CN116842736A - 基于质点目标的航路规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于质点目标的航路规划方法，包括步骤S1：构建仿真地图；步骤S2：根据航路方式预设多个航路规划模型；步骤S3：输入参数，选择对应的航路规划模型；步骤S4：对参数进行有效性检查，若检查结果有误，则反馈错误指令，若检查结果无误，则解算并生成满足要求的平台航路；步骤S5：对满足要求的平台航路在仿真地图中显示并保存至本地航路文件。本发明可以自动生成满足作战要求的平台航路。本发明可以仅通过一个可执行程序、单台台式计算机，即可完成超过200批运动平台的运动特征解算，计算量小，且实时性能够得到满足；本发明实现的运动平台仿真，能够满足雷达电子战仿真系统对运动平台运动特征解算的要求。

Description

基于质点目标的航路规划方法

技术领域

本发明涉及电子对抗仿真技术领域，具体地，涉及一种基于质点目标的航路规划与运动状态解算方法。

背景技术

在雷达电子对抗系统仿真中，构建贴近实际对抗环境的对抗场景是验证雷达电子对抗战术、装备性能的首要步骤。电子对抗场景的构建，即是构建满足作战要求的对抗战术，战术的运用决定了平台上雷达以及雷达侦察对抗设备的分布位置和辐射信号的特征，决定了雷达侦察对抗电磁信号环境的状态。电磁信号环境的状态是随着战术背景的改变而改变的，有什么样的战术背景就会产生什么样的电磁环境。因此，雷达电子对抗系统仿真构建的核心是仿真战术背景的设置和生成，如何设置和生成雷达电子对抗系统作战行动所涉及的典型仿真战术背景，是仿真电磁信号环境生成的基础。合理的编辑仿真对抗场景，生成合适的仿真战术背景将直接决定仿真雷达辐射信号和仿真非雷达辐射信号所组成的仿真电磁信号环境的生成结果。

在仿真对抗场景中，包括了对抗背景要素和对抗进展要求，根据对抗背景要素完成电子对抗编成和兵力部署，而根据对抗进展要求完成对抗单元行动路线的轨迹规划；在仿真过程中，根据部署的兵力、对抗单元航路信息，实现对抗单元运动姿态信息的输出，为雷达电子对抗仿真系统中各装备提供对抗信息解算。

目前，在仿真系统中对作战场景的航路规划主要采用以下方式：通过地图取点方式，获取航路关键点，并对航段中的运行速度或运行时间进行描述，航路是通过一系列关键航段构成；采用这种方式在构建场景中虽然简单，但无法针对典型航路进行设计，如圆形航路、椭圆航路、八字航路、复杂组合航路等；

对运动平台的运动特征仿真建模主要采用以下方式：对平台进行6自由度建模，针对规划航路，在直线航段采用运动方程建模，当平台从一个航段到另一个航段，采用比例导引法引导建模；对平台进行动力建模，根据规划航路和平台动力特征，通过动力学解算、采用微积分方法，实现平台的控制、运动特征生成。对于这两种建模方法，其主要缺点在于计算量大，无法通过一个可执行程序实现大量平台的运动解算，对计算资源的要求比较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于质点目标的航路规划方法。

根据本发明提供的一种基于质点目标的航路规划方法，包括如下步骤：

步骤S1：构建仿真地图；

步骤S2：根据航路方式预设多个航路规划模型；

步骤S3：输入参数，选择对应的航路规划模型；

步骤S4：对参数进行有效性检查，若检查结果有误，则反馈错误指令，若检查结果无误，则解算并生成满足要求的平台航路；

步骤S5：对满足要求的平台航路在仿真地图中显示并保存至本地航路文件。

优选地，所述航路方式包括直线航路、弧线航路以及由直线航路和弧线航路相组合的综合航路。

优选地，不同的航路规划模型输入的参数类型不同。

优选地，所述输入参数方式包括地图选点或者弹出输入对话框。

优选地，所述输入的参数类型包括如下任一项或者任多项：航段起点坐标、航段终点坐标、航段航行速度、航段航行加速度、最小转弯半径、圆心坐标、转弯半径、入圆点坐标、出圆点坐标、航行速度、运动方式、椭圆左圆心坐标、椭圆左转弯半径、椭圆右圆心坐标、椭圆右转弯半径、入椭圆点坐标、出椭圆点坐标、八字航路左圆心坐标、八字航路左转弯半径、八字航路右圆心坐标、八字航路右转弯半径、入八字航路点坐标、出八字航路点坐标。

优选地，所述有效性检查的参数包括如下任一项或者任多项：最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度、最大爬升角度、最大下降角度、最小滚转角。

优选地，还包括步骤S6：解算平台运动特征，所述步骤S6包括：

步骤S601：运动仿真初始化，并生成平台运动特征解算与参数对应表；

步骤S602：初始化各平台初始位置点与运动姿态；

步骤S603：仿真开始后，根据上一时刻平台位置、当前平台航段类型，实时解算平台当前运动姿态，

步骤S604：在仿真过程中，根据航路规划中的平台起始时间、想定结束时间、平台航路总运动时间，判断何时开始或停止平台运动姿态解算；

步骤S605：仿真结束后，对生成的各种平台航路对象数据进行析构处理。

优选地，步骤S603中，平台所处航段主要包括直线航段和圆弧航段，其中：

对于直线航段，根据上一时刻平台位置、仿真步长、运动航向、运动速度，通过平面直线解算和积分方式，解算出当前平台位置；

对于圆弧航段，根据上一时刻平台位置、仿真步长、转弯半径、转弯角速度，通过平面圆弧解算和积分公式，解算出当前平台位置；

优选地，平台所处航段类型，根据平台已航行距离、各航段在总航路中的距离和序号进行判断给出。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在制作作战场景时，可以通过地图选点或界面输入的方式，输入关键点、运动方式，自动生成满足作战要求的平台航路。

2、本发明可以仅通过一个可执行程序、单台台式计算机，即可完成超过200批运动平台的运动特征解算，计算量小，且实时性能够得到满足；

3、本发明实现的运动平台仿真，能够满足雷达电子战仿真系统对运动平台运动特征解算的要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于质点目标的航路规划方法的步骤流程图。

图2为两个航段之间转弯的解算过程示意图。

图3为爬升过程解算示意图。

图4为下降过程解算示意图。

图5为自由航路规划与显示效果示意图。

图6为圆形航路规划与显示效果示意图。

图7为椭圆航路规划与显示效果示意图。

图8为八字航路规划与显示效果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图8所示，本发明提供了一种基于质点目标的航路规划方法，能够预先规划典型轨迹，并在仿真过程中快速生成平台运动特征，满足雷达电子对抗仿真系统中对平台仿真的功能和性能要求。

进一步详细说明，根据本发明提供的一种基于质点目标的航路规划方法，包括：构建仿真地图，根据航路方式预设多个航路规划模型；输入参数，选择对应的航路规划模型；对参数进行有效性检查，若检查结果有误，则反馈错误指令，若检查结果无误，则解算并生成满足要求的平台航路；对满足要求的平台航路在仿真地图中显示并保存至本地航路文件。

具体说明，首先进行构建仿真地图以及预设多个航路规划模型，所述航路规划模型包括直线航路、圆形航路、椭圆形航路等等。规划完航路后，根据需要选择对应的航路，输入参数，弹出输入对话框，在对话框中选择运动方式，根据运动方式在地图中点取或手工填写航段关键参数。

(1)若针对自由航路方式，仅考虑相邻两个航段在同一水平面的水平运动或在同一垂直面的垂直运动，具体的：

选择航路方式为自由航路，在航段参数中填写各个航段参数，包括航段起点坐标、航段终点坐标、航段航行速度、航段航行加速度、最小转弯半径。

进行航路参数有效性检查，本专利针对平台运动特性，包括最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度、最大爬升角度、最大下降角度、最小滚转角等进行参数检查。

对于水平运动，根据输入参数，解算各航段之间过渡所需的转弯半径，具体转弯过程如图2所示。

对于垂直运动，根据输入参数，解算平台从一个航段到另一个航段所需的进入爬升或下降转弯、爬升或下降、改出爬升或下降进入水平飞行航段所需的转弯半径、爬升或下降航段；具体爬升/下降过程如图3/图4所示。

对于航段之间的过渡，采用圆弧与直线相切方式解算，即将第一航段与第二航段连接构成空间三角形，计算空间三角形内切圆圆心、半径，即可找出第一航段到第二航段的过渡圆弧，切点为入圆点和出圆点；

对于垂直面发送变化的航段，连接第一航段终点和第二航段起点，构成两个三角形，分别解算两个三角形内切圆圆心、半径，即可找出第一航段到第二航段的两个过渡圆弧和直线航行段。

(2)若针对圆形航路方式，仅考虑同一运动高度方式，具体的：

选择航路方式为圆形航路，在航段参数中填写关键航段参数，包括圆心坐标、转弯半径、入圆点坐标、出圆点坐标、航行速度、运动方式(顺时针、逆时针)；

进行航路有效性检查，本专利针对平台运动特性，包括最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度最小滚转角等进行参数检查；

根据输入参数和运动方式，解算从入圆点进入圆形航路的直线段参数，解算从圆形航路到达出圆点的直线段参数；

对于入圆和出圆的直线段，采用圆弧与直线相切方式解算，即根据顺时针入/出圆或逆时针入/出圆，计算圆外一点到圆的切点，构成入圆或出圆的直线航段。例如图2所示，AB和CD分别为入圆和出圆的直线航段，圆O为圆形航路，当确定了圆心坐标、转弯半径、入圆点坐标、出圆点坐标、航行速度、运动方式后，航路则能够自动生成。

(3)若针对椭圆航路方式，仅考虑同一运动高度方式，具体的：

选择航路方式为椭圆航路，在航段参数中填写关键航段参数，包括椭圆左圆心坐标、椭圆左转弯半径、椭圆右圆心坐标、椭圆右转弯半径、入椭圆点坐标、出椭圆点坐标、航行速度、运动方式(顺时针、逆时针)；

进行航路有效性检查，针对平台运动特性，包括最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度、最小滚转角等进行参数检查；

根据输入参数和运动方式，解算从入椭圆点进入椭圆航路的直线段参数，解算从椭圆形航路到达出椭圆点的直线段参数；

对于入椭圆和出椭圆的直线段，采用椭圆航路中的圆弧段与直线相切方式解算，即根据顺时针入/出椭圆或逆时针入/出椭圆，计算椭圆外一点到椭圆圆弧的切点，构成入椭圆或出椭圆的直线航段。

(4)若针对八字航路方式，仅考虑同一运动高度方式，具体的：

选择航路方式为八字航路，在航段参数中填写关键航段参数，包括八字航路左圆心坐标、八字航路左转弯半径、八字航路右圆心坐标、八字航路右转弯半径、入八字航路点坐标、出八字航路点坐标、航行速度、运动方式(顺时针、逆时针)；

进行航路有效性检查，针对平台运动特性，包括最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度最小滚转角等进行参数检查；

根据输入参数和运动方式，解算从入八字航路点进入八字航路的直线段参数，解算从八字航路到达出八字航路点的直线段参数；

对于入八字航路和出八字航路的直线段，采用八字航路中的圆弧段与直线相切方式解算，即根据顺时针入/出八字航路或逆时针入/出八字航路，计算八字航路外一点到八字航路圆弧的切点，构成入八字航路或出八字航路的直线航段。

需要注意的是，若参数有效性检查有误，则反馈错误指令，若检查结果无误，则解算并生成满足要求的平台航路，对满足要求的平台航路在仿真地图中显示并保存至本地航路文件。图5至图8展示了不同类型的航路规划与显示效果图。

进一步的，本发明还包括针对平台运动特征解算，具体包括如下步骤：

步骤1：仿真初始化，由运动平台仿真可执行程序对场景中的所有运动平台参数进行初始化，生成平台运动特征解算与参数对应表，初始化各平台初始位置点与运动姿态。

仿真开始后，根据上一时刻平台位置、当前平台航段类型，实时解算平台当前运动姿态，平台所处航段主要包括直线航段和圆弧航段。具体说明，对于直线航段，通过积分方式解算，即已知上一时刻平台位置、仿真步长(微分采样步长)、运动航向、运动速度，则可以根据平面直线解算和积分方式，解算出当前平台位置。对于圆弧航段，通过积分方式解算，即已知上一时刻平台位置、仿真步长(微分采样步长)、转弯半径、转弯角速度，则可以根据平面圆弧解算和积分公式，解算出当前平台位置。

对于平台所处航段类型的判断，则根据平台已航行距离、各航段在总航路中的距离和序号进行判断给出。

在仿真过程中，根据航路规划中的平台起始时间、想定结束时间、平台航路总运动时间，判断何时开始或停止平台运动姿态解算。仿真结束后，对生成的各种平台航路对象数据进行析构处理。

本发明主要用于解决仿真系统中运动目标想定场景对抗航路的规划设计，构建典型对抗态势，为运动平台仿真提供规划航线，是运动平台仿真生成动态平台惯导数据的重要数据来源。本发明采用质点运动模型，根据人工地图选点或界面输入方式，选择航路类型，自动实现不同航路中的航段规划解算，与传统的针对运动平台动力学模型建模，大大降低了仿真参数设置要求、节省了人员在构建对抗态势所花费的时间，同时采用二阶运动模型，能够在单个普通计算机上实现多个目标运动惯导数据的实时生成，为动态对抗场景提供重要的平台运动数据。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：构建仿真地图；

步骤S2：根据航路方式预设多个航路规划模型；

步骤S3：输入参数，选择对应的航路规划模型；

步骤S4：对参数进行有效性检查，若检查结果有误，则反馈错误指令，若检查结果无误，则解算并生成满足要求的平台航路；

步骤S5：对满足要求的平台航路在仿真地图中显示并保存至本地航路文件。

2.根据权利要求1所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，所述航路方式包括直线航路、弧线航路以及由直线航路和弧线航路相组合的综合航路。

3.根据权利要求2所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，步骤S3中，不同的航路规划模型输入的参数类型不同。

4.根据权利要求1所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，步骤S3中，所述输入参数方式包括地图选点或者弹出输入对话框。

5.根据权利要求1所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，所述输入的参数类型包括如下任一项或者任多项：航段起点坐标、航段终点坐标、航段航行速度、航段航行加速度、最小转弯半径、圆心坐标、转弯半径、入圆点坐标、出圆点坐标、航行速度、运动方式、椭圆左圆心坐标、椭圆左转弯半径、椭圆右圆心坐标、椭圆右转弯半径、入椭圆点坐标、出椭圆点坐标、八字航路左圆心坐标、八字航路左转弯半径、八字航路右圆心坐标、八字航路右转弯半径、入八字航路点坐标、出八字航路点坐标。

6.根据权利要求1所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，所述有效性检查的参数包括如下任一项或者任多项：最小转弯半径、最小飞行速度、最大飞行速度、最大巡航高度、最大爬升角度、最大下降角度、最小滚转角。

7.根据权利要求1所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，还包括步骤S6：解算平台运动特征，所述步骤S6包括：

步骤S601：运动仿真初始化，并生成平台运动特征解算与参数对应表；

步骤S602：初始化各平台初始位置点与运动姿态；

步骤S603：仿真开始后，根据上一时刻平台位置、当前平台航段类型，实时解算平台当前运动姿态，

步骤S604：在仿真过程中，根据航路规划中的平台起始时间、想定结束时间、平台航路总运动时间，判断何时开始或停止平台运动姿态解算；

步骤S605：仿真结束后，对生成的各种平台航路对象数据进行析构处理。

8.根据权利要求7所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，步骤S603中，平台所处航段主要包括直线航段和圆弧航段，其中：

对于直线航段，根据上一时刻平台位置、仿真步长、运动航向、运动速度，通过平面直线解算和积分方式，解算出当前平台位置；

对于圆弧航段，根据上一时刻平台位置、仿真步长、转弯半径、转弯角速度，通过平面圆弧解算和积分公式，解算出当前平台位置。

9.根据权利要求7所述的基于质点目标的航路规划方法，其特征在于，平台所处航段类型，根据平台已航行距离、各航段在总航路中的距离和序号进行判断给出。