[发明专利]防空导弹空间杀伤区模型构建和射击诸元解算方法

说明书

本发明公开了防空导弹空间杀伤区模型构建和射击诸元解算方法，主要步骤为：1)获取防空导弹数据；2)基于所述防空导弹数据，建立空间杀伤区模型；3)对空间杀伤区模型进行解算，得到射击诸元。本发明根据杀射区解析几何学数学模型以及少量公开实际数据采用多项式拟合、线性拟合方法和曲边多边形、平面多边形、空间多边形映射矩阵算法构建出杀伤区模型，克服传统空间杀伤区构建盲目低效的不足。

技术领域

本发明涉及导弹武器系统运用领域，具体是一种基于少量实际数据防空导弹空间杀伤区模型构建和射击诸元解算方法。

背景技术

杀伤区(killing zone)是指防空导弹武器系统不低于某一给定的概率杀伤指定空中目标的空间区域(以给定的概率杀伤典型目标的空间范围)，是防空导弹武器系统的一个重要的作战综合性能指标。防空导弹武器系统杀伤区的空间形状比较复杂，包括远界、近界、高界、低界、最大航路捷径、最大航路角、最大高低角等指标。杀伤区的大致轮廓多用数据表和图形表示，大都给不出杀伤区边界的数学模型，工程上通常用垂直平面和水平平面杀伤区两种平面图形表示空间杀伤区。垂直平面杀伤区是由垂直平面切割空间杀伤区后得到的图形，水平平面杀伤区是由水平平面切割空间杀伤区后得到的，显然，这两种平面杀伤区都有无穷多个，在实际应用中，通常只对零航路捷径垂直平面杀伤区和典型高度的水平平面杀伤区为例的典型情况进行分析。杀伤区建模关键技术一般分为数学建模法、模拟法、拟合法和查表法四种基本方法类型，或者基本类型结合的方法。现有的数学模型并非来自理论推导，而是根据打靶实际和仿真实验数据，采用数值拟合的方法形成的七个空间杀伤区表达式、零航路捷径的五个垂直杀伤区表达式和一定高度的四个水平杀伤区表达式，可以从理论上说明杀伤区边界的变化规律，能较好地反映离散的实验数据之间的内在联系和本质，对防空导弹射击理论的研究非常有价值。但由于现有空间杀伤区数学模型单部分表达式简单明确的特性，针对各边界面之间的耦合交界面对应产生的复杂关系研究较少，鲜有基于数学模型和实际数据构建的高精度、全封闭空间杀伤区工程模型。模拟计算法需要构建和解算由质量方程、动力学方程、运动学方程、制导方程、控制方程组成的导弹模拟微分弹道方程组，进行拦截仿真实验，获得防空导弹的拦截遭遇点数据，得到脱靶量范围或者等过载包线，然后修正得到计算的理论杀伤区，该方法作为理论研究固然可以探讨，但工程上只能由导弹研制部门实现，未见公开文献报道的可完全求解的6自由度导弹模拟全弹道方程组。数值拟合方法，存在函数难确定、函数分段范围难把握的问题；拟合函数的形式多种多样。对于数据的一维拟合问题，可通过分段处理，将节点光滑的连接起来，可以做到拟合误差任意小。但是对于多维问题，若进行分段，就非常难于处理，因为多维问题分段处将会出现一个曲面或者一条曲线甚至会是一个更高维的情况。对于高维情况的出现，拟合分段就很不好处理了。查表插值方法对于计算存储要求较高，在工程应用中使用较少。通过BP人工神经网络求解可以有效利用导弹发射区包线的大量数据，实现数据整体拟合；对于数据量特别大或者输入输出关系较为复杂时，采用大数据环境下的深度神经网络架构和深度学习方法，引入深度置信网，能够提升拟合性能，达到较高的精度。但由于该方法局部收敛的不确定性在工程上应用尚少，拟合数据的主要来源于模拟仿真的数据，并不适用于少量实际数据的拟合。平面杀伤区生成空间杀伤区的方法，需要样条函数和分段插值的方法处理数据，得出垂直杀伤区的边界，旋转垂直杀伤区结合平移水平杀伤区，然后通过修正近界面、侧界面、低界面等而得到空间杀伤区，或者用分布在等间隔航路捷径上、离散的一簇垂直杀伤区来表征。方法较为繁琐，特征点的变化较为复杂，而且一簇垂直杀伤区拟合生成光滑的空间杀伤区难度较大，占用数据空间大，实时性较弱，计算任意应用航路捷径的计算射击诸元和形成水平杀伤区都很不方便。传统的杀伤区的分析方法需要大量实际数据，但是多数情况下并不能得到足够的实际数据，特别是对一些引进的或较新的型号。本发明基于少量实际数据，采用数学模型和数值拟合相结合的方法构建防空导弹杀伤区Matalab模型，提高效率，增强工程操作性。因此，研究防空导弹杀伤区建模对于防空作战模拟具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。