属性设置页面。如表4所列，设置Basic类Route属性页的参数。

2）废弃污染水井的封堵重点是封闭隔断套管与岩层间的导水通道，应通过找准几个层位稳定的隔水岩层，在该位置割开套管，进行注浆以使套管和隔水岩层胶结成一个整体，达到封堵目的。一般封闭层段应选择在本溪组底部铝土泥岩段、峰峰组底部泥灰岩段或马家沟组泥灰岩段，应根据收集的水井柱状图结合实际情况确定合适的封闭位置和长度，一个封闭层段的长度不应小于5 m。

表4 飞机对象的Basic类Route属性设置

（3）在航迹列表框中，加入如表5所列航迹点。STK会根据用户输入的数据，自动计算“Accel”和“Time”参数的值。所有参数输入完毕后，飞机的航迹点就确定下来了。

表5 为飞机对象添加的航迹点

（4）在2DGraphics类的Attributes属性页中，选中 “Show Label”复选框。

（5）在3DGraphics类的 Model属性页中，通过Model选项组Model Files单选按钮右侧的浏览器按钮，选择模型文件707awacs.mdl，然后将Scale设置为0.000。Scale为0，表示在STK中，物体将以真实的比例大小来进行展示。添加完飞机对象后的示例场景三维视图窗口如图1所示。

图1 飞机对象的三维视图

2 基于STK的传感器在预警机上的实现

为了表现飞机侦察过程所发出的电磁波，这里将为飞机添加5种不同类型的传感器对象，来分别代表飞机上经常使用的5种雷达类型，具体步骤如下：

（1）通过对象创建向导，向飞机添加6个传感器对象，分别取名为“RS－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”。

（2）如表6～表7所列，分别设置传感器对象RS－1的Basic类Definition属性、Basic类Pointing属性和Constraints类Basic属性参数。

表6 传感器对象RS－1的Basic属性设置

（3）如表7～表8所列，设置传感器对象RS－2的Basic类Definition属性、Basic类Location属性、Basic类Pointing属性和Constraints类Basic属性参数。

表7 传感器对象RS－1和RS－2的Constraints类Basic属性设置

（4）如表9～表11所列，分别设置传感器对象RS－3的Basic类Definition属性、Basic类Location属性、Basic类Pointing属性和3DGraphics类Projection属性参数。

（5）如表11～表14所列，分别设置传感器对象RS－4的Basic类Definition属性、Basic类Location属性、Basic类Pointing属性和3DGraphics类Projection属性参数。

表8 传感器对象RS－2的Basic属性设置

表9 传感器对象RS－3的Basic类Definition和Location属性设置

表10 传感器对象RS－3的Basic类Pointing属性设置

表11 RS－3的3DGraphics类Projection和RS－4的Basic类Definition的属性设置

（6）如表14所列，设置传感器对象RS－5的Basic类Definition属性。其中，模版文件“RS－5.pattern”是通过单击“Pattern Tool”按钮，打开“模版工具”对话框建立并设置各项参数，其基本格式如图2所示。

（7）如表15～表16所列，分别设置传感器对象RS－5的Basic类Location属性、Basic类Pointing属性和3DGraphics类Projection属性参数。

表12 传感器对象RS－4的Basic类Location属性设置

表13 传感器对象RS－4的Basic类Pointing属性设置

表14 RS－4的3DGraphics类Projection和RS－5的Basic类Definition属性设置

图2 RS－5.sp文件基本格式

表15 传感器对象RS－5的Basic类Location属性设置

表16 传感器对象RS－5的Basic属性设置

（8）传感器RS－6设置默认参数即可。

至此，飞机的6个传感器对象就都已添加完毕了。这样，一架预警飞机从起飞、侦察到返航的全过程也就建立完成了。

3 仿真演示

现在运行STK场景，即可近距离观测其三维视图窗口，进行航空应用分析［3－5］，如图3所示。

图3 场景近距离观测图

由图3可以发现，现代军事上预警飞机进行搜索、监视和跟踪都可以用STK仿真出来，并且根据任务要求改变预警飞机对象的传感器对象的参数。可以清晰地看出，传感器“RS－1”、“RS－2”、“RS－3”、“RS－4”、“RS－5”和“RS－6”分别在预警飞机飞行过程中的用途。传感器RS－1呈圆柱体的形状，以预警飞机为中心向四周探测敌情；传感器RS－2是一个类似拱形，跟踪、防御预警飞机下方空中区域，以防遭到偷袭；传感器RS－3可以连续向周围三维空间辐射、扫描；传感器RS－4则是双向向周围监视敌方情况；传感器RS－5安装在预警飞机前面，进行全方位的搜索、监视；而传感器RS－6却是跟踪预警飞机下方的陆地区域。通过不同传感器的参数设置，可以根据实际需要模拟预警飞机在军事上的不同功能，以方便实际应用。

4 结束语

本文进行了基于STK的预警飞机方案设计和仿真分析，分析了如何设置地面站参数以及如何与预警飞机结合完成既定任务需求、如何设计满足任务要求的进行军事搜索、监视以及跟踪对方并给予对手最沉重打击等三部分内容。利用STK的传感器分析和对设计方案进行仿真、验证和演示［6］，可以方便、快捷地分析所设计的预警飞机是否满足任务要求，并提供了可靠的仿真数据和形象、直观的结果演示。为预警飞机的功能设计需求提供了一种比较便捷的方法，能够较好地满足预警机在军事规划阶段的要求，有利于预警机的进一步发展。同时传感器的视场可以加入到地基和空基的STK对象中，这样在可视条件计算中有了更高的真实度［7］。

［1］郝亮，冯永新.基于STK的轨道机动视景仿真技术研究［J］.沈阳理工大学学报，2009，2（1）：57－61.

［2］秦金彪.基于STK的卫星姿态控制仿真技术研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

［3］秦大国，陈星.STK及其在卫星组网仿真演示中的应用研究［J］.沈阳理工大学学报，2009，2（1）：57－61.

［4］高彬.小卫星技术的发展现状及其军事应用前景［M］.天津通信技术，2003（2）：4－7.

［5］邹晨.STK平台下的导弹武器对抗实时仿真［D］.成都：电子科技大学，2013.

［6］杨颖，王琦.STK在计算机仿真中的应用［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［7］丁溯泉，张波，刘世勇，STK在航天任务仿真分析中的应用［M］.北京：国防工业出版社，2011.