基于SIMBOX的弹道三维可视化仿真系统

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3May．2010基于SIMBOX的弹道三维可视化仿真系统张明环，张科(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：研究了一种基于SIMBOX实现弹道三维可视化仿真系统的方法。给出了弹道所采用的比例导引法的具体算法，利用3DSMAX软件构建出导弹与目标的三维模型，将其导入到SIMBOX软件的视景系统，采用VC算法对导弹进行具体的机动动作控制，并通过SIMBOX软件对弹道进行了可视化仿真，以动画的方式实现了导弹跟踪及爆炸的三维视景，分别给出了3D和平

2、面的效果图，并分析了比例系数和导弹与目标速度比对弹道的影响，最后将仿真结果与理论推导结果进行了对比。关键词：可视化；比例导引法；弹道中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03．0022．03引言随着计算机技术的发展，计算机仿真已经成为现代飞行设计方案评估的重要手段。军事演习虽然真实，但耗费巨大，所以实际研究中演习次数不能很多。仿真模型所应用的程序和数据可以逼真描述作战过程中的各项活动和事件，通过计算机高速运行仿真模型，可把较长时间的战斗过程浓缩到较短的时问模拟中来。由此可见，计算机模拟消耗低，风险小，而且接近于实际，不需要大量的

3、经费和设备就可获得比实战演习和武器试验更多、更加有效的信息。所以，计算机仿真技术已成为改进训练手段、丰富战法研究内容的主要方法和重要技术途径。本文以比例导引法的理想弹道仿真为例，在SIM—BOX平台上对其进行可视化仿真，通过VC语言实现了控制导弹追击目标及攻击爆炸的三维动画过程，并从不同参数的角度将仿真结果与理论结果相比较，分析了SIMBOX所具有的优点以及存在的不足。1SIMBOX概述SIMBOX是由SimiGon公司推出的一个集视景、战场想定、分布式仿真、训练管理信息系统为一体的仿真平台，是一个全新、高效的仿真和训练平台，比起传统平台，其优势在于它开发简单，支持分布

4、式仿真，可视化仿真也更加逼真，使人们能更直观的看到仿真的全部过程。它与VC++接口，采用模块化技术，通过不同算法对各个组成模型进行控制，可以实现不同需求的仿真。2比例导引法比例导引法是自寻的导弹普遍采用的一种导引规律，它是指导弹在攻击目标的导引过程中，导弹速度矢量的旋转角速度dtr／dt与目标线的旋转角速度dq／dt成比例的一种导引方法。其导引关系方程为dtr／dt=Kdq／dt，K为比例系数。图1导弹与目标相对位置按比例导引时，导弹与目标间的相对运动方程为：dr／dt=Vrcosyr—Vcosr／(1)rdg／dt=Vsin7／一Vrsim／r(2)g=盯+rt(3)

5、q=盯r+田r(4)dtr／dt=Kdq／dt(5)若给出y，％，盯，的变化规律和初始条件，则可用收稿日期：2010．01．12基金项目：西北工业大学科技创新基金资助(2008KJ02011)作者简介：张明环(1985一)，男，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为通信、测控、信息安全与对抗技术。2010年3月张明环等：基于SIMBOX的弹道三维可视化仿真系统·23·数值积分的方法求出各个参数，从而使导弹向瞄准目标的方向飞行。3模型的建立为了突出主要问题，本文作了一些假设：1)忽略地球的曲率和自传的影响，认为地球是一平面大地；2)不计战斗机上活动部件的影响；3)认为大气是静

6、止的标准大气。一般地，这些因素并会不影响到仿真的精度。在建立模型时，通常用三自由度的质点运动学方程即可满足精度要求。接下来为战斗机模型编写追踪敌机的机动决策算法，给导弹模型编写比例导引算法。再通过SIMBOX平台的功能，可将导弹挂载到战斗机上(如图2所示)，并加载到飞行场景中(一般是天空)以完成仿真。本文设计的路线是目标敌机在前方逃离，我方战斗机在后方追踪目标，当搜索到目标，并满足发射条件时，战斗机发射导弹，导弹会按比例导引弹道追击目标，最终击落敌机。图2挂载导弹的战斗机模型4仿真的实现在SIMBOX平台上，基于广义比例导引法，用VC语言实现了仿真。基本思想是用两个方向

7、的过载来计算出导弹向目标飞行时所需的弹道倾角和弹道偏角，从而使导弹能命中目标。下面给出具体的导弹控制算法。互r=zr—zm移聊=tIR—t?埘∞秽，y=口珂一移，Ⅳ(7)秽％=口死一口“其中(菇。，Y。，z。)为导弹在地面坐标系中的位置，(戈，，y，，：，)为目标在地面坐标系中的位置，(口。，移。，秽。)为导弹速度，(秽A．。n，t，n)为目标速度。计算f匕=(Y，x移。一=，×口。)／r2fl=(二，x秽。一石，×∥。)／，(8)亿=(菇，×秽。一Y，×∥。)／rzr2=戈；+Z+z；．聋，×秽m+Y，×z，丌+三，X矽陀(9)石；+Z