火控系统仿真试验技术

摘要：仿真试验技术是在虚拟试验环境下对被试装备进行分析、评估和修正的技术，利用该技术可实现在实物试验中所不能实现的全天候、各种自然环境以及战场环境下的武器系统试验。以火箭炮火控系统试验为例介绍了以虚拟现实脚本语言、数据传输机制以及渲染技术为基础的仿真试验技术的军事应用，为武器装备试验方法的创新提供了新思路。

关键词：虚拟试验验证技术 实物试验 火控系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-073-02

1 引言

无数战争表明决定军队制胜法宝之一就是兵器的优劣，尤其是在现代局部战争中，高技术兵器在局部战争中发挥着愈来愈重要的作用，世界各国都在进行高技术兵器的研制与应用，但高技术兵器研制的巨大投资与可能装备间的矛盾也日益尖锐。伴随着武器系统的先进性、复杂性的不断提高，目前的实物试验存在制约其发展的一些问题，因此需要在传统的实物试验验证领域引入新方法，以适应新型武器系统研制对周期、经费和风险的需求。下面以火箭炮火控系统为例进行分析。

2 火箭炮火控系统仿真技术的概念

2.1 火箭炮火控系统试验流程

火箭炮因其自身的覆盖性高、打击性强、反应时间快、震慑力大、兼容性好等特点成为现代局部战争中陆地主角。国内对于火箭炮的武器试验场试验基本以实物试验为主在整个试验过程中，火箭弹外弹道飞行轨迹设计是重中之重，因为无论是在技术研讨中还是在实际操作中，火箭弹的外弹道无疑是中心话题，火箭弹外弹道设计的好坏直接关系到整个试验的成功与否。而火箭弹外弹道的参数设定主要由火控系统来完成，因此火控系统是试验的核心之一。火箭炮火控系统的试验流程如下：

（1）火箭炮火控系统的静态检查测量：对火控计算机解算的速度、精度进行检测（在理想诸元的条件下），以及对其他分系统的功能检测；

（2）对火箭炮火控系统中的装填火箭弹显示装置进行检测；

（3）火箭炮火控系统行驶试验：是火箭炮在各种路面进行长度不一的行驶，并在行驶中、后对火箭炮火控系统进行功能、性能检测；

（4）火箭炮火控系统射程与密集度试验：是对火箭炮火控系统的弹道解算精度进行检测；

（5）火箭炮火控系统调炮试验：是对火箭炮火控系统的调炮精度进行检测；

（6）火箭炮火控系统环境试验：对火箭炮火控系统在不同温度中的功能、性能进行检测；

（7）火箭炮火控系统的可靠性试验：是对火箭炮火控系统的可靠性进行检测；

（8）火箭炮火控系统电磁兼容试验：对火箭炮火控系统各分系统的抗电子干扰性、兼容性进行检测。

依据上述试验流程能够对火箭炮火控系统进行完整、详细的考核。

2.2 火控系统仿真试验

我军现主流的武器装备火控系统尤其是地炮火控系统造价昂贵，采用实装进行操作训练及试验是不经济的，火控系统仿真技术则可以有助于改变这种局面。火控系统仿真技术通过以仿真技术等高新技术为基础，通过软、硬件的有机结合，保证了良好的人机交互性，使操作训练人员有身临其境的感觉。它能逼真地显示虚拟战场和作战过程，供军事专家及武器试验负责人制定合适的作战、试验方案，还能模拟决策的过程，向用户解释系统的行为机制。通过应用三维图形显示技术，在计算机屏幕上生成虚拟装备，模拟火控系统真实工作的过程及场景即进入系统主界面对火控系统中的各功能进行仿真。因此采用仿真技术设计火控系统，照真实系统的设计方案建造一个虚拟化的原型系统。能够使得该系统的设计者、使用者和试验人员聚集到一起，让他们在这个虚构的系统面前进行交互式操作，共同探讨真实系统的设计思想、战术性能和作战方法，从中发现潜在的问题，帮助设计者、试验人员对设计方案、试验方案进行修改，为新系统的工程化提供可靠的技术依据。

3 火箭炮火控系统仿真实例

由于外弹道考核是火控系统的中心，因此使用Matlab软件工具实现对火箭弹外弹道解析方程组、火箭弹外弹道理想弹道方程组、火箭弹外弹道扰动方程组的数值求解，并将求解结果进行对比得到与实际相符的结论。

根据此流程能够完成利用逐次逼近法对火箭弹外弹道解析方程组的求解、利用龙格库塔法对火箭弹外弹道理论方程组以及扰动方程组的求解以及利用蒙特卡罗法对弹道落点散布值的求解。

3.1 仿真流程设计

火箭弹外弹道数值仿真流程设计主要包括两部分：全弹道诸元值近似解的求解仿真流程设计和计算机模拟打靶仿真流程设计。

（1）全弹道诸元值近似解的求解仿真流程设计。

针对火箭弹外弹道解析方程组，输入初始条件后，在主动段处应用逐次逼近法对其进行近似解求解。在每一次求解过程中应利用条件判断来确定此次结果是否满足要求。当结果不满足要求时就会继续循环直至结果满足要求为止。再利用此主动段处的弹道诸元结果通过插值运算对外弹道表进行查表求出被动段处的诸元值。最后求出全弹道诸元值的近似解。

（2）计算机模拟打靶仿真流程设计。

由于火箭弹外弹道理想弹道方程组与扰动弹道方程组均使用龙格库塔法进行数值求解，因此两个方程组的数值仿真流程的主要步骤均相同，在输入初始条件后，通过迭代循环和条件判断来确定火箭弹外弹道主动段、被动段的各个时间步长上的诸元值以及完成计算机模拟打靶后所得到的弹道落点散布值。要注意的是对于火箭弹外弹道扰动方程组，应加入适当的扰动量。

3.2 实现步骤

当输入初始条件完毕后，就运行系统实现所设定的效果：

（1）利用火箭弹外弹道方程组实现功能模块完成了对外弹道方程组的计算，并输出外弹道诸元值；

（2）将诸元值输入到火箭弹沿外弹道飞行功能模块，将每一个时间点上的坐标值设定为曲线控制点的位置值。实现了外弹道曲线的绘制以及渲染，并利用驱动机制使得火箭弹沿其飞行；

（3）同时将诸元值输入到火箭炮调炮模块，利用诸元值中的角度值完成调炮；

（4）当调炮完毕后，火箭弹开始飞行时，利用火箭弹尾焰实现功能模块，设定粒子数量和角度。实现逼真的火箭弹尾焰效果；

（5）当火箭弹沿外弹道曲线飞行结束时，就利用火箭弹爆炸效果实现功能模块来实现火箭弹的爆炸效果；

（6）由于针对的仿真场景为火箭炮群的发射场景，因此利用火箭炮群功能模块，调用原始火箭炮的数据，并对其进行动态的复制以及功能的实现，最后实现了火箭炮群的功能；

（7）由于火箭炮群的打击目标为坦克群，因此利用坦克群功能模块，对所输入的数据进行运算，利用行、列值对坦克群进行排列。利用按键实时的改变坦克群的速度值。并通过粒子系统来实现坦克被击中的特效效果。再通过击毁率模型得出坦克群的击毁率；

（8）为了对该射击仿真场景进行多方位、多角度的观察，通过摄像机的设定功能模块，依据输入角度值来进行预先的设定，实现了各角度摄像机的有效运行；

（9）当以上仿真场景实现后，为了方便用户同时对场景各方位的观看，可利用分图功能模块在设定贴图、材质后，利用信息传递机制将各方位摄像机所摄的场景进行传输并将其设定在贴图上，从而实现了分图效果。

4 结束语

火控系统的实验测试，在当前仍以实物测试为主。试验成本过高且试验效果也不明显，而且火控系统试验的核心为外弹道试验。在当前对于外弹道的研究多以数值处理和实际数据为主，缺乏以视景图形化的动态方式来对外弹道进行描述的手段。通过以上步骤实现了对外弹道曲线飞行状态的视景图形化的再现，并通过对飞行进程的输出，能够直观的反映出弹丸在外弹道曲线上的各时间段上的飞行姿态演变。并且通过对坦克群的相应设定，能够得出弹丸对以不同速度运行的坦克群进行打击时的击毁率，对未来的仿真试验建设有一定的参考价值。

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