空空导弹制导精度仿真评估系统设计*

孟 博

（中国空空导弹研究院 洛阳 471000）

1 引言

制导精度是空空导弹的关键性能指标，导弹以高精度、小脱靶量命中目标是保证其作战效能的基础［1～2］。空空导弹是多种随机信号激励作用下的复杂非线性时变系统，在内部和外部各种随动误差影响下，导弹飞行至目标周围空间的位置具有随机性［3］，因此对于导弹制导精度的设计、分析、仿真、评估需基于大量样本的统计分析计算，数字仿真评估系统是分析评估制度精度不可或缺的重要技术手段。国内关于空空导弹制度精度仿真评估的研究较多针对干扰或环境的影响分析［4～5］，或制导精度理论估计方法［6］，对于仿真评估系统设计及实现的相关研究较少，且仿真设置、目标类型、仿真模式等功能较为单一。开展空空导弹制导精度仿真评估系统设计的研究，对于导弹制导精度设计分析与全面评估、性能综合仿真验证尤为重要。

本文基于空空导弹制导精度仿真数学模型，开展系统构建、接口设计、系统集成、软件实现，解决传统制导精度仿真评估的局限和不足，构建空空导弹制导精度仿真评估系统，可在不同模式、不同目标、不同误差等丰富场景下，实现单条弹道和批量弹道的单次/多次弹道仿真及制度精度评估，更为丰富全面验证导弹飞行性能、评估导弹制导精度。

2 制导精度仿真评估系统设计

2.1 系统架构设计

空空导弹制导精度仿真评估系统主要包含初始条件模块、仿真配置模块、弹道仿真模块和制导精度评估模块，各模块功能如下［7～8］：

1）初始条件模块：接收并处理生成导弹具体的发射态势，如载机、目标、导弹相关发射参数等，供弹道仿真模块使用；

2）仿真配置模块：对目标类型、随机量、作战模式、仿真模式进行功能设置，供弹道仿真模块使用；

3）弹道仿真模块：依据特定发射条件，进行导弹内弹道和外弹道数字仿真，可计算并验证导弹导引、控制、稳定、制导等飞行性能，输出必要的弹道参数；

4）制导精度评估模块：根据弹道输出参数，进行在线或离线的统计、计算、绘图和定量评估。

通过系统不同模块的规划和设计，在保证弹道仿真和制导精度评估的基础功能上，创新丰富拓展仿真评估功能，提高制导精度仿真评估的样本多样化和覆盖全面性，解决传统制导精度仿真评估的局限和不足。

2.2 系统接口设计

根据系统整体架构设计，对初始条件模块、弹道仿真模块、制导精度评估模块、仿真配置模块的输入/输出进行信息传递和参数匹配方面的分析，开展接口规划与设计，系统内部及外部的接口设计如下［9～11］：

1）载机条件：载机高度、载机速度、水平进入角、垂直进入角、水平离轴角、垂直离轴角、发射距离；

2）目标条件：目标高度、目标速度、目标水平机动、目标垂直机动；

3）攻击目标：目标1、目标2、典型目标；

4）随机量：无随机量、有随机量；

5）作战模式：雷达模式、非雷达模式；

6）仿真模式：单条仿真、批量仿真；

7）弹道仿真结果：导弹飞行时间、脱靶量、位置、速度、姿态、过载、视线角速度、舵偏角等；

8）制导精度统计结果：仿真总数、命中个数、命中率。

2.3 系统设计与实现

根据弹目视线角速度模型、制导律模型、气动力模型、气动力矩模型、弹体转动模型、质心运动模型、目标运动学模型、弹目相对运动模型、弹道截止模型等设计，构建全弹弹道仿真系统模型，模型原理框图如图1所示。

制导精度仿真评估系统工作流程为：初始条件模块的导弹发射时载机/目标初始条件，以及仿真配置模块的设置信息，一并通过输入接口进入弹道仿真模块，根据特定的步长进行弹道的迭代计算，单个仿真中满足弹道截止条件后停止计算，批量仿真中多个条件均满足指定仿真次数后停止计算，输出导弹单个条件或多个条件的弹道计算参数，用于进一步分析和显示；制导精度评估模块根据含随机量的弹道多次仿真结果，进行统计、计算、显示和评估［12～13］。制导精度仿真评估系统原理框图和界面如图2和图3所示。

图2 制导精度仿真评估系统原理框图

图3 制导精度仿真评估系统界面

2.4 仿真评估验证

设计典型仿真条件分别进行单条弹道仿真和批量弹道仿真，验证制导精度仿真评估系统对单条弹道的参数计算功能及批量弹道多次仿真的制导精度评估功能。单条弹道仿真系统界面如图4所示，弹目运动三维态势图如图5所示；批量弹道多次仿真设置导弹攻击典型目标、雷达模式、含随机量、共仿真100次，仿真系统界面如图6所示，制导精度评估结果中的脱靶量统计直方图和概率密度曲线如图7所示。

图4 单条弹道仿真系统界面

图5 单条弹道仿真弹目三维态势图

图6 批量弹道多次仿真系统界面

图7 脱靶量直方图和概率密度曲线

由制导精度仿真评估系统的仿真验证情况可知，单条仿真可对一个条件进行单次或多次弹道仿真，依据内弹道和外弹道参数，可进一步分析验证导弹的各方面性能；批量仿真可对一个条件或多个条件进行单次或多次弹道仿真，系统实时统计仿真进度和命中概率，利用输出数据，可对大样本的脱靶量模值及分量进行均值、标准差、直方图、概率密度分布等分析，进而评估导弹制导精度。

制导精度仿真评估系统创新实现在不同作战模式、不同仿真模式、不同目标、不同误差等功能设置下，进行单条弹道/批量弹道的单次/多次弹道仿真与制度精度评估，系统功能正确有效，设置组合多样，使用灵活便利，达到更为全面和丰富验证导弹飞行性能、评估制导精度的目的。

3 结语

本文基于空空导弹制导精度仿真数学模型，针对传统制导精度仿真评估的局限和不足，进行了架构规划、接口设计、系统集成、软件实现，完成了空空导弹制导精度仿真评估系统设计。经仿真验证，仿真评估系统可创新实现不同作战模式、不同仿真模式、不同目标、不同误差等丰富条件下单条弹道/批量弹道的单次/多次弹道仿真与制度精度评估，可进一步提升空空导弹制度精度仿真评估的全面性和有效性。