高炮实装训练中雷达点迹航迹数据模拟分析

李永锋,于雪媛,王 锋,薛平贞

(西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

随着计算机技术在高炮控制系统中应用，高炮控制系统的作用不仅仅满足于作战的任务分配和流程控制，同时兼顾炮兵模拟训练和系统状态测试，尤其对于炮兵的日常模拟训练，炮内人员通过对高炮实物平台进行操作，大大提高了士兵的实际作战技能。而在高炮实装训练中要逼真地呈现空中目标的特点，对空中目标的雷达目标特性的数据模拟至关重要，它主要包括两个部分，分别为点迹数据和航迹数据。点迹和航迹数据的模拟真实度直接影响高炮实装训练的总体效果。

本文主要对雷达扫描空中目标的点迹、航迹特性进行分析，并给出合适的算法进行数据模拟，经实践验证有效地呈现了雷达扫描空中目标所给出的目标特性，达到模拟训练效果。

1 点迹数据模拟

在实际雷达扫描目标时，点迹数据呈现出随机性和无序性，点迹数据主要与空中目标的物理状态性质有关[1]。所以为了在点迹模拟时更加逼真，需要对每个点迹都有不同的随机位置的特性要求。因此在软件算法中采用无重复随机数生成算法来满足模拟真实情况点迹数据要求。具体实现方式是采用C语言标准函数库提供随机数生成器rand函数，使它返回0到最大之间均匀分布的伪随机整数，但是这种情况如果你第二次运行的时候会发现输出结果仍和第一次一样。其实在rand函数生成伪随机数时需要一个种子(计算伪随机序列的初始数值)才行，如果种子相同就会得到相同的序列结果，这个特点常用于软件的加密和解密。而对于无重复随机数模拟来说是个致命的缺点，要解决这个问题，需要在每次产生随机序列前，指定不同的种子，这样计算出来的随机序列就不会完全相同了。Srand函数用来设置rand产生随机数时的随机数种子，所以在调用rand函数产生随机数前必须先利用srand设好随机数种子。所以采用以下算法语句生成m个不重复随机数，过程如下：

1)利用时间的不可逆性产生种子，语句为srand(tickGet())。

2)通过循环赋值产生n个整数值，n大于m，m、n和w都为正整数。

3)通过循环，随机产生m个不重复随机整数row[w]，主要实现语句如下:

w=rand()%(n-1)+1;

t=row[i];

row[i]=row[w];

row[w]=t。

通过以上算法产生的点迹数据随机分布在雷达扫描圆周的内部且无重复的点出现，和真实点迹数据的数据特性(随机性和无序性)保持一致，并且点迹模拟数据多少范围的控制非常灵活，易于实现。

2 航迹数据模拟

真实的航迹数据是雷达根据空中目标的机动性输出相应的雷达航迹数据，它与雷达扫描特性和目标的飞行特性有关[2]。空中目标运动方式分为匀速、匀加速和变加速，目标运动轨迹分为直线、盘旋和随机。本文主要对实装训练中直线和盘旋航迹数据生成进行分析，在数据生成时利用空间三维坐标的转换，把目标输入参数数据投影到空间三维坐标系中进行解算，最终生成所对应目标的方位角、高低角和斜距离的航迹数据值，在数据解算过程中，数据量的大小与初始距离、时间间隔有关。

2.1 直线航迹

目标的运动可以认为是匀速直线运动、匀加速直线运动和加加速直线运动，也可以认为是俯冲、拉起和转弯等运动中的一种或几种的组合[3]。建立空间直角坐标系对直线航路目标当前点分析可知：已知参数为：Dmax是最大斜距离;H是目标高度;Dj是航路捷径;v是目标速度;β0为目标初始方位角。待求参数设为：β为目标方位角;ε为高低角;D为目标斜距离;θ是航向角。目标对象投影示意图如图1所示。

空间坐标系下的目标初始点的投影值为:

(1)

式中：X0和Y0是目标初始点在x轴和y轴上的投影点的值。

空间坐标系下的速度分量为:

(2)

式中：vx和vy是目标速度在x轴和y轴上的投影速度值。

空间坐标系下的距离分量为:

(3)

X和Y是目标点在x轴和y轴上的投影点的值，t是时间变量。

故空间坐标系下所求方位角β、高低角ε和斜距离D为：

(4)

2.2 盘旋航迹

目标在水平面的机动飞行性能，典型的动作是盘旋，它反映了飞机的方向机动性。为简化分析飞行速度及盘旋半径不随时间变化,得到如图2所示的空间几何关系。Dia是盘旋半径。

根据目标对象投影示意图可知，空间坐标系下所求方位角β、高低角ε和斜距离D为：

(5)

3 点迹航迹模拟数据软件实现流程

本实现方案采用固定时间步长，步长大小可任意给定，具体设定值和火炮系统的反应时间有关[4]。以目标的起始坐标(最好设置在高炮的有效射击范围内)所对应的时刻为模拟时钟的零点，以目标到达火炮位置为模拟的终点结束标志，按照固定的时间节拍实时地生成目标点迹、航迹数据并进行数据处理和发送。点迹、航迹模拟数据生成流程图如图3所示。

4 结束语

高炮实装训练中雷达点迹航迹数据生成模拟的实现是进一步建立相对逼真空情的前提条件，是空中飞行目标俯冲、跃迁、爬升和投弹等复杂空袭动作模拟正确性的前提条件保证。本文着重分析了对空中目标的雷达目标特性数据的模拟方法，并对实现过程中涉及到的难点给出了切实可行的解决办法，实验证明该数据模拟方式是正确和有效的。该数据模拟方式已成功应用于某型号高炮的训练模拟系统中，并取得较好模拟效果。在下一步的工作中，还将继续增添在目标飞行姿态变化起伏无规则变化时的数据模拟，以便更真实模拟空中飞行目标的机动状态。

参考文献(References)

[1] 沈昆, 姚龙海, 李随意. 地对空雷达干扰战模拟中空袭方建模[J]. 舰船电子工程, 2005，25(4):134-136.

SHEN kun, YAO Long-hai, LI Sui-yi. Modeling air attackers in the ground-to-air radar jamming battle system[J]. Ship Electronic Engineering, 2005，25(4):134-136.(in Chinese)

[2] 刘帅, 李俊山, 李智生. 空袭目标典型航迹模型的设计与仿真实现[J]. 电光与控制, 2007, 14(4):128-130.

LIU Shuai, LI Jun-shan, LI Zhi-sheng. Design and simulation of aircraft typical track model for air attacking[J]. Electronics Optics and Contol, 2007, 14(4):128-130. (in Chinese)

[3] 李欣, 彭世蕤. 一种空间三维航迹建模新方法[J]. 雷达科学与技术, 2007, 5(5):365-370.

LI Xin, PENG Shi-rui, A new method for spatial 3-dimension track modeling of radar target[J]. Radar Science and Technology, 2007, 5(5):365-370. (in Chinese)

[4] 李增路, 李真. 飞机航迹自动生成技术[J]. 火力与指挥控制, 2002, 27(5):50-52.

LI Zeng-lu, LI Zhen. The automatic creating technique of a flight track[J]. Fire Control and Command Control, 2002, 27(5):50-52.(in Chinese)