基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法

技术领域

本发明涉及试验技术领域，具体涉及一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法。

背景技术

在水下装备探测能力验证试验中，由于水下装备工作机理复杂，对目标的检测又是在十分复杂的水下环境条件下进行的动态过程，试验能否高效实施，达到预期考核目的不仅与装备自身性能参数有关，还与科学的试验方法设计有关。通过科学的试验设计，制定出优化可行的试验方案，能用尽可能少的试验次数获取足够的、有效的、可靠的数据资料。而对于水下装备探测能力验证试验中，环境构设是试验方法设计的重要环节。环境构设是试验实施保障的重要工作，通过环境构设选择试验区域，设置蓝方目标等。环境构设是否合理可行，直接影响到试验可行性。

当前在试验方案设计方面，文献《武器装备作战试验设计方法》(王志淞，化斌斌，万博等.武器装备作战试验设计方法[J].装甲兵学报,2023(3):5.)中提到关于试验理论的研究还停留在试验指标体系、试验项目、试验流程、测试测量手段以及考核评估等试验方法和技术层次的研究，例如文献《武器装备作战试验科目设计方法研究》(叶康，曹裕华，钱邵勇.武器装备作战试验科目设计方法研究[J].工程与试验,2020，60(4):4.)提出一种基于能力域和作战线的装备试验科目设计方法，关注点在于试验项目设计。现有试验环境构设方面发明专利，《一种基于环境构设的无人空中平台任务在线重规划方法》(中国，公开号：115309186A，公开日：2022-09-04，申请号：202211075194.2)和《一种基于环境构设的无人空中平台任务规划与推演方法》(中国，公开号：115374644A，公开日：2022-09-04，申请号：202211075195.7)把复杂的环境构设任务要求等效和分解成无人空中平台可执行的小任务，进而对无人空中平台进行航线、载荷、链路通信等任务规划。

因此，对比现有论文和专利，当前缺乏定量、规范的针对水下装备探测试验的动态环境构设方法，导致不能有效设计探测环境，因此，设计一个有效的探测环境，成为试验设计中的重要环节。

针对上述问题，发明人提供了一种基于水下装备探测能力验证的动态试验环境构设方法，实现在装备探测能力试验中定量、规范的进行环境构设，根据所设计的探测环境，可为试验实施保障提供依据，降低试验成本、优化试验方法，从而缩短试验周期，提升试验效率。通过探测环境设计模型，可有效确定试验中声学探测环境参数，包括布设范围、出发时间等，提升试验实施保障效率。

发明内容

本申请的发明目的时提供了一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法，建立X和Y坐标系，动态目标M和水下装备T均在上述坐标系中，水下装备T以半径r为自导扇面半径在“A-B-C-D”任务区内以梳字型航行，其初始位置为(x

(一)、建立水下装备T的运动轨迹

水下装备T在探测动态目标M过程中的航行轨迹为梳字型，梳子型轨迹与上述坐标系的X轴和Y轴平行，其在X轴的运动轨迹表示为公式(1)：

其在Y轴的运动轨迹表示为公式(2)

航向C

其中t

(二)、建立动态目标M运动轨迹

动态目标M在航行过程中的航行轨迹为Z字型，其在X轴的运动轨迹表示为公式(4)：

在Y轴的运动轨迹表示为公式(5)：

其中t

(三)、建立水下装备T的探测模型

当动态目标M(x

(四)、构设探测环境中水下动态目标M

对于动态环境构设，需要满足动态在

以/>

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若不等式(7)无解，即在当前水下装备T的航行轨迹下，不进行探测环境构设，无法验证水下装备T的探测能力，需要重新规划水下装备T的航行轨迹；若上述不等式(7)存在解，得到动态目标M初始位置范围及出发时间范围，在试验实施时，可任意选择一个位置布设水下的动态目标M的初始位置(x

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法，其中：通过采用matlab进行数值求解不等式(7)。

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法，其中：若上述不等式存在多个解时，在上述所有解的范围内，在试验实施时，可任意选择一个位置布设水下的动态目标M的初始位置和动态目标M的初始时间，构设探测环境，进行水下装备T的探测能力验证试验。

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法，其中：所述需要重新规划水下装备T的航行轨迹是改变水下装备T的初始位置(x

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法存在以下有益效果：

1)水下装备探测试验环境构设通过定量计算的方式，将非定量的试验实施保障问题定量化，实现在水下装备探测能力考核试验中定量、规范的进行环境构设；

2)动态环境构设得到目标布设初始范围及出发时间，为试验实施提供技术支撑，从而缩短试验周期，提升试验效率；

3)根据环境构设提供的目标布设范围，可选择目标布设范围内任一位置，均满足试验方法设计需求，为试验方法设计人员、试验实施人员提供多种参考。

附图说明

图1为装备发现目标示意图；

图2为装备航行轨迹示意图；

图3为目标航行轨迹示意图；

图4为动态环境构设示意图；

图5为动态探测环境设计仿真图。

具体实施方式

本发明的一种基于水下装备探测能力验证试验的动态环境构设方法，如图1至图4所示，建立X和Y坐标系，动态目标M和水下装备T均在上述坐标系中，水下装备T以半径r为自导扇面半径在“A-B-C-D”任务区内以梳字型航行，其初始位置为(x

(一)、建立水下装备T的运动轨迹

水下装备T在探测动态目标M过程中的航行轨迹为梳字型，梳子型轨迹与上述坐标系的X轴和Y轴平行，其在X轴的运动轨迹表示为公式(1)：

其在Y轴的运动轨迹表示为公式(2)

航向C

其中t

(二)、建立动态目标M运动轨迹

动态目标M在航行过程中的航行轨迹为Z字型，其在X轴的运动轨迹表示为公式(4)：

在Y轴的运动轨迹表示为公式(5)：

其中t

(三)、建立水下装备T的探测模型

当动态目标M(x

(四)、构设探测环境中水下动态目标M

对于动态环境构设，需要满足动态在

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将试验中水下装备初始位置为(1927，-1444)，水下装备巡航速度为10kn，探测半径为150m，探测开角为60°，t

设装备在探测过程中航行轨迹为梳字型，可表示为：

将目标巡航速度v

根据装备航行轨迹及探测模型，求解在所要求时间范围内能探测到目标的条件下，目标的初始布设范围、目标出发时间。

设建立动态目标M运动轨迹

其中t

根据试验要求，在20分钟内装备能探测到水下目标，将公式(8)至公式(11)代入式(6)求解得到水下目标布设范围及出发时间：

当t

当t

选取该范围中一点(4000，-744)，同时目标出发时间为t

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。