艦艇末端防空反導(dǎo)仿真中的蒙特卡洛方法應(yīng)用*

(海軍軍訓(xùn)器材研究所 北京 102308)

艦艇末端防空反導(dǎo)仿真中的蒙特卡洛方法應(yīng)用*

祝笑舟古華棟吳桂生

(海軍軍訓(xùn)器材研究所 北京 102308)

針對艦艇末端防空反導(dǎo)仿真分析中的存在的不確定因素問題,論文設(shè)計了一個基于蒙特卡洛法的防空反導(dǎo)仿真方法,并通過一個仿真案例,驗證了該仿真設(shè)計的可應(yīng)用性和靈活性。

反導(dǎo)仿真;蒙特卡洛法;艦艇防空

ClassNumberTP391

1 引言

未來海戰(zhàn)中,水面艦艇所面臨的主要威脅來自空中,艦艇末端防空武器作為水面艦艇的最后的防空手段,是水面艦艇的防空作戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)[1～2]。目前,在對艦艇末端防空反導(dǎo)的射擊效能仿真分析中,評估方法主要有解析法和蒙特卡洛法[3～7]。解析法只能用來解決簡單情況下的目標(biāo)命中概率計算問題,并需要做很多的假設(shè)和簡化。而針對實際過程中比較復(fù)雜的情況,尤其是評估指標(biāo)為對目標(biāo)的毀傷概率的情況下,蒙特卡洛法是較為有效的計算方法。

2 蒙特卡洛方法

2.1 蒙特卡洛方法的判決條件

蒙特卡洛方法是一個循環(huán)求解的過程,因此需要一個跳出循環(huán)計算的條件,本文討論的是利用模擬計算次數(shù)n作為判決因素,計算方法見式(1)。

(1)

表1 置信概率與置信系數(shù)的關(guān)系

當(dāng)置信概率α給定時,模擬精度ε越小,表示所計算的概率值的精確度越高;當(dāng)ε給定時,α越大,表示所計算的概率值可靠程度也越高。

2.2 采用蒙特卡洛方法的仿真步驟

在應(yīng)用于確定事件概率的仿真計算中,其主要步驟如下:

1)根據(jù)需要解算問題的實際需要,假定模擬精度ε和置信概率α;

3)若n1>n0,則補(bǔ)充模擬(n1-n0)次,按此循環(huán),直到ni

3 仿真流程設(shè)計

仿真步驟如下:

1)仿真開始,設(shè)置模擬次數(shù)n0=100,進(jìn)行模擬;

2)模擬開始,進(jìn)行射擊提前點計算;

3)對提前點的射擊誤差進(jìn)行計算;

4)對提前點的強(qiáng)相關(guān)誤差、弱相關(guān)誤差、不相關(guān)誤差進(jìn)行抽樣;

5)計算彈著點坐標(biāo),并判斷是否命中,“是”則彈丸數(shù)j+1并轉(zhuǎn)入6),“否”則轉(zhuǎn)入則進(jìn)入判斷條件j

圖1 系統(tǒng)仿真流程圖

6)判斷是否毀傷,“是”則判斷模擬次數(shù)是否達(dá)到模擬次數(shù)上限S,沒有達(dá)到則模擬次數(shù)W+1進(jìn)入下一次模擬;到達(dá)則進(jìn)行毀傷概率計算,并代入式(1)進(jìn)行模擬次數(shù)計算;“否”則提前點計數(shù)i+1,轉(zhuǎn)入步驟3)。

4 仿真案例

1)仿真參數(shù)設(shè)定

目標(biāo)以2.5Ma速度做掠海(舷高)勻速直線運(yùn)動,目標(biāo)等效命中面積AT=0.5m2;火炮射速10000發(fā)/分,彈丸初速990m/s,射擊遠(yuǎn)界1500m,射擊近界500m;不相關(guān)誤差均方差高度分量σbh=2.8mil,方向分量σbz=2.8mil;弱相關(guān)誤差均方差高度分量σrh=1.9mil,方向分量σrz=1.9mil;弱相關(guān)誤差數(shù)學(xué)期望高度分量mh=1.2mil,方向分量mz=1.2mil;強(qiáng)相關(guān)誤差均方差高度分量σgh=0.5mil,方向分量σgz=0.5mil。

2)評估指標(biāo)和評估方法

評估指標(biāo)為對目標(biāo)的毀傷概率,假定目標(biāo)命中彈丸數(shù)n=2即毀傷;評估方法為蒙特卡洛法。

3)仿真結(jié)果

表2 射擊效能仿真結(jié)果(n=2)

表2中,Rs為目標(biāo)偏離預(yù)測提前點的距離,單位m;P為對目標(biāo)的全航路毀傷概率。更改目標(biāo)命中彈丸數(shù)n=3,得到仿真結(jié)果如表3所示。

表3 射擊效能仿真結(jié)果(n=3)

5 結(jié)語

在對艦艇末端防空反導(dǎo)的仿真案例中,應(yīng)用了蒙特卡洛方法,說明了該方法的可應(yīng)用性。在評估射擊效能時,采用的是毀傷概率,其用于判決毀傷的命中彈丸數(shù)也可按目標(biāo)的實際情況進(jìn)行調(diào)整,也說明了該方法在不確定的情況下應(yīng)用的靈活性。

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ApplicationofMonteCarloMethodinTerminalAnti-missileSimulationofWarship

ZHU Xiaozhou GU Huadong WU Guisheng

(Naval Training Equipment Institute, Beijing 102308)

Aiming at the uncertainties of terminal anti-missile simulation of warship, an anti-missile simulation method based on Monte Carlo is designed on this article. Through a simulation case, the applicability and flexibility of this simulation design are verified.

anti-missile simulation, monte carlo method, warship air-defense

2013年11月8日,

:2013年12月19日

祝笑舟,男,碩士,高級工程師,研究方向:系統(tǒng)仿真。古華棟,男,碩士,工程師,研究方向:火力控制系統(tǒng)。吳桂生,男,碩士,高級工程師,研究方向:系統(tǒng)仿真,雷達(dá)信號處理。

TP391DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.021