[發明專利]一種用于導彈攻防對抗的半實物仿真系統及其實現方法

有效

• 申請號: 202110490051.7
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113110110B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 婁文忠;趙飛;蘇子龍;何博;汪金奎
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種用于導彈攻防對抗的半實物仿真系統，其特征在于，所述用于導彈攻防對抗的半實物仿真系統，放置于暗室環境中，包括：攔截器仿真系統、彈頭目標仿真系統、仿真主機和視景顯示屏；其中，攔截器仿真系統用于測試待測攔截器在虛擬飛行環境下的飛行；彈頭目標仿真系統用于測試待測彈頭目標在虛擬飛行環境下的飛行；仿真主機中設置有攔截器三維模型、彈頭目標三維模型和虛擬場景三維模型，用于從攔截器仿真系統和彈頭目標仿真系統中，分別接收待測攔截器和待測彈頭目標在虛擬飛行環境中的飛行狀態，并將待測攔截器和待測彈頭目標的飛行狀態分別輸入至攔截器三維模型、彈頭目標三維模型和虛擬場景三維模型，實現攔截器三維模型和彈頭目標三維模型在虛擬場景三維模型中的模擬對抗飛行，并實時將攔截器三維模型和彈頭目標三維模型相互間的對抗態勢分別返回至攔截器仿真系統和彈頭目標仿真系統；攔截器仿真系統和彈頭目標仿真系統將攔截器三維模型和彈頭目標三維模型各自所面臨的對抗態勢，分別用于模擬待測攔截器和待測彈頭目標的虛擬飛行環境，由此分別刷新各自新的飛行狀態，再次供仿真主機接收，從而實現仿真回路閉環；視景顯示屏調用仿真主機中攔截器三維模型和彈頭目標三維模型的攻防對抗飛行軌跡數據，并以三維演示方式展示待測攔截器和待測彈頭目標在虛擬場景下的飛行對抗，通過觀察視景顯示屏上待測攔截器和待測彈頭目標之間相互飛行的位置關系來判斷攻防對抗策略的性能；

攔截器仿真系統包括：第一姿態轉臺、攔截器仿真平臺和第一高清顯示幕布；其中，待測攔截器安裝在第一姿態轉臺上；攔截器仿真平臺分別與待測攔截器和第一姿態轉臺相連；攔截器仿真平臺中設置有攔截器仿真計算模型；第一高清顯示幕布放置在待測攔截器周圍，用于投放待測攔截器在虛擬場景飛行過程中，待測攔截器的第一人稱飛行視角內的場景信息以及出現的彈頭目標；攔截器仿真平臺和第一高清顯示幕分別與仿真主機相連；待測攔截器對第一高清顯示幕布投放的場景信息以及出現的彈頭目標進行采集獲取，同時對自身姿態進行感知，并形成飛控指令傳輸至攔截器仿真平臺；攔截器仿真平臺將飛控指令輸入至其攔截器仿真計算模型，通過進行仿真計算得到攔截器的飛行狀態參數，包括加速度、速度和姿態參數，之后將加速度參數輸入至待測攔截器，將姿態參數傳輸至第一姿態轉臺，將速度和姿態參數傳輸至仿真主機；第一姿態轉臺根據姿態參數對待測攔截器的姿態進行同步實時調整；

彈頭目標仿真系統包括：第二姿態轉臺、彈頭目標仿真平臺和第二高清顯示幕布；其中，待測彈頭目標安裝在第二姿態轉臺上；彈頭目標仿真平臺分別與待測彈頭目標和第二姿態轉臺相連；彈頭目標仿真平臺中設置有彈頭目標仿真計算模型；第二高清顯示幕布放置在待測彈頭目標周圍，用于投放待測彈頭目標在虛擬場景飛行過程中，待測彈頭目標的第一人稱飛行視角內的場景信息以及出現的攔截器；彈頭目標仿真平臺和第二高清顯示幕布分別與仿真主機相連；待測彈頭目標對第二高清顯示幕布投放的場景信息以及出現的攔截器進行采集獲取，同時通過對自身姿態進行感知，形成飛控指令傳輸至彈頭目標仿真平臺；彈頭目標仿真平臺將飛控指令輸入至彈頭目標仿真計算模型，通過進行仿真計算得到彈頭目標的飛行狀態參數，包括加速度、速度和姿態參數，之后將加速度參數輸入至待測彈頭目標，將姿態參數傳輸至第二姿態轉臺，將速度和姿態參數傳輸至仿真主機；第二姿態轉臺根據姿態參數對待測彈頭目標的姿態進行同步實時調整；

仿真主機將所接收到的攔截器的速度和姿態參數，輸入至攔截器三維模型，實現攔截器三維模型在仿真主機的虛擬場景三維模型中，進行巡航飛行，并對彈頭目標進行探測、追蹤和擊落，完成攔截任務；并且，仿真主機將所接收到的彈頭目標的速度和姿態參數輸入至彈頭目標三維模型，實現彈頭目標三維模型在仿真主機的虛擬場景三維模型中，進行巡航飛行，并對攔截器進行探測、躲避和逃逸，完成反攔截任務；待測攔截器對待測彈頭目標的攔截和待測彈頭目標對待測攔截器的反攔截構成對抗過程；

仿真主機將攔截器三維模型在虛擬場景三維模型中飛行時，攔截器三維模型自身的第一人稱飛行視角內的環境信息發送至第一高清顯示幕布，為待測攔截器提供模擬的飛行環境，攔截器三維模型自身的第一人稱飛行視角內的環境信息內會包含彈頭目標三維模型；同時仿真主機將彈頭目標三維模型在虛擬場景三維模型飛行過程中，待測彈頭目標的第一人稱飛行視角內的環境信息發送至第二高清顯示幕布，為待測彈頭目標提供模擬飛行環境，待測彈頭目標的第一人稱飛行視角內的環境信息內會包含攔截器三維模型；在此整個仿真回路形成閉環；

視景顯示屏從仿真主機中調用實時的攔截器三維模型和彈頭目標三維模型，同時生成攔截器三維模型和彈頭目標三維模型在虛擬場景三維模型中的實時視頻圖像，視頻圖像中包括攔截器三維模型和彈頭目標三維模型各自的實時飛行位置和姿態，以及兩者在整個對抗過程中的飛行軌跡曲線記錄；

根據生成的飛行軌跡曲線，同時對導彈攔截技術與導彈反攔截技術進行分析研究，實現對測試中所應用攻防策略算法的改進與開發。