载舰环境仿真方法研究＊

卢 鑫 徐 武

（92941部队93分队 葫芦岛 125001）

1 需求分析

载舰环境信息主要包括载舰姿态、气象、时统和目标（舰载指控系统、搜索雷达和电子侦察设备等接收或发现的目标）信息。载舰环境相关参数是导弹武器系统、舰炮武器系统和鱼雷等舰载武器系统发射的重要参数。由于受布靶、扫海和安全等因素限制，导弹等武器系统试验一般只能在相对比较理想的载舰环境下进行，且试验样本数有限，不能对武器系统性能进行客观合理的评价。对在恶劣气象条件等复杂载舰环境下的武器装备性能考核程度还远远不够。因此需要借助仿真试验等手段来考核武器装备性能。载舰环境仿真是仿真试验的关键环节，一方面可以为仿真试验提供不同条件下的载舰环境，完成仿真试验，另一方面也可以为实装提供不同条件下的载舰环境激励，实现虚实合成试验。这就使得许多难以实施或不能实施的试验成为可能，最终对武器系统性能作出客观的评定。

2 目标仿真

目标仿真主要指雷达仿真。目标数据包括各目标的经度、纬度、大地高等参数。因搜索雷达性能和环境因素的限制，对不同高度和雷达截面积的目标探测，都具有局限性，所以在搜索雷达目标探测仿真时需考虑上述因素。

2.1 目标搜索雷达视距仿真

设目标搜索雷达在自由空间探测距离（雷达截面积为定值）为RSmax，对不同高度的目标，搜索雷达因受地球曲率等影响，发现和跟踪距离会小于RSmax。

设地球表面是平坦的，按搜索雷达天线高h（m），考虑地球为正球和大气对电波折射的影响，搜索雷达视距与目标高度H的关系为

式中，RS为雷达的直视距离（km），h为雷达天线高度（m），H为目标飞行高度（m）。

表1 天线高15m的搜索雷达的直视距离

如某搜索雷达天线高15m，则目标高度与视距RS关系如表1所示。目标高度越低，雷达发现目标的距离越近，当H＝7m时，该搜索雷达发现目标的理论值仅为27km。

2.2 搜索雷达对不同雷达截面积目标的探测能力仿真

不同类型目标，如轰炸机、歼击轰炸机、空地导弹、巡航导弹、武装直升机、无人机和战术弹道导弹等，它们的雷达截面差别很大，这将严重影响搜索雷达对它们的最大探测距离。

根据雷达方程：

当目标的雷达截面σ变化时，由于搜索雷达的PF、G、λ、Prmin、L不变，因而，可将雷达方程写成：

式中，PF为发射机输出的脉冲功率，G为天线增益系数，λ为雷达工作波长，σ为目标雷达截面积，Prmin为雷达接收机能接收的最小功率（接收机灵敏度），L为馈线和电波在空中传播的损耗系数。

如某雷达对σ＝1m2的最大探测距离为Rmax＝100km，则得：

这样，该雷达探测距离和目标雷达截面积的关系为

由上式可得对不同雷达截面目标，这种搜索雷达的最大探测距离如表2所示。

表2 某雷达对不同雷达截面目标的最大探测距离

3 载舰姿态仿真

载舰姿态受海杂波、舰型、航速和航向等因素影响，没有固定规律，仿真难度较大。对收集的大量综合导航系统数据进行统计分析，或从其图像观察，虽无明显的规律可循，但是舰艇的摇摆和起伏总是围绕某一基准做左右和上下无规律的摆动，周期也在一定的范围内无规律的波动。

3.1 利用真实综导数据

图1 某型舰一级海况纵摇曲线图

收集不同海况、不同舰型、不同航速和不同航向等条件下的综合导航系统数据，用真实的载舰姿态数据作为仿真输出。如图1所示为某型舰在三级海况条件下纵摇图，其中纵坐标表示纵摇幅度，横坐标表示绝对时间。

3.2 利用三次谐波仿真

由于舰艇的摇摆和起伏总是围绕某一基准做左右和上下无规律的摆动，周期也在一定的范围内无规律的波动，因此可以考虑用正弦波进行近似替代。利用回归分析思想，建立回归模型：

式中，A为幅值，Ai为摇摆谱i次谐波幅值，Ti为摇摆谱i次谐波周期。将收集到的综合导航系统数据带入上述回归模型，求出Ai和Ti即可。

4 时统设备仿真

利用GPS或BD进行仿真。在设备上配置GPS或BD时统卡。GPS／BD时统卡根据GPS／BD天线接收GPS／BD卫星信号进行解码获得标准时间后，将代表准确秒时刻的准秒脉冲通过时统电缆向各节点设备发送，各节点设备通过用户时统卡在接收准秒脉冲的同时通过时统电缆向外转发。各节点通过GPS／BD时统、用户时统卡和时统电缆构成的网络完成准秒脉冲的实时传递。GPS／BD时统卡在发送准秒脉冲后通过中断信号通知时统设备仿真软件，按仿真配置中规定的报文格式组织网络时码报文（包含准秒脉冲时刻的准确的时、分、秒数据），并通过网络电缆向各节点发送。

5 其它系统的互联

载舰环境仿真系统作为仿真实验室的一部分与实验室其它系统互联时，可以采用网络数据传输协议TCP／IP，通过网络交换机与其它系统进行信息交互。当为导弹火控系统实装设备提供外围环境的仿真激励支持，构成虚拟火控系统环境和目标态势信息时，可以采用多用途电缆（定制海军标准网络／串行数据插接件）与导弹火控系统实装连接，支持火控系统完成各种（包括在实际试验中无法实现的）条件下的作战任务。

6 结语

载舰环境仿真意义重大，可以为舰载武器装备仿真试验提供外围平台环境，是舰载武器装备仿真试验的重要环节。建立比较真实的接近实战条件的载舰仿真环境，可以通过仿真试验完成各种不同条件下，特别是恶劣气象条件下的试验，可以进一步加强对武器装备性能考核。同时，载舰环境仿真系统可以与实装连接，为实装提供各种边界条件和恶劣气象条件下的载舰环境激励，可以加强对实装的测试，进一步发现实装设计中存在的缺陷和不足，对实装进行改进和完善。

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