红外成像制导子弹弹道及视景仿真研究_孙鹏.pdf

第12卷第14期2012年5月科学技术与工程Vol.12No.14May2012
1671—1815(2012)14-3377-05ScienceTechnologyandEngineering2012Sci.Tech.Engrg.

红外成像制导子弹弹道及视景仿真研究

孙鹏李新国

(西北工业大学航天学院，航天运载系统联合仿真中心，西安710072)

摘要分析了目前红外成像制导的视景仿真任务以及广泛采用的软件，决定使用卫星工具软件(STK)进行视景仿真。搭建
红外成像制导子弹的数字仿真系统，进行六自由度全弹道仿真，再现红外成像制导子弹飞行的弹道特性。并且进行了红外成
像制导子弹的视景仿真，再次验证了六自由度弹道仿真的结果。为了将红外成像制导子弹数字仿真结果直观的显示出来，有
必要开发逼真的实时视景仿真软件，将飞行过程及飞行环境实时表现为可感受的虚拟场景和特效，以利于仿真人员直观快捷
的对仿真结果进行分析、评判和决策。
关键词卫星工具软件弹道仿真视景仿真
中图法分类号TP317.4;文献标志码A

随着仿真技术的不断发展，视景仿真技术在航Prime实时3D视景仿真商用软件包;美国Quantum
空航天项目中发挥了越来越重要的作用。已经成3D公司研发的MantisViXsen动态实时传感器仿真
为航空航天项目研究、鉴定、评估的重要手段。为软件等。
了将红外成像制导子弹数字仿真结果直观的显示本文将STK使用在红外成像制导中有特定的
出来，有必要开发逼真的实时视景仿真软件，将飞条件和特点:1)对于红外成像制导的跟踪过程假设
行过程及飞行环境实时表现为可感受的虚拟场景为无偏跟踪即红外成像导引头始终面对目标;2)本
和特效，以利于仿真人员直观快捷的对仿真结果进文所使用的导弹是红外成像制导子母弹，可以进行
行分析、评判和决策。多弹多目标跟踪仿真;3)使用STK进行视景仿真可
视景仿真把数字仿真中数字信息变为直观的、以进行全弹道的视景仿真，而不仅仅是对于目标的
以图形图像形式表示的，随时间和空间变化的仿真跟踪仿真。本文的主要内容是对红外成像制导子
过程呈现在研究人员面前，使研究人员能够从制导弹的视景及弹道仿真。
系统中变量之间变量与参数之间变量与外部环
、、1视景仿真技术基础
境之间的关系直接获得系统的静态和动态信息，为
研究人员提供了观察数据交互作用的手段，并有效在科学技术的研究中，经常会对实际系统中的
物理现象或过程进行定性或定量的分析研究而
地跟踪，驾驭数据模拟与实验过程。。
从总体上看对于红外成像的视景仿真研究，由飞行器运动的描述则离不开坐标系。在导弹的飞
于在大气建模和红外成像研究方面起步早，国外已行全过程中，根据任务需要往往需要选择不同的坐
标系，并且得到坐标系之间的转换
建立了较完善的大气模型和材料红外辐射特性库。。
随着计算机图形学和图形处理硬件的不断发展，国其次进行视景仿真也需要了解相关信息才能
更好的来解决问题。
外已出现很多功能完善的红外视景仿真软件。其
1.1地球模型
中就有美国MultiGen–Paradigm公司制作的Vega
各国选用的参考椭球体模型已有10余种。我
国为满足航天技术和远程武器的需要，采用年
2012年3月14日收到1975
第一作者简介:孙鹏(1986—)，男，汉族，河南焦作市人，硕士研究国际大地测量与物理联合会IUGG推荐的参考椭球
生，研究方向:视景仿真。模型，简称IUGG-75地球椭球模型，并在此基础上
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建立了地心二号(DX2)坐标系，其地心精度优于5在定义了子弹运动的几种坐标系及其相互转
m，相关参数如下:换关系后，就可以建立子弹的六自由度运动数学模
;;，
Ra=6378140mf=1/298.257型他描述了作用在子弹上的力、力矩与子弹运动
GM=3.986005×1014m3/s2;参数之间的关系。在建模的时候应该考虑适量的
－5简化，否则模型过于复杂不利于仿真因此应该
ωe=7.292115×10rad/s。、。
而美国国防部确定的参考椭球模型是WGS—84，其进行相应假设来简化数学模型。假设如下:
地心精度约为0.1m，相关参数如下:(1)忽略“气动弹性”的影响，将子弹视为刚体;
;;()不考虑子母弹分离的动态过程影响;
Ra=6378137mf=1/298.257225632
GM=3.986004418×1014m3/s2;(3)弹体坐标系的各轴就是子弹的惯性主轴。
－5经过上述简化，子弹的运动方程形式会大大简
ωe=7.292115×10rad/s。
STK中采用的地球参考模型就是美国国防部确化，并且精度较高，能满足大多数情况下研究问题
定的WGS—84模型。虽然和我国地心二号(DX2)的需要。
坐标系所采用的IUGG—75参考椭