一种基于气象栅格的飞行弹箭弹道修正方法

技术领域

本发明涉及飞行弹箭弹道修正方法，尤其涉及一种基于气象栅格的飞行弹箭弹道修正方法。

背景技术

在大气中飞行的各类弹箭的运动规律受到大气状态的影响，气象条件主要是通过空气动力影响着弹箭的飞行特性。气温、气压和纵风的变化主要影响弹箭的行程，而横风将引起侧偏。如果气象条件数据不准，弹道修正也就不准，就会达不到系统应有的性能指标要求。

弹道修正的精确性从民用角度的应用来看可以利用弹箭的精确制导，更加高效地进行人工降雨等工作。现有技术中，用于弹道修正的气象参数存在精度低、范围小、数据刷新慢的问题，从而严重影响飞行弹箭的弹道修正精度。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种参数选取范围大、增大数据刷新率的基于气象栅格的飞行弹箭弹道修正方法。

技术方案：本发明的飞行弹箭弹道修正方法，基于精细栅格化气象参数来提升弹道的气象修正精度，步骤如下：

（1）基于环境信息和弹道模型对飞行弹道包络线进行估算，构建弹道模型的气象栅格；

（2）对弹道模型进行气象参数的栅格化处理，形成耦合气象栅格的弹道计算模型；

（3）将弹道模型的气象栅格和耦合气象栅格的弹道模型结合起来，对气象栅格进行尺度变换与内部处理，然后进行弹道积分，得到经气象栅格补偿的弹道解算结果；

（4）将各个气象栅格的气象参数与相邻气象栅格的气象参数进行数据融合，建立解析形式的气象参数栅格函数；

（5）利用步骤（4）得到的气象参数栅格函数进行弹道积分，得到经气象栅格补偿的弹道修正结果。

进一步，步骤（1）中所述的气象栅格的构建，通过基于目标位置、射角、射向、飞行模式、地形、地貌信息，结合弹道模型对飞行弹道包络线估算，构建弹道模型的气象栅格，利用栅格将环境模型进行均匀划分，保证弹箭能够在每个栅格中自由活动。

进一步，步骤（2）中所述的气象参数的栅格化处理，是对弹道模型涉及的气象参数进行栅格化函数拟合，所述的气象参数包括横风、纵风、密度、温度、湿度、气压，栅格函数是以时间和弹道空间位置为自变量的函数；通过对各气象要素的气象诸元的回归分析，建立初步的耦合气象栅格的弹道计算模型。

进一步，步骤（3）中所述的气象栅格尺度变换，是根据弹道积分的步长对气象栅格 进行尺度变换，进一步细分栅格，在弹道上形成新的计算节点；再根据刚体的弹道模型中的 弹丸运动规律，确定刚体弹道模型的积分步长

其中，

通过

进一步，步骤（4）中，根据步骤（3）生成气象栅格内部的计算节点后，将该气象栅格的气象参数与相邻气象栅格的气象参数进行数据融合，通过采用插值方式，建立解析形式的栅格函数，确定气象栅格内各点和各种气象要素的关系。

进一步，步骤（5）中，根据弹丸运动规律，快圆运动频率

其中，

本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、基于环境信息构建弹道模型可用的气象栅格，并形成耦合气象栅格的弹道计算模型，建立解析形式的气象参数网格函数，并基于气象参数网格函数进行弹道积分，得到更为精准的弹道气象修正结果；2、利用气象栅格提供的精准气象数据，提供一种基于气象栅格的飞行弹箭弹道修正方法。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的单个弹道气象栅格示意图；

图3为本发明的气象栅格的尺度变换与内部处理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

详细步骤如下：

步骤1，首先基于目标位置、飞行模式、地形、地貌信息，结合弹道模型对飞行弹道包络线进行粗略估算，配合气象数值预报结果，得到弹道模型可用的气象栅格。栅格建模是将弹道飞行的轨迹空间分解成一系列尺寸相同的网格(栅格)单元，每个网格为一个像元,像元为栅格化环境模型的基本单位,利用栅格将环境模型进行均匀划分，要保证弹箭能够在每个栅格中自由活动。每个栅格都用数值0或1表示栅格的存在状态。完全可行栅格取值为0,完全不可行栅格取值为1。因为弹箭飞行轨迹受目标位置、自身位置、飞行模式、地形、地貌信息以及各个高度气象环境改变的影响。栅格的像元值发生变化,说明环境模型发生改变。

步骤2，在气象栅格体系下，首先需要对现有的弹道模型进行气象参数的栅格化处理，形成耦合气象栅格的弹道计算模型。

气象参数栅格化处理主要是对一般弹道模型所涉及的气象参数--横风

关于横风

耦合气象栅格的弹道计算模型是通过建立单位栅格内多点的气象诸元，类似横风

步骤3，将弹道气象栅格和耦合气象栅格的弹道模型结合起来，对气象栅格进行尺度变换与内部处理，然后进行弹道积分，可得到经气象栅格补偿的弹道解算结果。如图1所示为总流程图。

对气象栅格进行尺度变换与内部处理是一个关键环节，与弹道计算的积分步长相比，气象栅格仍具有较大尺度，为了提高计算精度，必须对气象栅格进行尺度变换，并对栅格内部进行精细化数据处理。以弹道上的某一个气象栅格为例，如图2所示，气象栅格为一个立方体网格ABCD-EFGH。

对于图2中的单个气象栅格，假设平面ABCD上有一点为某一段弹道的起点，平面EFGH上有一点为对应的弹道终点。为提高在气象栅格内进行弹道积分的精度，在图2所示气象栅格内根据弹道积分的步长对气象栅格进行尺度变换，进一步细分栅格，在弹道上形成新的计算节点。

其中，对于刚体的弹道模型的计算效果而言起直接作用的是关于弹丸运动规律的 描述，通常将弹丸的角运动分成了快圆运动和慢圆运动，而其中关于快圆运动的过程是最 本质的，描绘弹道积分步长和节点选取的基本原则是，在每一个时刻点上所用的积分步长 应能精确描述此时的快圆运动过程，因而需选取精确的刚体弹道模型，简称6D模型，6D模型 的积分步长

公式（2）中，

快圆运动周期

如图3所示，计算节点的个数不宜太多，否则容易降低弹道计算的效率。

步骤4，生成气象栅格内部的计算节点后，将该气象栅格的气象参数与相邻气象栅 格（弹道起点、终点所经过）的气象参数进行数据融合，通过采用插值方式，建立解析形式的 栅格函数

建立起气象栅格内各点和各种气象要素的关系，从而对计算节点上的各气象参数进行快速估算。

步骤5，利用步骤4中得到的气象参数栅格函数进行弹道学的弹道积分，采用刚体弹道积分模型（即6D模型），对6D模型起直接作用的是弹丸运动规律。在弹丸角运动中，快圆运动频率

公式（4）、（5）中，

在刚体弹箭模型中，其积分步长的选取是以描述圆运动过程为依据的，即通过

如表1为传统弹道积分步长H对弹道结果的影响结果，

如表2为6D模型弹道积分步长H对弹道结果的影响，

6D模型的积分步长变化要比一般的模型稍小一些，一般的模型积分步长选取到 3.0s左右，对于6D模型而言，其积分步长一般不大于2.0s，一般在射程精度高时，要求积分 步长尽可能小一些。因此采用6D模型进行弹道积分，可以得到经气象栅格补偿的修正结果。 其中

表1 传统弹道积分步长对弹道结果的影响

表2 6D模型弹道积分步长对弹道结果的影响

综上所述，本发明基于气象栅格的弹道修正方法，通过建立多点的气象诸元的要素与栅格内空间位置以及时间的关系函数，将弹道气象栅格和耦合气象栅格的弹道模型结合起来，构建网格化函数，便于更精细化地对弹箭的弹道进行修正。