吉玉潔 馬志軍 劉 蜀

(91336部隊(duì) 秦皇島 066326)

艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中艦炮毀傷效果判定與仿真*

吉玉潔 馬志軍 劉 蜀

(91336部隊(duì) 秦皇島 066326)

艦炮毀傷效果判定與仿真是艦艇對空作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真訓(xùn)練的重要組成部分,它實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)對艦炮毀傷效果的反饋,可為作戰(zhàn)指揮人員進(jìn)行作戰(zhàn)指揮決策提供目標(biāo)毀傷信息,為仿真訓(xùn)練職手提供更為真實(shí)的仿真訓(xùn)練環(huán)境。在簡要分析艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)討論了基于毀傷概率表及基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定方法,并簡述了對目標(biāo)毀傷效果的仿真過程。

作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真; 毀傷判定; 碰撞檢測; 艦炮

Class Number TP391.9

1 引言

艦艇對空作戰(zhàn)是水面艦艇在未來海戰(zhàn)中的主要作戰(zhàn)樣式[1],艦炮武器系統(tǒng)作為艦艇末端防御武器系統(tǒng),能夠在有效射擊區(qū)域內(nèi)對敵空中威脅目標(biāo)進(jìn)行攔截,彌補(bǔ)艦艇其他武器系統(tǒng)在近距離內(nèi)的攔截死區(qū),是艦艇對空作戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)[2～3]。

艦炮毀傷效果判定與仿真是艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分[4～5],通過對艦炮毀傷效果的判定及仿真問題研究,可解決仿真目標(biāo)毀傷效果反饋問題,為作戰(zhàn)指揮人員及訓(xùn)練職手進(jìn)行目標(biāo)毀傷效果評(píng)估提供目標(biāo)毀傷信息,增強(qiáng)仿真訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)性、針對性,并提高仿真訓(xùn)練效果[6～7]。

本文就近程防空艦炮武器系統(tǒng)毀傷效果判定問題進(jìn)行了研究,以現(xiàn)有艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)級(jí)仿真為研究應(yīng)用背景,介紹了基于毀傷概率表的艦炮毀傷判定與基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定方法,并對這兩種方法進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn),并在水面艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練進(jìn)行了應(yīng)用。

2 艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)單艦防空反導(dǎo)電子戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)級(jí)仿真,系統(tǒng)主要功能包括:作戰(zhàn)想定規(guī)劃、復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境仿真、仿真過程控制與導(dǎo)調(diào)、閉環(huán)推演仿真與人在回路仿真、仿真數(shù)據(jù)綜合處理與訓(xùn)練效果評(píng)估等,仿真訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)為訓(xùn)練職手提供模擬訓(xùn)練環(huán)境,復(fù)雜電磁環(huán)境生成與控制系統(tǒng)為仿真訓(xùn)練系統(tǒng)提供戰(zhàn)場電磁環(huán)境,導(dǎo)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)作戰(zhàn)想定的生成、編輯,以及仿真運(yùn)行的監(jiān)視與管理控制,訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)負(fù)責(zé)仿真訓(xùn)練數(shù)據(jù)的收集、處理及仿真訓(xùn)練結(jié)果的分析與評(píng)估[8～9]。

仿真運(yùn)行系統(tǒng)是仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的核心部位,主要負(fù)責(zé)生成紅藍(lán)方虛擬兵力,戰(zhàn)場環(huán)境配置,仿真管理控制,紅藍(lán)方對抗解算等。其中,紅藍(lán)對抗解算模塊主要實(shí)現(xiàn)軟、硬武器對抗,軟、硬武器毀傷判定及毀傷效果仿真等功能。其中艦炮毀傷判定與效果仿真是硬武器毀傷判定及效果仿真中的一項(xiàng)重要功能,通過模擬艦炮對目標(biāo)毀傷機(jī)理,判定對目標(biāo)的毀傷狀態(tài),并通過一定方式顯示目標(biāo)的毀傷狀態(tài),以便系統(tǒng)中其它仿真成員或模擬偵察設(shè)備探測目標(biāo)的毀傷狀態(tài),以便作戰(zhàn)指揮人員確定目標(biāo)毀傷狀態(tài),判斷戰(zhàn)場態(tài)勢。

本文艦炮毀傷判定主要采用兩種方式:基于毀傷概率表的艦炮毀傷判定與基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定。

3 基于毀傷概率表的艦炮毀傷判定

艦炮主要是對空中目標(biāo)進(jìn)行攻擊,當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入艦炮射界,艦炮便開始向目標(biāo)射擊,射擊的命中概率可以根據(jù)相應(yīng)的毀傷概率表查得,如表1(模擬數(shù)據(jù),非真實(shí)數(shù)據(jù))所示。

表1 某型艦炮對典型飛機(jī)的毀傷概率表

根據(jù)目標(biāo)的相對位置、運(yùn)動(dòng)速度和艦炮射速,結(jié)合表1所示的毀傷概率表,不斷判斷目標(biāo)是否被擊中,直到艦炮擊中目標(biāo)或目標(biāo)超出艦炮射界或目標(biāo)擊中艦船?；跉怕时淼呐炁跉卸鞒倘鐖D2所示。

4 基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定

基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定,是根據(jù)艦炮的射速、射向,以及導(dǎo)彈或飛機(jī)的飛行速度與位置,判斷每一仿真周期內(nèi)艦炮炮彈是否擊中目標(biāo)。基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定流程如圖3所示。碰撞檢測過程主要包括炮彈生成、碰撞檢測兩方面內(nèi)容。

圖2 基于毀傷概率表的艦炮毀傷判定流程

圖3 基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定流程

4.1 炮彈的生成

根據(jù)艦炮的射速、射向以及艦炮自身的性能,確定炮彈的速度及每一個(gè)仿真周期內(nèi)炮彈的位置。在程序中,每一枚炮彈都看作一個(gè)粒子,其結(jié)構(gòu)如下:

Struct bullet

{

int x;

int y;

int hitx;

int hity;

BOOL exist;

}

圖4 炮彈發(fā)射流程圖

每一枚炮彈的坐標(biāo)位置(x,y),代表碰撞點(diǎn)的坐標(biāo)(hitx,hity),當(dāng)碰撞點(diǎn)進(jìn)入飛機(jī)區(qū)域范圍內(nèi)時(shí),代表炮彈擊中了飛機(jī)。炮彈發(fā)射流程如圖4所示。

4.2 碰撞檢測

以炮彈與飛機(jī)的碰撞檢測為例,說明碰撞檢測的基本原理。由于飛機(jī)大多都可簡化為三角形,而在仿真系統(tǒng)中,飛機(jī)為立體圖形,因此本文將飛機(jī)簡化為扁平的三棱柱,并建立飛機(jī)坐標(biāo)系。飛機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)O定在三棱柱中心,X軸垂直于三棱柱側(cè)面并指向飛機(jī)飛行方向,Y軸平行于三棱柱底面并垂直于X軸,Z軸與X、Y軸構(gòu)成右手法則,并指向上方,如圖5所示[10～11]。

在進(jìn)行碰撞檢測時(shí),將炮彈(點(diǎn)P)坐標(biāo)先轉(zhuǎn)換為飛機(jī)坐標(biāo)系中坐標(biāo),過P點(diǎn)平行于XOY平面的平面與飛機(jī)三棱柱相交于三角形A1B1C1,并與Z軸相交于點(diǎn)O1。從而判斷炮彈坐標(biāo)是否落在飛機(jī)的三棱柱內(nèi)。其步驟如下:

圖5 炮彈與飛機(jī)碰撞檢測圖

1) 首先判斷P點(diǎn)Z坐標(biāo)是否在飛機(jī)三棱柱內(nèi),如果炮彈Z坐標(biāo)不符合條件,則炮彈未與飛機(jī)碰撞,否則,需要進(jìn)一步進(jìn)行判斷;

2) 如果炮彈Z坐標(biāo)在飛機(jī)三棱柱內(nèi),可進(jìn)而判斷炮彈與飛機(jī)三棱柱中心線的距離R與XOY平面內(nèi)飛機(jī)三角形內(nèi)、外圓半徑R1、R2的大小,如果R>R2則未碰撞,如果R1>R則發(fā)生了碰撞,如果R1

3) 如果R1R則炮彈與飛機(jī)發(fā)生碰撞,反之未碰撞。

5 仿真應(yīng)用

由于目前仿真系統(tǒng)中模型分辨率較低、模擬偵察設(shè)備的分辨率及反應(yīng)時(shí)間與艦上實(shí)裝都還有一定差距,因此,將目標(biāo)的毀傷狀態(tài)劃分得較細(xì)并沒有太大實(shí)際意義,反而會(huì)增加評(píng)估的復(fù)雜度,并降低評(píng)估速度,因而為了簡化模型,便于對目標(biāo)毀傷效果進(jìn)行評(píng)價(jià),艦炮對空中目標(biāo)的毀傷狀態(tài)在本項(xiàng)研究中只定義為兩種:完好與摧毀,命中目標(biāo)即為摧毀,否則為完好,如表2所示。仿真運(yùn)行過程中,當(dāng)目標(biāo)處于不同毀傷狀態(tài)下,其展現(xiàn)的毀傷模式也不同,如表3所示,目標(biāo)摧毀時(shí),可要將目標(biāo)的RCS及其航跡等信息在系統(tǒng)中清除,以便系統(tǒng)中雷達(dá)模擬偵察設(shè)備,偵察到目標(biāo)狀態(tài)信息變化,以便于參訓(xùn)職手及作戰(zhàn)指揮人員評(píng)價(jià)目標(biāo)毀傷效果。反之則保持目標(biāo)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)態(tài)勢。

表2 艦炮對空中目標(biāo)毀傷判定準(zhǔn)則

表3 空中目標(biāo)毀傷模式

6 結(jié)語

艦炮毀傷判定與效果仿真是艦艇對空作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。基于毀傷概率表的艦炮毀傷判定法適應(yīng)于目前有成熟毀傷概率表的各種類型艦炮,該方法操作簡單,仿真效率高,但它受艦炮毀傷概率表限制,毀傷概率表的精確度決定了仿真結(jié)果的精確度。而基于碰撞檢測的艦炮毀傷判定法,不受艦炮毀傷概率表限制,尤其是在無艦炮毀傷概率表時(shí),該方法更為有效。

[1] 韓雁飛.艦艇編隊(duì)對空防御問題研究[J].艦載武器,1998,6(1):1-9.

[2] 汪德虎.艦炮射擊基礎(chǔ)理論[M].北京:海潮出版社,1998:124-135.

[3] 朱元昌.火控系統(tǒng)的數(shù)字仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,1992:39-48.

[4] 邱志明.艦炮武器系統(tǒng)分析[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1999:113-129.

[5] 朱紹強(qiáng),郭勇.彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)作戰(zhàn)仿真模型[J].火力指揮與控制,2004,29(1):41-43.

[6] 范勇,陳有偉,李為民.彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)火力分配模型[J].火力指揮與控制,2004,29(3):46-51.

[7] 鄧可.艦艇防空抗擊效能評(píng)估模型[J].火力與指揮控制,2006,31(9):41-42.

[8] 由大德,徐德民,張發(fā)強(qiáng).水面艦艇防空武器抗擊單枚反艦導(dǎo)彈的效能評(píng)估[J].火力與指揮控制,2010,35(10).

[9] 王軍生,姜青山,馬良.反艦導(dǎo)彈末端機(jī)動(dòng)對反導(dǎo)艦炮的突防模型研究[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006,21(4):449-470.

[10] 由大德.艦炮武器系統(tǒng)反導(dǎo)效率評(píng)估模型[J].海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)報(bào),2005(S):51-53.

[11] 程健慶.仿真建模技術(shù)在新型艦炮武器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)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

吉玉潔,女,碩士,助理工程師,研究方向:數(shù)字仿真應(yīng)用。馬志軍,男,博士,工程師,研究方向:數(shù)字仿真應(yīng)用。劉蜀,男,碩士,工程師,研究方向:數(shù)字仿真應(yīng)用。

TP391.9

10.3969/j.issn1672-9730.2014.10.023