超级军网（730项目技术文集）——2仿真试验
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 18:49:32
仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用
丛树学 王茂林 郑锦
摘要:本文阐述了仿真试验技术在作战系统和武器系统研制中的重要性以及国内外发展现状，简要介绍了一个用于新型舰炮武器系统试验的仿真系统的用途、组成和功能等主要概况，重点介绍了在新型舰炮武器试验仿真系统中的主要数学模型及关键技术，最后分析了其应用前景。
关键词:新型舰炮武器系统 仿真试验 数学模型 关键技术 应用
1 引言
当今研制和装备一个新作战系统和武器系统，没有仿真是不可想象的。仿真技术在试验和鉴定中越来越明显的重要性，使许多国家，包括我国均在大力发展仿真试验技术。
美国非常重视仿真试验技术的发展，而且发展得很快。美国对多型主要水面舰艇分别建立了作战系统陆上试验站。采用了大量仿真技术，动用了大量的仿真设备，包括：各种雷达模拟器、声呐模拟器、舰艇运动参数模拟器、导弹模拟器和火炮模拟器等。试验过程中战术环境主要是用仿真的方法产生的，同时，也进行了少量的实航试验，以验证仿真的有效性。荷兰海军也曾为了分析和试验舰艇防御的性能，将仿真模型用于“守门员”近程反导舰炮武器系统的研制和试验中。英国也为其几型主要舰艇作战系统和武器系统研制了仿真设备，它们都在试验和训练中起到了积极作用。
近年来，我国也越来越重视仿真试验技术，仿真技术应用在作战系统和武器系统研制阶段的实例非常之多，它们都对发现作战系统和武器系统设计问题起到了关键作用。而在系统验收和鉴定阶段的应用则较少，与其它国家相比仿真试验技术在鉴定试验中的应用尚有较大差距。
由小口径速射火炮为主要武器组成的新型舰炮武器系统，可有效弥补水面舰艇其它武器系统在近距离内的拦截死区，已成为水面舰艇在执行近程反导任务的最后一道防线。因此世界各国都在大力发展这种新型舰炮武器系统。
为了适应现代化战争的需要，我国也在发展这种新型舰炮武器系统，它具有自备式、快速反应、高射速及高精度等突出特点。在此类系统研制中应用了大量的高新技术，为了使系统及早暴露研制中存在的技术问题，避免在使用中出现重大的问题，必须研制试验所配套的试验仿真系统，使系统在仿真环境下进行较为充分的试验和验证，为系统研制、定型提供仿真、测试和系统评定的手段。
本文旨在介绍仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用情况，并分析其应用前景。
2 新型舰炮武器试验仿真系统概况
2.1 系统用途
本试验仿真系统可为新型舰炮武器系统进行鉴定、定型试验提供仿真、测试手段，给出真实可信的测试结果，支持新型舰炮武器系统的各种试验。该仿真系统采用模块化设计思想，针对不同的被试对象和试验内容，采用不同的功能模块组合就可以完成试验任务。经适应性改造后，可广泛适用于各种舰炮武器系统在靶场、试验基地进行鉴定、定型试验。
2.2 系统组成
试验仿真系统由主仿真计算机及网络系统、弹道仿真计算机、三单元显控台、搜索雷达模拟器、光电跟踪仪模拟器、跟踪雷达模拟器、网络接口机柜、综合显示系统、输入/输出接线适配装置等组成，其组成框图如图1所示。
2.3 系统功能
2.3.1 仿真功能
a）多目标战术环境仿真仿真生成多目标战术环境，并以视频/中频形式驱动搜索雷达工作。
b） 拦截目标航路仿真仿真生成拦截目标航路信息，并分别以中频信号形式驱动跟踪雷达工作，以视频图像信号形式驱动光电跟踪仪工作。
c）己舰运动参数和姿态仿真仿真生成己舰的运动参数和姿态参数信息。
d）噪声仿真仿真生成目标运动模型噪声和传感器量测噪声等。
e）外弹道仿真进行外弹道仿真，生成距离波门内弹丸相对目标的偏差量和弹丸的距离及速度等信息。
2.3.2 复现功能
利用真值测量设备获取的航路真值数据，仿真产生搜索雷达目标视频/中频信号、跟踪雷达目标中频信号和光电跟踪仪目标视频图像信号，分别驱动其工作，实现真实目标试验航路的复现，重复系统的试验过程。
2.3.3 试验数据的采集和录取功能
在试验过程中，实时采集、录取新型舰炮武器系统有关测试点及真值测量设备等设备输出的数据和状态信息。
2.3.4 校验功能
a）精度校验在试验过程中，测试和评估新型舰炮武器系统的点迹精度、目标指示精度、跟踪器跟踪精度、火控精度、炮口指向精度和弹丸脱靶量精度等。
b）命中概率校验根据试验结果进行数据统计处理，测试和评估新型舰炮武器系统对目标全航路至少命中一发的概率。
c）反应时间校验在试验过程中，根据约定的方法测试和评估新型舰炮武器系统各主要环节及系统的反应时间。
2.3.5人机交互和显示功能
具有良好的人机交互和综合图形、表页显示功能，能对敌我态势和各种试验数据进行显示，对试验过程进行监视，对仿真试验进行操控和人工干预的功能。
2.3.6 试验数据文件管理
对试验中仿真、录取的有关数据和实时测试、处理的各种结果，以试验数据文件的形式存档和管理，方便查阅和调用。
2.3.7 内动态自检功能
利用内动态调试模拟器和设备自身的软、硬件资源，构成内动态工作方式，对试验仿真系统的功能、性能进行开发、调试、自检和演示。
3 新型舰炮武器试验仿真系统的数学模型
针对新型舰炮的物理结构和系统的工作机理以及各项试验的需求，并兼顾其它舰炮武器系统的共性要求，新型舰炮武器试验仿真系统建立了丰富的数学模型和算法。
3.1 仿真数模
a）目标环境仿真数模目标环境仿真数模包括多目标环境下目标实时位置计算数模和单目标环境下目标实时位置计算数模。前者假定目标编队环境在距离较远时，作匀速直线运动或编队折转运动；后者根据目标运动方式，仿真其目标运动轨迹，计算其瞬时位置。
目标的运动类型计有匀速运动、匀加速直线运动、水平圆弧运动、俯冲运动、蛇形运动等。
另外对于反舰导弹目标实时位置的计算数模，考虑近程反导舰炮武器系统的应用特点，主要仿真导弹飞行弹道的自控段和自导段。其中自控段按匀速直线飞行航路建模计算；自导段按比例导引法建模计算。
b）已舰运动仿真数模已舰运动仿真数模包括已舰实时位置计算数模和已舰姿态计算数模。前者根据已舰的运动方式，仿真其运动轨迹和瞬时舰位；后者根据舰艇在不同海况下的摇摆规律，设定参数并计算舰艇的瞬时纵、横摇姿态。
c）噪音仿真数模根据系统试验需求，噪音仿真数模的建立主要有目标运动模型噪音数模、背景噪音数模和量测噪音数模。
目标运动模型噪音数模描绘由于驾驶员操作和周围环境的变化引起目标运动航迹波动、偏离理论航迹的现象。本模型噪音通过设定几种较典型的目标运动方式，计算它们相对理想运动方式的位置偏量，实现对目标运动模型噪音的模拟。背景噪音数模包括云雨、干扰等大面积目标干扰和搜索雷达随机干扰假目标及漏警干扰等模型。传感器量测噪音数模在工程上按正态分布的随机变量处理。
d）搜索雷达模拟支持数模根据系统内部功能划分，仿真主计算机将多目标航路计算出来后，发送给搜索雷达模拟器，由其对目标数据进行计算处理，实现多目标环境下对搜索雷达的同步、视频驱动涉及的主要数模有波束与目标相遇问题的求解等。
e）跟踪雷达模拟支持数模该组数模包括舰炮综合体坐标系间的变换与反变换、摇摆变换与反变换、弹丸偏差量仿真、弹丸坐标仿真等。
f）光电跟踪仪模拟支持数模除上述坐标系变换、摇摆变换的数模外，还有目标运动及图象大小、姿态计算和同步控制数模等。
3.2 精度处理与评估数模
a）搜索雷达点迹精度评估数模搜索雷达点迹精度评估是在特定的单目标态势下进行的，该组数模包括搜索雷达点迹理论值计算及实测点迹精度评估等。
b）目标指示精度评估数模目指精度评估数模包括目标指示理论值计算数模和实测目指数据精度评估数模等。
c）跟踪器跟踪精度评估数模跟踪器包括跟踪雷达和光电跟踪仪，跟踪精度评估过程相同，主要数模有跟踪理论值计算和实测值精度评估等。
d）转管炮射击诸元理论值计算数模本系统计算射击诸元理论值采用“顺解法”。主要数模包括解命中、射表处理、弹道气象修正量综合、求稳定瞄准角及求不稳定瞄准角等。
e）火控解算诸元精度、火炮瞄准精度、系统精度评估数模在射击诸元理论值求取后，根据该三项精度评估的定义，分别求出火控解算诸元、火炮瞄准、系统跟踪的一次差并进行统计。
f）反应时间测试及射击信息计算数模反应时间根据各段反应时间的定义及算法计算；射击信息包括射速、射击持续时间和射弹数量等，均按定义建模计算。
3.3 弹丸偏差量仿真与命中计算数模
在新型舰炮武器系统综合体舰炮复杂的物理结构和运动机理情况下，弹丸偏差量仿真和命中计算涉及大量数模建立与算法设计，是本系统的关键课题之一。主要数模有在考虑摇摆不动点情况下目标在相应坐标系内的坐标计算、仿真弹道的弹丸坐标计算、弹丸脱靶量和存速计算、命中率与全航路至少命中一发概率的计算等。
4 新型舰炮武器试验仿真系统的关键技术
在新型舰炮武器试验仿真系统研制和试验过程中，涉及的主要关键技术包括：
a）综合体反导舰炮武器系统内、外场试验及精度校验方法和技术我们面临的仿真、测试对象是新型舰炮武器系统，这是当今对付突防反舰导弹、实施末端防御的杀手锏武器。它是雷达、光电与火炮三位一体的综合体舰炮，系统由多重闭环控制回路组成，装舰后仅综合体就涉及四个摇摆与回转中心。其体系结构和工作过程复杂，信息流量大，具有快、精、猛的特点。要在内、外场有限的条件下，利用试验仿真系统对其反导功能、性能进行检查和校验，必须有效地解决各项试验方法和相关技术问题。如外场试验时数据采集、真值获取及各项性能的评估方法；内场试验时大闭环校射模拟试验方法、模拟射击方法、模拟信息环境的生成方法和信息的采集、处理、评估方法等。
b）功能分布式、开放型实时计算机网络系统优化设计技术仿真系统由VAX小型机、DEC工作站、服务器及多台前端机，构成功能分布式、开放型实时计算机网络系统。为使试验仿真系统满足功能强、效率高、实时性好、通用灵活的要求，在设计中通过对设备性能的掌握，合理地进行功能分配、信息流规划、网路设计、接口设置、通信约定、时钟配置等，对硬系统进行了优化设计，保证了上述要求的实现。
c）OPENVMS操作系统在强实时、高精度试验仿真系统中开发、应用技术为使OPENVMS操作系统充分满足试验仿真系统强实时、高精度的要求，在设计中通过合理的进程设计、优先级配置，使系统的资源占有率达到最低；并通过使用公共事件标志簇进行进程间的调度，使用共享全局内存技术进行各进程间的数据交换等措施，使系统响应速度和效率提高，满足了使用要求。
d）高精度统一同步校时技术在新型舰炮武器系统试验中，统一时钟及高精度的同步校时，关系着试验的精度和可信度。试验仿真系统在设计时制定了以时统信息为基准的B码接受终端、网络接口机和VAX机统一校时方案，通过软、硬件精心设计和调试，使系统的校时、记时精度达到了试验使用要求。
e）双冗余以太网、实时监听录取技术新型舰炮武器系统各设备之间的通信主要靠两条以太网实现，即大量试验数据必须从网上采集。为在不增加系统网络负荷的前提下，实时、可靠的录取网上数据，试验仿真系统采用了监听录取技术。为此专门设计了网络接口机柜，使用专门开发的网卡和配套软件，在对系统网毫无影响的情况下，实现了对网络报文数据的安全、可靠、实时、全量的监听录取，有效地保证了试验仿真系统的录取功能。
f）具有真实战场背景的光电目标视频图象和雷达视频/中频信号模拟、驱动技术为了提高内场仿真试验的逼真度，根据新型舰炮武器系统陆试的需求，试验仿真系统配置了搜索雷达视频/中频模拟器、光电跟踪视频模拟器和跟踪雷达中频模拟器。每个模拟器的设计开发，都涉及一系列相关专业技术和难题，以光电跟踪模拟器为例，要模拟生成具有真实战场背景的光电目标视频图象，驱动光电跟踪仪工作，就涉及目标图象生成和姿态控制技术、模拟目标图象与真实背景视频复合技术、图象信号压缩及恢复技术等关键技术。各模拟器分别与相应传感器构成有机的模拟目标搜索、跟踪系统，在仿真主机产生的统一战术环境驱动下，为被试系统提供了完整、逼真的内场模拟试验环境，满足了新型舰炮武器系统内场试验对模拟环境的需求。
g）实时外弹道仿真及弹丸偏差量模拟技术与以往的分离式舰炮武器系统截然不同，新型舰炮武器系统的光电、雷达跟踪器与舰炮构成一个相互关联的综合体，并安装在摇摆台上做试验。根据这一物理背景，研究建立了适用于综合体的外弹道仿真数学模型和在托架坐标系中计算弹丸、偏差量的数学模型。在具体实现上采用DEC服务器做弹道仿真机，保证了仿真的实时性。在雷达中频模拟器配合下，实现了新型舰炮武器系统雷达武器通道的大闭环模拟试验，并实现了对弹丸脱靶量和命中效果的在线计算。
h）综合体舰炮系统仿真及数据处理、评估建模技术通过对新型舰炮武器系统及其内、外场试验机理、方法的研究，特别是对综合体安装在摇摆台上进行试验的物理结构和运动过程的深入分析，抽象出其复合运动的数学模型，并以此数学模型为基础，结合综合体的特征，研究确立了战术环境仿真、数据处理与评估模型体系，从而解决了试验仿真系统系统仿真、处理与评估的核心问题。
5 结束语
随着仿真技术应用的不断发展，仿真的逼真程度是任何仿真应用所要考虑的首要问题，它将直接影响仿真试验的效果，新型舰炮武器试验仿真系统中所采用的数学模型主要是针对试验目的的要求建立的，而且均已得到了工程应用，因此具有较高的逼真度。随着计算机技术的不断发展，用与作战系统和武器系统的仿真模型的逼真度和实用性也将得到进一步提高，有些仿真模型还可以通过真实环境试验和历史试验数据得以验证。因此仿真试验技术在作战系统和武器系统试验中的应用前景十分广阔，它是真实环境试验的辅助和补充，可广泛应用于系统精度和功能试验、可靠性和维修性试验以及系统训练中，它将为作战系统和武器系统定型和改进提供重要依据。仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用
丛树学 王茂林 郑锦
摘要:本文阐述了仿真试验技术在作战系统和武器系统研制中的重要性以及国内外发展现状，简要介绍了一个用于新型舰炮武器系统试验的仿真系统的用途、组成和功能等主要概况，重点介绍了在新型舰炮武器试验仿真系统中的主要数学模型及关键技术，最后分析了其应用前景。
关键词:新型舰炮武器系统 仿真试验 数学模型 关键技术 应用
1 引言
当今研制和装备一个新作战系统和武器系统，没有仿真是不可想象的。仿真技术在试验和鉴定中越来越明显的重要性，使许多国家，包括我国均在大力发展仿真试验技术。
美国非常重视仿真试验技术的发展，而且发展得很快。美国对多型主要水面舰艇分别建立了作战系统陆上试验站。采用了大量仿真技术，动用了大量的仿真设备，包括：各种雷达模拟器、声呐模拟器、舰艇运动参数模拟器、导弹模拟器和火炮模拟器等。试验过程中战术环境主要是用仿真的方法产生的，同时，也进行了少量的实航试验，以验证仿真的有效性。荷兰海军也曾为了分析和试验舰艇防御的性能，将仿真模型用于“守门员”近程反导舰炮武器系统的研制和试验中。英国也为其几型主要舰艇作战系统和武器系统研制了仿真设备，它们都在试验和训练中起到了积极作用。
近年来，我国也越来越重视仿真试验技术，仿真技术应用在作战系统和武器系统研制阶段的实例非常之多，它们都对发现作战系统和武器系统设计问题起到了关键作用。而在系统验收和鉴定阶段的应用则较少，与其它国家相比仿真试验技术在鉴定试验中的应用尚有较大差距。
由小口径速射火炮为主要武器组成的新型舰炮武器系统，可有效弥补水面舰艇其它武器系统在近距离内的拦截死区，已成为水面舰艇在执行近程反导任务的最后一道防线。因此世界各国都在大力发展这种新型舰炮武器系统。
为了适应现代化战争的需要，我国也在发展这种新型舰炮武器系统，它具有自备式、快速反应、高射速及高精度等突出特点。在此类系统研制中应用了大量的高新技术，为了使系统及早暴露研制中存在的技术问题，避免在使用中出现重大的问题，必须研制试验所配套的试验仿真系统，使系统在仿真环境下进行较为充分的试验和验证，为系统研制、定型提供仿真、测试和系统评定的手段。
本文旨在介绍仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用情况，并分析其应用前景。
2 新型舰炮武器试验仿真系统概况
2.1 系统用途
本试验仿真系统可为新型舰炮武器系统进行鉴定、定型试验提供仿真、测试手段，给出真实可信的测试结果，支持新型舰炮武器系统的各种试验。该仿真系统采用模块化设计思想，针对不同的被试对象和试验内容，采用不同的功能模块组合就可以完成试验任务。经适应性改造后，可广泛适用于各种舰炮武器系统在靶场、试验基地进行鉴定、定型试验。
2.2 系统组成
试验仿真系统由主仿真计算机及网络系统、弹道仿真计算机、三单元显控台、搜索雷达模拟器、光电跟踪仪模拟器、跟踪雷达模拟器、网络接口机柜、综合显示系统、输入/输出接线适配装置等组成，其组成框图如图1所示。
2.3 系统功能
2.3.1 仿真功能
a）多目标战术环境仿真仿真生成多目标战术环境，并以视频/中频形式驱动搜索雷达工作。
b） 拦截目标航路仿真仿真生成拦截目标航路信息，并分别以中频信号形式驱动跟踪雷达工作，以视频图像信号形式驱动光电跟踪仪工作。
c）己舰运动参数和姿态仿真仿真生成己舰的运动参数和姿态参数信息。
d）噪声仿真仿真生成目标运动模型噪声和传感器量测噪声等。
e）外弹道仿真进行外弹道仿真，生成距离波门内弹丸相对目标的偏差量和弹丸的距离及速度等信息。
2.3.2 复现功能
利用真值测量设备获取的航路真值数据，仿真产生搜索雷达目标视频/中频信号、跟踪雷达目标中频信号和光电跟踪仪目标视频图像信号，分别驱动其工作，实现真实目标试验航路的复现，重复系统的试验过程。
2.3.3 试验数据的采集和录取功能
在试验过程中，实时采集、录取新型舰炮武器系统有关测试点及真值测量设备等设备输出的数据和状态信息。
2.3.4 校验功能
a）精度校验在试验过程中，测试和评估新型舰炮武器系统的点迹精度、目标指示精度、跟踪器跟踪精度、火控精度、炮口指向精度和弹丸脱靶量精度等。
b）命中概率校验根据试验结果进行数据统计处理，测试和评估新型舰炮武器系统对目标全航路至少命中一发的概率。
c）反应时间校验在试验过程中，根据约定的方法测试和评估新型舰炮武器系统各主要环节及系统的反应时间。
2.3.5人机交互和显示功能
具有良好的人机交互和综合图形、表页显示功能，能对敌我态势和各种试验数据进行显示，对试验过程进行监视，对仿真试验进行操控和人工干预的功能。
2.3.6 试验数据文件管理
对试验中仿真、录取的有关数据和实时测试、处理的各种结果，以试验数据文件的形式存档和管理，方便查阅和调用。
2.3.7 内动态自检功能
利用内动态调试模拟器和设备自身的软、硬件资源，构成内动态工作方式，对试验仿真系统的功能、性能进行开发、调试、自检和演示。
3 新型舰炮武器试验仿真系统的数学模型
针对新型舰炮的物理结构和系统的工作机理以及各项试验的需求，并兼顾其它舰炮武器系统的共性要求，新型舰炮武器试验仿真系统建立了丰富的数学模型和算法。
3.1 仿真数模
a）目标环境仿真数模目标环境仿真数模包括多目标环境下目标实时位置计算数模和单目标环境下目标实时位置计算数模。前者假定目标编队环境在距离较远时，作匀速直线运动或编队折转运动；后者根据目标运动方式，仿真其目标运动轨迹，计算其瞬时位置。
目标的运动类型计有匀速运动、匀加速直线运动、水平圆弧运动、俯冲运动、蛇形运动等。
另外对于反舰导弹目标实时位置的计算数模，考虑近程反导舰炮武器系统的应用特点，主要仿真导弹飞行弹道的自控段和自导段。其中自控段按匀速直线飞行航路建模计算；自导段按比例导引法建模计算。
b）已舰运动仿真数模已舰运动仿真数模包括已舰实时位置计算数模和已舰姿态计算数模。前者根据已舰的运动方式，仿真其运动轨迹和瞬时舰位；后者根据舰艇在不同海况下的摇摆规律，设定参数并计算舰艇的瞬时纵、横摇姿态。
c）噪音仿真数模根据系统试验需求，噪音仿真数模的建立主要有目标运动模型噪音数模、背景噪音数模和量测噪音数模。
目标运动模型噪音数模描绘由于驾驶员操作和周围环境的变化引起目标运动航迹波动、偏离理论航迹的现象。本模型噪音通过设定几种较典型的目标运动方式，计算它们相对理想运动方式的位置偏量，实现对目标运动模型噪音的模拟。背景噪音数模包括云雨、干扰等大面积目标干扰和搜索雷达随机干扰假目标及漏警干扰等模型。传感器量测噪音数模在工程上按正态分布的随机变量处理。
d）搜索雷达模拟支持数模根据系统内部功能划分，仿真主计算机将多目标航路计算出来后，发送给搜索雷达模拟器，由其对目标数据进行计算处理，实现多目标环境下对搜索雷达的同步、视频驱动涉及的主要数模有波束与目标相遇问题的求解等。
e）跟踪雷达模拟支持数模该组数模包括舰炮综合体坐标系间的变换与反变换、摇摆变换与反变换、弹丸偏差量仿真、弹丸坐标仿真等。
f）光电跟踪仪模拟支持数模除上述坐标系变换、摇摆变换的数模外，还有目标运动及图象大小、姿态计算和同步控制数模等。
3.2 精度处理与评估数模
a）搜索雷达点迹精度评估数模搜索雷达点迹精度评估是在特定的单目标态势下进行的，该组数模包括搜索雷达点迹理论值计算及实测点迹精度评估等。
b）目标指示精度评估数模目指精度评估数模包括目标指示理论值计算数模和实测目指数据精度评估数模等。
c）跟踪器跟踪精度评估数模跟踪器包括跟踪雷达和光电跟踪仪，跟踪精度评估过程相同，主要数模有跟踪理论值计算和实测值精度评估等。
d）转管炮射击诸元理论值计算数模本系统计算射击诸元理论值采用“顺解法”。主要数模包括解命中、射表处理、弹道气象修正量综合、求稳定瞄准角及求不稳定瞄准角等。
e）火控解算诸元精度、火炮瞄准精度、系统精度评估数模在射击诸元理论值求取后，根据该三项精度评估的定义，分别求出火控解算诸元、火炮瞄准、系统跟踪的一次差并进行统计。
f）反应时间测试及射击信息计算数模反应时间根据各段反应时间的定义及算法计算；射击信息包括射速、射击持续时间和射弹数量等，均按定义建模计算。
3.3 弹丸偏差量仿真与命中计算数模
在新型舰炮武器系统综合体舰炮复杂的物理结构和运动机理情况下，弹丸偏差量仿真和命中计算涉及大量数模建立与算法设计，是本系统的关键课题之一。主要数模有在考虑摇摆不动点情况下目标在相应坐标系内的坐标计算、仿真弹道的弹丸坐标计算、弹丸脱靶量和存速计算、命中率与全航路至少命中一发概率的计算等。
4 新型舰炮武器试验仿真系统的关键技术
在新型舰炮武器试验仿真系统研制和试验过程中，涉及的主要关键技术包括：
a）综合体反导舰炮武器系统内、外场试验及精度校验方法和技术我们面临的仿真、测试对象是新型舰炮武器系统，这是当今对付突防反舰导弹、实施末端防御的杀手锏武器。它是雷达、光电与火炮三位一体的综合体舰炮，系统由多重闭环控制回路组成，装舰后仅综合体就涉及四个摇摆与回转中心。其体系结构和工作过程复杂，信息流量大，具有快、精、猛的特点。要在内、外场有限的条件下，利用试验仿真系统对其反导功能、性能进行检查和校验，必须有效地解决各项试验方法和相关技术问题。如外场试验时数据采集、真值获取及各项性能的评估方法；内场试验时大闭环校射模拟试验方法、模拟射击方法、模拟信息环境的生成方法和信息的采集、处理、评估方法等。
b）功能分布式、开放型实时计算机网络系统优化设计技术仿真系统由VAX小型机、DEC工作站、服务器及多台前端机，构成功能分布式、开放型实时计算机网络系统。为使试验仿真系统满足功能强、效率高、实时性好、通用灵活的要求，在设计中通过对设备性能的掌握，合理地进行功能分配、信息流规划、网路设计、接口设置、通信约定、时钟配置等，对硬系统进行了优化设计，保证了上述要求的实现。
c）OPENVMS操作系统在强实时、高精度试验仿真系统中开发、应用技术为使OPENVMS操作系统充分满足试验仿真系统强实时、高精度的要求，在设计中通过合理的进程设计、优先级配置，使系统的资源占有率达到最低；并通过使用公共事件标志簇进行进程间的调度，使用共享全局内存技术进行各进程间的数据交换等措施，使系统响应速度和效率提高，满足了使用要求。
d）高精度统一同步校时技术在新型舰炮武器系统试验中，统一时钟及高精度的同步校时，关系着试验的精度和可信度。试验仿真系统在设计时制定了以时统信息为基准的B码接受终端、网络接口机和VAX机统一校时方案，通过软、硬件精心设计和调试，使系统的校时、记时精度达到了试验使用要求。
e）双冗余以太网、实时监听录取技术新型舰炮武器系统各设备之间的通信主要靠两条以太网实现，即大量试验数据必须从网上采集。为在不增加系统网络负荷的前提下，实时、可靠的录取网上数据，试验仿真系统采用了监听录取技术。为此专门设计了网络接口机柜，使用专门开发的网卡和配套软件，在对系统网毫无影响的情况下，实现了对网络报文数据的安全、可靠、实时、全量的监听录取，有效地保证了试验仿真系统的录取功能。
f）具有真实战场背景的光电目标视频图象和雷达视频/中频信号模拟、驱动技术为了提高内场仿真试验的逼真度，根据新型舰炮武器系统陆试的需求，试验仿真系统配置了搜索雷达视频/中频模拟器、光电跟踪视频模拟器和跟踪雷达中频模拟器。每个模拟器的设计开发，都涉及一系列相关专业技术和难题，以光电跟踪模拟器为例，要模拟生成具有真实战场背景的光电目标视频图象，驱动光电跟踪仪工作，就涉及目标图象生成和姿态控制技术、模拟目标图象与真实背景视频复合技术、图象信号压缩及恢复技术等关键技术。各模拟器分别与相应传感器构成有机的模拟目标搜索、跟踪系统，在仿真主机产生的统一战术环境驱动下，为被试系统提供了完整、逼真的内场模拟试验环境，满足了新型舰炮武器系统内场试验对模拟环境的需求。
g）实时外弹道仿真及弹丸偏差量模拟技术与以往的分离式舰炮武器系统截然不同，新型舰炮武器系统的光电、雷达跟踪器与舰炮构成一个相互关联的综合体，并安装在摇摆台上做试验。根据这一物理背景，研究建立了适用于综合体的外弹道仿真数学模型和在托架坐标系中计算弹丸、偏差量的数学模型。在具体实现上采用DEC服务器做弹道仿真机，保证了仿真的实时性。在雷达中频模拟器配合下，实现了新型舰炮武器系统雷达武器通道的大闭环模拟试验，并实现了对弹丸脱靶量和命中效果的在线计算。
h）综合体舰炮系统仿真及数据处理、评估建模技术通过对新型舰炮武器系统及其内、外场试验机理、方法的研究，特别是对综合体安装在摇摆台上进行试验的物理结构和运动过程的深入分析，抽象出其复合运动的数学模型，并以此数学模型为基础，结合综合体的特征，研究确立了战术环境仿真、数据处理与评估模型体系，从而解决了试验仿真系统系统仿真、处理与评估的核心问题。
5 结束语
随着仿真技术应用的不断发展，仿真的逼真程度是任何仿真应用所要考虑的首要问题，它将直接影响仿真试验的效果，新型舰炮武器试验仿真系统中所采用的数学模型主要是针对试验目的的要求建立的，而且均已得到了工程应用，因此具有较高的逼真度。随着计算机技术的不断发展，用与作战系统和武器系统的仿真模型的逼真度和实用性也将得到进一步提高，有些仿真模型还可以通过真实环境试验和历史试验数据得以验证。因此仿真试验技术在作战系统和武器系统试验中的应用前景十分广阔，它是真实环境试验的辅助和补充，可广泛应用于系统精度和功能试验、可靠性和维修性试验以及系统训练中，它将为作战系统和武器系统定型和改进提供重要依据。
丛树学 王茂林 郑锦
摘要:本文阐述了仿真试验技术在作战系统和武器系统研制中的重要性以及国内外发展现状，简要介绍了一个用于新型舰炮武器系统试验的仿真系统的用途、组成和功能等主要概况，重点介绍了在新型舰炮武器试验仿真系统中的主要数学模型及关键技术，最后分析了其应用前景。
关键词:新型舰炮武器系统 仿真试验 数学模型 关键技术 应用
1 引言
当今研制和装备一个新作战系统和武器系统，没有仿真是不可想象的。仿真技术在试验和鉴定中越来越明显的重要性，使许多国家，包括我国均在大力发展仿真试验技术。
美国非常重视仿真试验技术的发展，而且发展得很快。美国对多型主要水面舰艇分别建立了作战系统陆上试验站。采用了大量仿真技术，动用了大量的仿真设备，包括：各种雷达模拟器、声呐模拟器、舰艇运动参数模拟器、导弹模拟器和火炮模拟器等。试验过程中战术环境主要是用仿真的方法产生的，同时，也进行了少量的实航试验，以验证仿真的有效性。荷兰海军也曾为了分析和试验舰艇防御的性能，将仿真模型用于“守门员”近程反导舰炮武器系统的研制和试验中。英国也为其几型主要舰艇作战系统和武器系统研制了仿真设备，它们都在试验和训练中起到了积极作用。
近年来，我国也越来越重视仿真试验技术，仿真技术应用在作战系统和武器系统研制阶段的实例非常之多，它们都对发现作战系统和武器系统设计问题起到了关键作用。而在系统验收和鉴定阶段的应用则较少，与其它国家相比仿真试验技术在鉴定试验中的应用尚有较大差距。
由小口径速射火炮为主要武器组成的新型舰炮武器系统，可有效弥补水面舰艇其它武器系统在近距离内的拦截死区，已成为水面舰艇在执行近程反导任务的最后一道防线。因此世界各国都在大力发展这种新型舰炮武器系统。
为了适应现代化战争的需要，我国也在发展这种新型舰炮武器系统，它具有自备式、快速反应、高射速及高精度等突出特点。在此类系统研制中应用了大量的高新技术，为了使系统及早暴露研制中存在的技术问题，避免在使用中出现重大的问题，必须研制试验所配套的试验仿真系统，使系统在仿真环境下进行较为充分的试验和验证，为系统研制、定型提供仿真、测试和系统评定的手段。
本文旨在介绍仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用情况，并分析其应用前景。
2 新型舰炮武器试验仿真系统概况
2.1 系统用途
本试验仿真系统可为新型舰炮武器系统进行鉴定、定型试验提供仿真、测试手段，给出真实可信的测试结果，支持新型舰炮武器系统的各种试验。该仿真系统采用模块化设计思想，针对不同的被试对象和试验内容，采用不同的功能模块组合就可以完成试验任务。经适应性改造后，可广泛适用于各种舰炮武器系统在靶场、试验基地进行鉴定、定型试验。
2.2 系统组成
试验仿真系统由主仿真计算机及网络系统、弹道仿真计算机、三单元显控台、搜索雷达模拟器、光电跟踪仪模拟器、跟踪雷达模拟器、网络接口机柜、综合显示系统、输入/输出接线适配装置等组成，其组成框图如图1所示。
2.3 系统功能
2.3.1 仿真功能
a）多目标战术环境仿真仿真生成多目标战术环境，并以视频/中频形式驱动搜索雷达工作。
b） 拦截目标航路仿真仿真生成拦截目标航路信息，并分别以中频信号形式驱动跟踪雷达工作，以视频图像信号形式驱动光电跟踪仪工作。
c）己舰运动参数和姿态仿真仿真生成己舰的运动参数和姿态参数信息。
d）噪声仿真仿真生成目标运动模型噪声和传感器量测噪声等。
e）外弹道仿真进行外弹道仿真，生成距离波门内弹丸相对目标的偏差量和弹丸的距离及速度等信息。
2.3.2 复现功能
利用真值测量设备获取的航路真值数据，仿真产生搜索雷达目标视频/中频信号、跟踪雷达目标中频信号和光电跟踪仪目标视频图像信号，分别驱动其工作，实现真实目标试验航路的复现，重复系统的试验过程。
2.3.3 试验数据的采集和录取功能
在试验过程中，实时采集、录取新型舰炮武器系统有关测试点及真值测量设备等设备输出的数据和状态信息。
2.3.4 校验功能
a）精度校验在试验过程中，测试和评估新型舰炮武器系统的点迹精度、目标指示精度、跟踪器跟踪精度、火控精度、炮口指向精度和弹丸脱靶量精度等。
b）命中概率校验根据试验结果进行数据统计处理，测试和评估新型舰炮武器系统对目标全航路至少命中一发的概率。
c）反应时间校验在试验过程中，根据约定的方法测试和评估新型舰炮武器系统各主要环节及系统的反应时间。
2.3.5人机交互和显示功能
具有良好的人机交互和综合图形、表页显示功能，能对敌我态势和各种试验数据进行显示，对试验过程进行监视，对仿真试验进行操控和人工干预的功能。
2.3.6 试验数据文件管理
对试验中仿真、录取的有关数据和实时测试、处理的各种结果，以试验数据文件的形式存档和管理，方便查阅和调用。
2.3.7 内动态自检功能
利用内动态调试模拟器和设备自身的软、硬件资源，构成内动态工作方式，对试验仿真系统的功能、性能进行开发、调试、自检和演示。
3 新型舰炮武器试验仿真系统的数学模型
针对新型舰炮的物理结构和系统的工作机理以及各项试验的需求，并兼顾其它舰炮武器系统的共性要求，新型舰炮武器试验仿真系统建立了丰富的数学模型和算法。
3.1 仿真数模
a）目标环境仿真数模目标环境仿真数模包括多目标环境下目标实时位置计算数模和单目标环境下目标实时位置计算数模。前者假定目标编队环境在距离较远时，作匀速直线运动或编队折转运动；后者根据目标运动方式，仿真其目标运动轨迹，计算其瞬时位置。
目标的运动类型计有匀速运动、匀加速直线运动、水平圆弧运动、俯冲运动、蛇形运动等。
另外对于反舰导弹目标实时位置的计算数模，考虑近程反导舰炮武器系统的应用特点，主要仿真导弹飞行弹道的自控段和自导段。其中自控段按匀速直线飞行航路建模计算；自导段按比例导引法建模计算。
b）已舰运动仿真数模已舰运动仿真数模包括已舰实时位置计算数模和已舰姿态计算数模。前者根据已舰的运动方式，仿真其运动轨迹和瞬时舰位；后者根据舰艇在不同海况下的摇摆规律，设定参数并计算舰艇的瞬时纵、横摇姿态。
c）噪音仿真数模根据系统试验需求，噪音仿真数模的建立主要有目标运动模型噪音数模、背景噪音数模和量测噪音数模。
目标运动模型噪音数模描绘由于驾驶员操作和周围环境的变化引起目标运动航迹波动、偏离理论航迹的现象。本模型噪音通过设定几种较典型的目标运动方式，计算它们相对理想运动方式的位置偏量，实现对目标运动模型噪音的模拟。背景噪音数模包括云雨、干扰等大面积目标干扰和搜索雷达随机干扰假目标及漏警干扰等模型。传感器量测噪音数模在工程上按正态分布的随机变量处理。
d）搜索雷达模拟支持数模根据系统内部功能划分，仿真主计算机将多目标航路计算出来后，发送给搜索雷达模拟器，由其对目标数据进行计算处理，实现多目标环境下对搜索雷达的同步、视频驱动涉及的主要数模有波束与目标相遇问题的求解等。
e）跟踪雷达模拟支持数模该组数模包括舰炮综合体坐标系间的变换与反变换、摇摆变换与反变换、弹丸偏差量仿真、弹丸坐标仿真等。
f）光电跟踪仪模拟支持数模除上述坐标系变换、摇摆变换的数模外，还有目标运动及图象大小、姿态计算和同步控制数模等。
3.2 精度处理与评估数模
a）搜索雷达点迹精度评估数模搜索雷达点迹精度评估是在特定的单目标态势下进行的，该组数模包括搜索雷达点迹理论值计算及实测点迹精度评估等。
b）目标指示精度评估数模目指精度评估数模包括目标指示理论值计算数模和实测目指数据精度评估数模等。
c）跟踪器跟踪精度评估数模跟踪器包括跟踪雷达和光电跟踪仪，跟踪精度评估过程相同，主要数模有跟踪理论值计算和实测值精度评估等。
d）转管炮射击诸元理论值计算数模本系统计算射击诸元理论值采用“顺解法”。主要数模包括解命中、射表处理、弹道气象修正量综合、求稳定瞄准角及求不稳定瞄准角等。
e）火控解算诸元精度、火炮瞄准精度、系统精度评估数模在射击诸元理论值求取后，根据该三项精度评估的定义，分别求出火控解算诸元、火炮瞄准、系统跟踪的一次差并进行统计。
f）反应时间测试及射击信息计算数模反应时间根据各段反应时间的定义及算法计算；射击信息包括射速、射击持续时间和射弹数量等，均按定义建模计算。
3.3 弹丸偏差量仿真与命中计算数模
在新型舰炮武器系统综合体舰炮复杂的物理结构和运动机理情况下，弹丸偏差量仿真和命中计算涉及大量数模建立与算法设计，是本系统的关键课题之一。主要数模有在考虑摇摆不动点情况下目标在相应坐标系内的坐标计算、仿真弹道的弹丸坐标计算、弹丸脱靶量和存速计算、命中率与全航路至少命中一发概率的计算等。
4 新型舰炮武器试验仿真系统的关键技术
在新型舰炮武器试验仿真系统研制和试验过程中，涉及的主要关键技术包括：
a）综合体反导舰炮武器系统内、外场试验及精度校验方法和技术我们面临的仿真、测试对象是新型舰炮武器系统，这是当今对付突防反舰导弹、实施末端防御的杀手锏武器。它是雷达、光电与火炮三位一体的综合体舰炮，系统由多重闭环控制回路组成，装舰后仅综合体就涉及四个摇摆与回转中心。其体系结构和工作过程复杂，信息流量大，具有快、精、猛的特点。要在内、外场有限的条件下，利用试验仿真系统对其反导功能、性能进行检查和校验，必须有效地解决各项试验方法和相关技术问题。如外场试验时数据采集、真值获取及各项性能的评估方法；内场试验时大闭环校射模拟试验方法、模拟射击方法、模拟信息环境的生成方法和信息的采集、处理、评估方法等。
b）功能分布式、开放型实时计算机网络系统优化设计技术仿真系统由VAX小型机、DEC工作站、服务器及多台前端机，构成功能分布式、开放型实时计算机网络系统。为使试验仿真系统满足功能强、效率高、实时性好、通用灵活的要求，在设计中通过对设备性能的掌握，合理地进行功能分配、信息流规划、网路设计、接口设置、通信约定、时钟配置等，对硬系统进行了优化设计，保证了上述要求的实现。
c）OPENVMS操作系统在强实时、高精度试验仿真系统中开发、应用技术为使OPENVMS操作系统充分满足试验仿真系统强实时、高精度的要求，在设计中通过合理的进程设计、优先级配置，使系统的资源占有率达到最低；并通过使用公共事件标志簇进行进程间的调度，使用共享全局内存技术进行各进程间的数据交换等措施，使系统响应速度和效率提高，满足了使用要求。
d）高精度统一同步校时技术在新型舰炮武器系统试验中，统一时钟及高精度的同步校时，关系着试验的精度和可信度。试验仿真系统在设计时制定了以时统信息为基准的B码接受终端、网络接口机和VAX机统一校时方案，通过软、硬件精心设计和调试，使系统的校时、记时精度达到了试验使用要求。
e）双冗余以太网、实时监听录取技术新型舰炮武器系统各设备之间的通信主要靠两条以太网实现，即大量试验数据必须从网上采集。为在不增加系统网络负荷的前提下，实时、可靠的录取网上数据，试验仿真系统采用了监听录取技术。为此专门设计了网络接口机柜，使用专门开发的网卡和配套软件，在对系统网毫无影响的情况下，实现了对网络报文数据的安全、可靠、实时、全量的监听录取，有效地保证了试验仿真系统的录取功能。
f）具有真实战场背景的光电目标视频图象和雷达视频/中频信号模拟、驱动技术为了提高内场仿真试验的逼真度，根据新型舰炮武器系统陆试的需求，试验仿真系统配置了搜索雷达视频/中频模拟器、光电跟踪视频模拟器和跟踪雷达中频模拟器。每个模拟器的设计开发，都涉及一系列相关专业技术和难题，以光电跟踪模拟器为例，要模拟生成具有真实战场背景的光电目标视频图象，驱动光电跟踪仪工作，就涉及目标图象生成和姿态控制技术、模拟目标图象与真实背景视频复合技术、图象信号压缩及恢复技术等关键技术。各模拟器分别与相应传感器构成有机的模拟目标搜索、跟踪系统，在仿真主机产生的统一战术环境驱动下，为被试系统提供了完整、逼真的内场模拟试验环境，满足了新型舰炮武器系统内场试验对模拟环境的需求。
g）实时外弹道仿真及弹丸偏差量模拟技术与以往的分离式舰炮武器系统截然不同，新型舰炮武器系统的光电、雷达跟踪器与舰炮构成一个相互关联的综合体，并安装在摇摆台上做试验。根据这一物理背景，研究建立了适用于综合体的外弹道仿真数学模型和在托架坐标系中计算弹丸、偏差量的数学模型。在具体实现上采用DEC服务器做弹道仿真机，保证了仿真的实时性。在雷达中频模拟器配合下，实现了新型舰炮武器系统雷达武器通道的大闭环模拟试验，并实现了对弹丸脱靶量和命中效果的在线计算。
h）综合体舰炮系统仿真及数据处理、评估建模技术通过对新型舰炮武器系统及其内、外场试验机理、方法的研究，特别是对综合体安装在摇摆台上进行试验的物理结构和运动过程的深入分析，抽象出其复合运动的数学模型，并以此数学模型为基础，结合综合体的特征，研究确立了战术环境仿真、数据处理与评估模型体系，从而解决了试验仿真系统系统仿真、处理与评估的核心问题。
5 结束语
随着仿真技术应用的不断发展，仿真的逼真程度是任何仿真应用所要考虑的首要问题，它将直接影响仿真试验的效果，新型舰炮武器试验仿真系统中所采用的数学模型主要是针对试验目的的要求建立的，而且均已得到了工程应用，因此具有较高的逼真度。随着计算机技术的不断发展，用与作战系统和武器系统的仿真模型的逼真度和实用性也将得到进一步提高，有些仿真模型还可以通过真实环境试验和历史试验数据得以验证。因此仿真试验技术在作战系统和武器系统试验中的应用前景十分广阔，它是真实环境试验的辅助和补充，可广泛应用于系统精度和功能试验、可靠性和维修性试验以及系统训练中，它将为作战系统和武器系统定型和改进提供重要依据。仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用
丛树学 王茂林 郑锦
摘要:本文阐述了仿真试验技术在作战系统和武器系统研制中的重要性以及国内外发展现状，简要介绍了一个用于新型舰炮武器系统试验的仿真系统的用途、组成和功能等主要概况，重点介绍了在新型舰炮武器试验仿真系统中的主要数学模型及关键技术，最后分析了其应用前景。
关键词:新型舰炮武器系统 仿真试验 数学模型 关键技术 应用
1 引言
当今研制和装备一个新作战系统和武器系统，没有仿真是不可想象的。仿真技术在试验和鉴定中越来越明显的重要性，使许多国家，包括我国均在大力发展仿真试验技术。
美国非常重视仿真试验技术的发展，而且发展得很快。美国对多型主要水面舰艇分别建立了作战系统陆上试验站。采用了大量仿真技术，动用了大量的仿真设备，包括：各种雷达模拟器、声呐模拟器、舰艇运动参数模拟器、导弹模拟器和火炮模拟器等。试验过程中战术环境主要是用仿真的方法产生的，同时，也进行了少量的实航试验，以验证仿真的有效性。荷兰海军也曾为了分析和试验舰艇防御的性能，将仿真模型用于“守门员”近程反导舰炮武器系统的研制和试验中。英国也为其几型主要舰艇作战系统和武器系统研制了仿真设备，它们都在试验和训练中起到了积极作用。
近年来，我国也越来越重视仿真试验技术，仿真技术应用在作战系统和武器系统研制阶段的实例非常之多，它们都对发现作战系统和武器系统设计问题起到了关键作用。而在系统验收和鉴定阶段的应用则较少，与其它国家相比仿真试验技术在鉴定试验中的应用尚有较大差距。
由小口径速射火炮为主要武器组成的新型舰炮武器系统，可有效弥补水面舰艇其它武器系统在近距离内的拦截死区，已成为水面舰艇在执行近程反导任务的最后一道防线。因此世界各国都在大力发展这种新型舰炮武器系统。
为了适应现代化战争的需要，我国也在发展这种新型舰炮武器系统，它具有自备式、快速反应、高射速及高精度等突出特点。在此类系统研制中应用了大量的高新技术，为了使系统及早暴露研制中存在的技术问题，避免在使用中出现重大的问题，必须研制试验所配套的试验仿真系统，使系统在仿真环境下进行较为充分的试验和验证，为系统研制、定型提供仿真、测试和系统评定的手段。
本文旨在介绍仿真技术在新型舰炮武器系统试验中的应用情况，并分析其应用前景。
2 新型舰炮武器试验仿真系统概况
2.1 系统用途
本试验仿真系统可为新型舰炮武器系统进行鉴定、定型试验提供仿真、测试手段，给出真实可信的测试结果，支持新型舰炮武器系统的各种试验。该仿真系统采用模块化设计思想，针对不同的被试对象和试验内容，采用不同的功能模块组合就可以完成试验任务。经适应性改造后，可广泛适用于各种舰炮武器系统在靶场、试验基地进行鉴定、定型试验。
2.2 系统组成
试验仿真系统由主仿真计算机及网络系统、弹道仿真计算机、三单元显控台、搜索雷达模拟器、光电跟踪仪模拟器、跟踪雷达模拟器、网络接口机柜、综合显示系统、输入/输出接线适配装置等组成，其组成框图如图1所示。
2.3 系统功能
2.3.1 仿真功能
a）多目标战术环境仿真仿真生成多目标战术环境，并以视频/中频形式驱动搜索雷达工作。
b） 拦截目标航路仿真仿真生成拦截目标航路信息，并分别以中频信号形式驱动跟踪雷达工作，以视频图像信号形式驱动光电跟踪仪工作。
c）己舰运动参数和姿态仿真仿真生成己舰的运动参数和姿态参数信息。
d）噪声仿真仿真生成目标运动模型噪声和传感器量测噪声等。
e）外弹道仿真进行外弹道仿真，生成距离波门内弹丸相对目标的偏差量和弹丸的距离及速度等信息。
2.3.2 复现功能
利用真值测量设备获取的航路真值数据，仿真产生搜索雷达目标视频/中频信号、跟踪雷达目标中频信号和光电跟踪仪目标视频图像信号，分别驱动其工作，实现真实目标试验航路的复现，重复系统的试验过程。
2.3.3 试验数据的采集和录取功能
在试验过程中，实时采集、录取新型舰炮武器系统有关测试点及真值测量设备等设备输出的数据和状态信息。
2.3.4 校验功能
a）精度校验在试验过程中，测试和评估新型舰炮武器系统的点迹精度、目标指示精度、跟踪器跟踪精度、火控精度、炮口指向精度和弹丸脱靶量精度等。
b）命中概率校验根据试验结果进行数据统计处理，测试和评估新型舰炮武器系统对目标全航路至少命中一发的概率。
c）反应时间校验在试验过程中，根据约定的方法测试和评估新型舰炮武器系统各主要环节及系统的反应时间。
2.3.5人机交互和显示功能
具有良好的人机交互和综合图形、表页显示功能，能对敌我态势和各种试验数据进行显示，对试验过程进行监视，对仿真试验进行操控和人工干预的功能。
2.3.6 试验数据文件管理
对试验中仿真、录取的有关数据和实时测试、处理的各种结果，以试验数据文件的形式存档和管理，方便查阅和调用。
2.3.7 内动态自检功能
利用内动态调试模拟器和设备自身的软、硬件资源，构成内动态工作方式，对试验仿真系统的功能、性能进行开发、调试、自检和演示。
3 新型舰炮武器试验仿真系统的数学模型
针对新型舰炮的物理结构和系统的工作机理以及各项试验的需求，并兼顾其它舰炮武器系统的共性要求，新型舰炮武器试验仿真系统建立了丰富的数学模型和算法。
3.1 仿真数模
a）目标环境仿真数模目标环境仿真数模包括多目标环境下目标实时位置计算数模和单目标环境下目标实时位置计算数模。前者假定目标编队环境在距离较远时，作匀速直线运动或编队折转运动；后者根据目标运动方式，仿真其目标运动轨迹，计算其瞬时位置。
目标的运动类型计有匀速运动、匀加速直线运动、水平圆弧运动、俯冲运动、蛇形运动等。
另外对于反舰导弹目标实时位置的计算数模，考虑近程反导舰炮武器系统的应用特点，主要仿真导弹飞行弹道的自控段和自导段。其中自控段按匀速直线飞行航路建模计算；自导段按比例导引法建模计算。
b）已舰运动仿真数模已舰运动仿真数模包括已舰实时位置计算数模和已舰姿态计算数模。前者根据已舰的运动方式，仿真其运动轨迹和瞬时舰位；后者根据舰艇在不同海况下的摇摆规律，设定参数并计算舰艇的瞬时纵、横摇姿态。
c）噪音仿真数模根据系统试验需求，噪音仿真数模的建立主要有目标运动模型噪音数模、背景噪音数模和量测噪音数模。
目标运动模型噪音数模描绘由于驾驶员操作和周围环境的变化引起目标运动航迹波动、偏离理论航迹的现象。本模型噪音通过设定几种较典型的目标运动方式，计算它们相对理想运动方式的位置偏量，实现对目标运动模型噪音的模拟。背景噪音数模包括云雨、干扰等大面积目标干扰和搜索雷达随机干扰假目标及漏警干扰等模型。传感器量测噪音数模在工程上按正态分布的随机变量处理。
d）搜索雷达模拟支持数模根据系统内部功能划分，仿真主计算机将多目标航路计算出来后，发送给搜索雷达模拟器，由其对目标数据进行计算处理，实现多目标环境下对搜索雷达的同步、视频驱动涉及的主要数模有波束与目标相遇问题的求解等。
e）跟踪雷达模拟支持数模该组数模包括舰炮综合体坐标系间的变换与反变换、摇摆变换与反变换、弹丸偏差量仿真、弹丸坐标仿真等。
f）光电跟踪仪模拟支持数模除上述坐标系变换、摇摆变换的数模外，还有目标运动及图象大小、姿态计算和同步控制数模等。
3.2 精度处理与评估数模
a）搜索雷达点迹精度评估数模搜索雷达点迹精度评估是在特定的单目标态势下进行的，该组数模包括搜索雷达点迹理论值计算及实测点迹精度评估等。
b）目标指示精度评估数模目指精度评估数模包括目标指示理论值计算数模和实测目指数据精度评估数模等。
c）跟踪器跟踪精度评估数模跟踪器包括跟踪雷达和光电跟踪仪，跟踪精度评估过程相同，主要数模有跟踪理论值计算和实测值精度评估等。
d）转管炮射击诸元理论值计算数模本系统计算射击诸元理论值采用“顺解法”。主要数模包括解命中、射表处理、弹道气象修正量综合、求稳定瞄准角及求不稳定瞄准角等。
e）火控解算诸元精度、火炮瞄准精度、系统精度评估数模在射击诸元理论值求取后，根据该三项精度评估的定义，分别求出火控解算诸元、火炮瞄准、系统跟踪的一次差并进行统计。
f）反应时间测试及射击信息计算数模反应时间根据各段反应时间的定义及算法计算；射击信息包括射速、射击持续时间和射弹数量等，均按定义建模计算。
3.3 弹丸偏差量仿真与命中计算数模
在新型舰炮武器系统综合体舰炮复杂的物理结构和运动机理情况下，弹丸偏差量仿真和命中计算涉及大量数模建立与算法设计，是本系统的关键课题之一。主要数模有在考虑摇摆不动点情况下目标在相应坐标系内的坐标计算、仿真弹道的弹丸坐标计算、弹丸脱靶量和存速计算、命中率与全航路至少命中一发概率的计算等。
4 新型舰炮武器试验仿真系统的关键技术
在新型舰炮武器试验仿真系统研制和试验过程中，涉及的主要关键技术包括：
a）综合体反导舰炮武器系统内、外场试验及精度校验方法和技术我们面临的仿真、测试对象是新型舰炮武器系统，这是当今对付突防反舰导弹、实施末端防御的杀手锏武器。它是雷达、光电与火炮三位一体的综合体舰炮，系统由多重闭环控制回路组成，装舰后仅综合体就涉及四个摇摆与回转中心。其体系结构和工作过程复杂，信息流量大，具有快、精、猛的特点。要在内、外场有限的条件下，利用试验仿真系统对其反导功能、性能进行检查和校验，必须有效地解决各项试验方法和相关技术问题。如外场试验时数据采集、真值获取及各项性能的评估方法；内场试验时大闭环校射模拟试验方法、模拟射击方法、模拟信息环境的生成方法和信息的采集、处理、评估方法等。
b）功能分布式、开放型实时计算机网络系统优化设计技术仿真系统由VAX小型机、DEC工作站、服务器及多台前端机，构成功能分布式、开放型实时计算机网络系统。为使试验仿真系统满足功能强、效率高、实时性好、通用灵活的要求，在设计中通过对设备性能的掌握，合理地进行功能分配、信息流规划、网路设计、接口设置、通信约定、时钟配置等，对硬系统进行了优化设计，保证了上述要求的实现。
c）OPENVMS操作系统在强实时、高精度试验仿真系统中开发、应用技术为使OPENVMS操作系统充分满足试验仿真系统强实时、高精度的要求，在设计中通过合理的进程设计、优先级配置，使系统的资源占有率达到最低；并通过使用公共事件标志簇进行进程间的调度，使用共享全局内存技术进行各进程间的数据交换等措施，使系统响应速度和效率提高，满足了使用要求。
d）高精度统一同步校时技术在新型舰炮武器系统试验中，统一时钟及高精度的同步校时，关系着试验的精度和可信度。试验仿真系统在设计时制定了以时统信息为基准的B码接受终端、网络接口机和VAX机统一校时方案，通过软、硬件精心设计和调试，使系统的校时、记时精度达到了试验使用要求。
e）双冗余以太网、实时监听录取技术新型舰炮武器系统各设备之间的通信主要靠两条以太网实现，即大量试验数据必须从网上采集。为在不增加系统网络负荷的前提下，实时、可靠的录取网上数据，试验仿真系统采用了监听录取技术。为此专门设计了网络接口机柜，使用专门开发的网卡和配套软件，在对系统网毫无影响的情况下，实现了对网络报文数据的安全、可靠、实时、全量的监听录取，有效地保证了试验仿真系统的录取功能。
f）具有真实战场背景的光电目标视频图象和雷达视频/中频信号模拟、驱动技术为了提高内场仿真试验的逼真度，根据新型舰炮武器系统陆试的需求，试验仿真系统配置了搜索雷达视频/中频模拟器、光电跟踪视频模拟器和跟踪雷达中频模拟器。每个模拟器的设计开发，都涉及一系列相关专业技术和难题，以光电跟踪模拟器为例，要模拟生成具有真实战场背景的光电目标视频图象，驱动光电跟踪仪工作，就涉及目标图象生成和姿态控制技术、模拟目标图象与真实背景视频复合技术、图象信号压缩及恢复技术等关键技术。各模拟器分别与相应传感器构成有机的模拟目标搜索、跟踪系统，在仿真主机产生的统一战术环境驱动下，为被试系统提供了完整、逼真的内场模拟试验环境，满足了新型舰炮武器系统内场试验对模拟环境的需求。
g）实时外弹道仿真及弹丸偏差量模拟技术与以往的分离式舰炮武器系统截然不同，新型舰炮武器系统的光电、雷达跟踪器与舰炮构成一个相互关联的综合体，并安装在摇摆台上做试验。根据这一物理背景，研究建立了适用于综合体的外弹道仿真数学模型和在托架坐标系中计算弹丸、偏差量的数学模型。在具体实现上采用DEC服务器做弹道仿真机，保证了仿真的实时性。在雷达中频模拟器配合下，实现了新型舰炮武器系统雷达武器通道的大闭环模拟试验，并实现了对弹丸脱靶量和命中效果的在线计算。
h）综合体舰炮系统仿真及数据处理、评估建模技术通过对新型舰炮武器系统及其内、外场试验机理、方法的研究，特别是对综合体安装在摇摆台上进行试验的物理结构和运动过程的深入分析，抽象出其复合运动的数学模型，并以此数学模型为基础，结合综合体的特征，研究确立了战术环境仿真、数据处理与评估模型体系，从而解决了试验仿真系统系统仿真、处理与评估的核心问题。
5 结束语
随着仿真技术应用的不断发展，仿真的逼真程度是任何仿真应用所要考虑的首要问题，它将直接影响仿真试验的效果，新型舰炮武器试验仿真系统中所采用的数学模型主要是针对试验目的的要求建立的，而且均已得到了工程应用，因此具有较高的逼真度。随着计算机技术的不断发展，用与作战系统和武器系统的仿真模型的逼真度和实用性也将得到进一步提高，有些仿真模型还可以通过真实环境试验和历史试验数据得以验证。因此仿真试验技术在作战系统和武器系统试验中的应用前景十分广阔，它是真实环境试验的辅助和补充，可广泛应用于系统精度和功能试验、可靠性和维修性试验以及系统训练中，它将为作战系统和武器系统定型和改进提供重要依据。
牛人牛帖
顶出来