CN116929143A - 基于数字孪生的防空装备射击边界试验***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验方法及***,包括:防空装备实飞射击试验子***,以高速航模作为目标靶机进行实弹射击,生成真实航迹数据和测量航迹数据,通过测量目标和射弹间的脱靶量考核射击精度,用于数字孪生模型构建和校准;防空装备虚飞射击试验子***,以虚拟靶机仿真计算替代真实靶机飞行,以仿真航迹注入实装替代实装对目标跟踪测量,用于模拟单机或多机编队在复杂飞行轨迹和战术动作下的射击精度试验,包括边界试验。本发明可以实现基于数字孪生的防空装备常规射击试验和边界射击试验。
Description
技术领域
本发明涉及防空装备射击试验领域,尤其是涉及一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验***及方法。
背景技术
防空装备射击精度试验旨在考核装备战技性能达标度,充分检验装备性能指标及其边界条件。传统上,射击精度试验以靶机固定航路飞行、被试武器实弹射击,多次重复、综合统计的实飞实打模式来完成。传统实飞实打试验成本高、周期长,并且无法进行边界条件下的飞行试验。现有的基于统计抽样算法的虚拟试验***未对实际试验***进行描述,虚拟试验***与实际试验***之间没有交互,其算法参数不能根据试验***的实际情况进行动态调整,而且也无法开展边界试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验***及方法,旨在解决防空装备射击边界试验。
本发明提供一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验***,包括
防空装备实飞射击试验子***,以高速航模作为目标靶机进行实弹射击,生成真实航迹数据和测量航迹数据,通过测量目标和射弹间的脱靶量考核射击精度,用于数字孪生模型构建和校准;
防空装备虚飞射击试验子***,以虚拟靶机仿真计算替代真实靶机飞行,以航迹注入实装替代实装对目标跟踪测量,用于模拟单机或多机编队在复杂飞行轨迹和战术动作下的射击精度试验,包括边界试验。
本发明还提供一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验方法,包括:
实飞实测运行模式、实飞虚测运行模式和虚飞虚测运行模式,其中,实飞实测运行模式用于数字孪生模型构建,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、火控***射击诸元解算、火力***射击和射击精度测算;实飞虚测运行模式用于数字孪生模型校准,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算和跟踪测量***数字孪生模型优化;虚飞虚测运行模式用于防空装备对不同目标不同飞行状态的射击精度试验,包括虚拟靶机航迹生成、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算和火力***射击和射击精度测算。
采用本发明实施例,通过虚实结合方式,以虚飞实打代替实飞实打,解决了现有技术中的试验成本高、周期长边界试验难开展问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的示意图;
图2是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的实飞实测示意图;
图3是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的实飞虚测示意图
图4是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的实飞虚测示意图;
图5是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的跟踪测量***数字孪生模型构建算法示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
方法实施例
根据本发明实施例,提供了一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验***,图1是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的示意图,如图1所示,具体包括:
防空装备实飞射击试验子***,以高速航模作为目标靶机进行实弹射击,生成真实航迹数据和测量航迹数据,通过测量目标和射弹间的脱靶量考核射击精度,用于数字孪生模型构建和校准;
防空装备虚飞射击试验子***,以虚拟靶机仿真计算替代真实靶机飞行,以航迹注入实装替代实装对目标跟踪测量,用于模拟单机或多机编队在复杂飞行轨迹和战术动作下的射击精度试验,包括边界试验。
防空装备实飞射击试验子***具体包括:真实靶机、目标测量***、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***、高炮武器跟踪测量***和射击精度测算***。
防空装备虚飞射击试验子***具体包括:虚拟靶机、虚拟靶机航迹仿真***、高炮武器跟踪测量***数字孪生模型、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***和射击精度测算***。
具体实施方法如下:
基于数字孪生的防空装备射击边界试验***如图1所示,主要包括防空装备实飞射击试验子***和防空装备虚飞射击试验子***两部分。其中,防空装备实飞射击试验子***由真实靶机、目标测量***、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***、高炮武器跟踪测量***、射击精度测算***等构成;防空装备虚飞射击试验子***由虚拟靶机、虚拟靶机航迹仿真***、高炮武器跟踪测量***数字孪生模型、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***、射击精度测算***构成。
防空装备实飞射击试验子***以高速航模作为目标靶机进行实弹射击,生成真实航迹数据和测量航迹数据,通过测量目标和射弹间的脱靶量考核射击精度,用于数字孪生模型构建和校准。
防空装备虚飞射击试验子***以虚拟靶机仿真计算替代真实靶机飞行、以航迹注入实装替代实装对目标跟踪测量,可用于模拟靶机的正常飞行状态下的射击精度试验,也可用于单机或多机编队的复杂飞行轨迹和战术动作,为开展防空装备边界性能考核提供新手段。
二、运行方式与运行过程
基于数字孪生的防空装备射击边界试验***具有三种运行方式,每种方式在***运行过程中发挥不同的作用,可根据防空装备实飞射击试验情况和高炮武器跟踪测量数字孪生模型仿真运行情况进行选择。三种运行方式分别为实飞实测模式、实飞虚测模式和虚飞虚测模式,图2是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的实飞实测示意图;如图2所示,实飞实测模式用于数字孪生模型构建,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算等五个环节,图3是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的实飞虚测示意图,如图3所示;实飞虚测模式用于数字孪生模型校准,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算、跟踪测量***数字孪生模型优化等七个环节,图4是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的虚飞虚测示意图,如图4所示;虚飞虚测模式用于防空装备对不同目标在不同飞行状态下的射击精度试验,包括虚拟靶机航迹生成、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算等五个环节。
实飞实测运行模式下,以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标测量值;将目标航迹坐标测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据。仿真***利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标测量值进行统计学分析,构造高炮武器跟踪测量***数字孪生模型,为“虚测”运行模式奠定基础。
实飞虚测运行模式下,仍以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实测量值;由高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据。仿真***对目标航迹坐标真实测量值和目标航迹坐标仿真测量值进行对比分析,计算仿真测量值的累积误差,若误差值在允许的误差范围内,则数字孪生模型无需调整,可继续使用;若误差值超过预设的阈值,则利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标真实测量值对高炮武器跟踪测量***数字孪生模型的模型参数进行重新求解,修正数字孪生模型,使孪生模型逼近实际跟踪测量***。
虚飞虚测运行模式下,仿真***利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后与目标航迹坐标真实值进行比对,统计射击精度数据。
方法实施例一
根据本发明实施例,提供了一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验方法,具体包括:
实飞实测运行模式、实飞虚测运行模式和虚飞虚测运行模式,其中,实飞实测运行模式用于数字孪生模型构建,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、火控***射击诸元解算、火力***射击和射击精度测算等运行环节,实飞虚测运行模式用于数字孪生模型校准,包括目标真值测量、跟踪测量***测量、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算和跟踪测量***数字孪生模型优化等运行环节;虚飞虚测运行模式用于防空装备对不同目标在不同飞行状态下的射击精度试验,包括虚拟靶机航迹生成、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算和火力***射击和射击精度测算等运行环节。
数字孪生模型构建具体包括:以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标测量值;将目标航迹坐标测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据,虚拟靶机航迹仿真***利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标测量值进行统计学分析,构造高炮武器跟踪测量***数字孪生模型。
数字孪生模型校准具体包括:以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实测量值;由高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据,虚拟靶机航迹仿真***对目标航迹坐标真实测量值和目标航迹坐标仿真测量值进行对比分析,计算仿真测量值的累积误差,若误差值在允许的误差范围内,则数字孪生模型无需调整;若误差值超过预设的阈值,则利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标真实测量值对高炮武器跟踪测量***数字孪生模型的模型参数进行重新求解,修正数字孪生模型,使孪生模型逼近实际跟踪测量***。
防空装备对不同目标在不同飞行状态下的射击精度试验具体包括:利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后与目标航迹坐标真实值进行比对,统计射击精度数据。
图5是本发明实施例的基于数字孪生的防空装备射击边界试验***的跟踪测量***数字孪生模型构建算法示意图;
利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标测量值进行统计学分析,构造高炮武器跟踪测量***数字孪生模型具体包括:
步骤1.根据目标航迹坐标真实值(Dt,Et,At)和目标航迹坐标测量值(Dct,Ect,Act),计算跟踪测量***测量误差(ΔDt,ΔEt,ΔAt),其中,Dt为目标斜距离真实值,Et为目标高低角真实值,At为目标方位角真实值,Dct为目标斜距离测量值,Ect为目标高低角测量值,Act为目标方位角测量值,ΔDt,ΔEt,ΔAt分别为t时刻的目标斜距离误差、目标高低角误差和目标方位角误差;
步骤2.对测量误差序列进行线性性检验,利用线性回归分析方法,构建误差序列线性回归方程其中,yt表示方位角、高低角和斜距离三个坐标分量中任意一个分量的测量误差;/>表示因变量xt中,对yt有显著影响的分量构成的向量;
步骤3.对误差序列随机误差部分et进行自回归分析,构建随机误差部分的自回归方程et=α1et-1+α2et-2+…+αpet-p+rt,并确定自回归阶数p,其中,rt为自回归残差;
步骤4.对误差序列残差ut=σtet进行回归分析,构建残差系数方程:其中,ξt为回归分析的残差,/>为非线性回归分析系数,表示因变量xt中对σt有显著影响的分量构成的向量;
步骤5.利用上述分析结果,构建跟踪测量***误差模型形态:
步骤6.将测量误差数据代入误差模型,利用回归分析原理和最小二乘法,对误差模型参数进行估计,求得跟踪测量***误差模型,即为跟踪测量***面向测量误差的数字孪生模型。
利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值,高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值具体包括:
步骤21.利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标作为目标航迹坐标真实值;
步骤22.运用几何学原理,将理想航迹坐标由直角坐标转换为球坐标;
步骤23.将理想航迹坐标数据代入跟踪测量***误差模型,求得跟踪测量误差数据;
步骤24.目标航迹坐标仿真测量数据由理想航迹坐标数据与跟踪测量误差数据相加得到,即
虚拟靶机理想航迹坐标为笛卡尔直角坐标系。
本发明实施例是与上述方法实施例对应的***实施例,各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解,在此不再赘述。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换本发明各实施例技术方案,并不使相应技术方案的本质脱离本方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验***,其特征在于,包括:
防空装备实飞射击试验子***,以高速航模作为目标靶机进行实弹射击,生成真实航迹数据和测量航迹数据,通过测量目标和射弹间的脱靶量考核射击精度,用于数字孪生模型构建和校准;
防空装备虚飞射击试验子***,以虚拟靶机仿真计算替代真实靶机飞行,以航迹注入实装替代实装对目标跟踪测量,用于模拟单机或多机编队在复杂飞行轨迹和战术动作下的射击精度试验,包括边界试验。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述防空装备实飞射击试验子***具体包括:真实靶机、目标测量***、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***、高炮武器跟踪测量***和射击精度测算***。
3.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述防空装备虚飞射击试验子***具体包括:虚拟靶机、虚拟靶机航迹仿真***、高炮武器跟踪测量***数字孪生模型、高炮武器火控***、高炮武器随动***、高炮武器火力***和射击精度测算***。
4.一种基于数字孪生的防空装备射击边界试验方法,基于权利要求1到3所述的防空装备射击边界试验***,其特征在于,包括:
实飞实测运行模式、实飞虚测运行模式和虚飞虚测运行模式,其中,实飞实测运行模式用于数字孪生模型构建,运行环节包括目标真值测量、跟踪测量***测量、火控***射击诸元解算、火力***射击和射击精度测算;实飞虚测运行模式用于数字孪生模型校准,运行环节包括目标真值测量、跟踪测量***测量、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击、射击精度测算和跟踪测量***数字孪生模型优化;虚飞虚测运行模式用于防空装备对不同目标在不同飞行状态下的射击精度试验,运行环节包括虚拟靶机航迹生成、靶机航迹虚拟测量、火控***射击诸元解算、火力***射击和射击精度测算。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述数字孪生模型构建具体包括:以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标测量值;将目标航迹坐标测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据,虚拟靶机航迹仿真***利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标测量值进行统计学分析,构造高炮武器跟踪测量***数字孪生模型。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述数字孪生模型校准具体包括:以高速航模作为目标靶机,目标测量***利用光学测量和雷达测量设备测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;由高炮武器***的跟踪测量雷达测量靶机的航迹坐标,作为目标航迹坐标真实测量值;由高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后统计射击精度数据,虚拟靶机航迹仿真***对目标航迹坐标真实测量值和目标航迹坐标仿真测量值进行对比分析,计算仿真测量值的累积误差,若误差值在允许的误差范围内,则数字孪生模型无需调整;若误差值超过预设的阈值,则利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标真实测量值对高炮武器跟踪测量***数字孪生模型的模型参数进行重新求解,修正数字孪生模型,使孪生模型逼近实际跟踪测量***。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述防空装备对不同目标在不同飞行状态下的射击精度试验具体包括:利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值;将目标航迹坐标仿真测量值输入火控计算机进行射击诸元解算,然后将解算结果注入火力***进行实弹射击;射击精度测算***中的脱靶量测量标准设备在目标航迹坐标真实值的引导下,测量弹迹坐标,对测量数据进行处理后与目标航迹坐标真实值进行比对,统计射击精度数据。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述利用目标航迹坐标真实值和目标航迹坐标测量值进行统计学分析,构造高炮武器跟踪测量***数字孪生模型具体包括:
步骤1.根据目标航迹坐标真实值(Dt,Et,At)和目标航迹坐标测量值(Dct,Ect,Act),计算跟踪测量***测量误差(ΔDt,ΔEt,ΔAt),其中,Dt为目标斜距离真实值,Et为目标高低角真实值,At为目标方位角真实值,Dct为目标斜距离测量值,Ect为目标高低角测量值,Act为目标方位角测量值,ΔDt,ΔEt,ΔAt分别为t时刻的目标斜距离误差、目标高低角误差和目标方位角误差;
步骤2.对测量误差序列进行线性性检验,利用线性回归分析方法,构建误差序列线性回归方程其中,yt表示方位角、高低角和斜距离三个坐标分量中任意一个分量的测量误差;/>表示因变量xt中,对yt有显著影响的分量构成的向量;
步骤3.对误差序列随机误差部分et进行自回归分析,构建随机误差部分的自回归方程et=α1et-1+α2et-2+…+αpet-p+rt,并确定自回归阶数p,其中,rt为自回归残差;
步骤4.对误差序列残差ut=σtet进行回归分析,构建残差系数方程:其中,ξt为回归分析的残差,/>为非线性回归分析系数,表示因变量xt中对σt有显著影响的分量构成的向量;
步骤5.利用上述分析结果,构建跟踪测量***误差模型形态:
步骤6.将测量误差数据代入误差模型,利用回归分析原理和最小二乘法,对误差模型参数进行估计,求得跟踪测量***误差模型,即为跟踪测量***面向测量误差的数字孪生模型。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标,作为目标航迹坐标真实值;高炮武器跟踪测量***数字孪生模型根据目标航迹坐标真实值解算目标航迹坐标仿真测量值具体包括:
步骤21.利用运动学原理,生成虚拟靶机理想航迹坐标作为目标航迹坐标真实值;
步骤22.运用几何学原理,将理想航迹坐标由直角坐标转换为球坐标;
步骤23.将理想航迹坐标数据代入跟踪测量***误差模型,求得跟踪测量误差数据;
步骤24.目标航迹坐标仿真测量数据由理想航迹坐标数据与跟踪测量误差数据相加得到,即
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述虚拟靶机理想航迹坐标为笛卡尔直角坐标系。
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2023
- 2023-07-03 CN CN202310810158.4A patent/CN116929143B/zh active Active
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