[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的火炮發(fā)射狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210029755.9
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114396832A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳宇;周大志;蔡秋艷;周宏根;劉金鋒;康超;李炳強;謝陽;嚴(yán)張會
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: F41G9/00
• 分類號: F41G9/00;F41F1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字孿生的火炮發(fā)射狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括火炮發(fā)射物理實體、實時數(shù)據(jù)采集與分析模塊、火炮數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊、火炮狀態(tài)監(jiān)測及射擊精度預(yù)測模塊及火炮射擊諸元自適應(yīng)調(diào)控模塊。本發(fā)明利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建火炮數(shù)字孿生模型，動態(tài)采集火炮狀態(tài)數(shù)據(jù)、彈丸信息數(shù)據(jù)和氣象信息數(shù)據(jù)，通過火炮發(fā)射動力學(xué)計算及外彈道解算，實現(xiàn)彈丸彈著點位置的預(yù)測，同時，存儲歷史數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化火炮發(fā)射動力學(xué)計算及外彈道解算的準(zhǔn)確度，實現(xiàn)火炮最佳射角和方位角的自主確定與自動調(diào)整，從而最終實現(xiàn)了火炮發(fā)射過程的狀態(tài)監(jiān)測與動態(tài)控制，解決現(xiàn)有火炮發(fā)射時火炮初始狀態(tài)、彈丸制造偏差、氣象變化等隨機因素影響射擊精度的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火炮控制技術(shù)，特別是一種基于數(shù)字孿生的火炮發(fā)射狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

火炮是一種非制導(dǎo)武器，其通過炮控系統(tǒng)調(diào)整火炮射角和方位角控制火炮身管指向，從而控制彈丸出射方向，以實現(xiàn)彈丸彈著點的間接控制。目前，在火炮發(fā)射時，火炮射角和方位角主要通過查找提前制定的射表確定，但由于制定射表時未能考慮火炮實時狀態(tài)、彈丸制造誤差等不確定因素的影響，彈丸彈著點也會存在較大的不確定性，造成較大的射彈散布，影響火炮的射擊精度。

《基于ADAMS的火炮發(fā)射動力學(xué)仿真研究》及《無控旋轉(zhuǎn)彈丸外彈道姿態(tài)測試與模型驗證》中通過建立火炮的發(fā)射動力學(xué)模型和外彈道模型，可實現(xiàn)對火炮射擊精度的仿真預(yù)測，但其同樣難以考慮火炮實時狀態(tài)、彈丸制造誤差等不確定因素的影響，并且該模型中還涉及眾多不確定參數(shù)的選定問題，導(dǎo)致仿真預(yù)測的可信度受到制約。

綜合以上，為了更加精準(zhǔn)控制彈丸彈著點，提高火炮射擊精度，亟需尋求一種能夠?qū)崟r監(jiān)測火炮射擊影響因素，準(zhǔn)確預(yù)測彈丸彈著點的方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字孿生的火炮發(fā)射狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有火炮發(fā)射時火炮初始狀態(tài)、彈丸制造偏差、氣象變化等隨機因素導(dǎo)致的彈丸彈著點不確定，影響射擊精度的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于數(shù)字孿生的火炮發(fā)射狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括以下部分：

(1)火炮發(fā)射物理實體，具體包括火炮、彈丸與氣象；

(2)實時數(shù)據(jù)采集與分析模塊，該模塊具體包括：

火炮狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，其通過附著于火炮上的各類傳感器實時測量火炮狀態(tài)數(shù)據(jù)；

彈丸信息采集模塊，包括彈著點測量裝置、RFID讀卡器及對應(yīng)單個彈丸的RFID標(biāo)簽，主要用于采集彈丸信息數(shù)據(jù)；

氣象信息采集模塊，其通過多種氣象要素傳感器實時采集火炮、被打擊目標(biāo)所處地區(qū)的氣象信息數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理與存儲模塊，其對火炮狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊、彈丸信息采集模塊及氣象信息采集模塊采集的數(shù)據(jù)進行清洗、分析，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中；

(3)火炮數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊，基于該模塊構(gòu)建火炮數(shù)字孿生模型，其具體包括：

幾何模型，利用三維建模軟件分別建立火炮、彈丸的參數(shù)化三維模型，展現(xiàn)其形狀、組成及裝配關(guān)系；

物理模型，基于多體動力學(xué)、流體力學(xué)、空氣動力學(xué)等，在建立的火炮、彈丸參數(shù)化三維模型基礎(chǔ)上增加物理實體的物理屬性、約束及特征；

行為模型，其描述了在地面激勵、氣象條件等外干擾，及彈炮接觸、炮控系統(tǒng)控制等內(nèi)部運行機制耦合作用下彈丸、火炮的實際運行狀態(tài)；

規(guī)則模型，其是分析數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，總結(jié)得到的火炮、彈丸運動規(guī)律規(guī)則；

(4)火炮狀態(tài)監(jiān)測及射擊精度預(yù)測模塊，該模塊具體包括：