一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统及其实现方法

摘要

本发明公开了一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统及其实现方法。本发明放置于暗室环境中，包括拦截器仿真系统、弹头目标仿真系统、仿真主机和视景显示屏；即能够单独用于针对拦截器或者攻击弹头的测试开发，也能够用于模拟双方进行反导与反拦截作战，实现对攻击方与防守方武器系统的同时开发；在测试博弈双方对抗策略优劣中，实现两者在对抗中互相学习从而不断改进各自策略，与博弈对抗的数值计算相比，测试结果更可靠；不仅仅能够用于反导拦截武器系统的测试开发，本发明中特指导弹拦截与反拦截，而且经过修改，也能够用于地面战车对抗，空中战机格斗对抗等军事对抗的半实物仿真。

权利要求

1.一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，放置于暗室环境中，包括：拦截器仿真系统、弹头目标仿真系统、仿真主机和视景显示屏；其中，拦截器仿真系统用于测试待测拦截器在虚拟飞行环境下的飞行；弹头目标仿真系统用于测试待测弹头目标在虚拟飞行环境下的飞行；仿真主机中设置有拦截器三维模型、弹头目标三维模型和虚拟场景三维模型，用于从拦截器仿真系统和弹头目标仿真系统中，分别接收待测拦截器和待测弹头目标在虚拟飞行环境中的飞行状态，并将待测拦截器和待测弹头目标的飞行状态分别输入至拦截器三维模型、弹头目标三维模型和虚拟场景三维模型，实现拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的模拟对抗飞行，并实时将拦截器三维模型和弹头目标三维模型相互间的对抗态势分别返回至拦截器仿真系统和弹头目标仿真系统；拦截器仿真系统和弹头目标仿真系统将拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自所面临的对抗态势，分别用于模拟待测拦截器和待测弹头目标的虚拟飞行环境，由此分别刷新各自新的飞行状态，再次供仿真主机接收，从而实现仿真回路闭环；视景显示屏调用仿真主机中拦截器三维模型和弹头目标三维模型的攻防对抗飞行轨迹数据，并以三维演示方式展示待测拦截器和待测弹头目标在虚拟场景下的飞行对抗，通过观察视景显示屏上待测拦截器和待测弹头目标之间相互飞行的位置关系来判断攻防对抗策略的性能；

拦截器仿真系统包括：第一姿态转台、拦截器仿真平台和第一高清显示幕布；其中，待测拦截器安装在第一姿态转台上；拦截器仿真平台分别与待测拦截器和第一姿态转台相连；拦截器仿真平台中设置有拦截器仿真计算模型；第一高清显示幕布放置在待测拦截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器的第一人称飞行视角内的场景信息以及出现的弹头目标；拦截器仿真平台和第一高清显示幕分别与仿真主机相连；

待测拦截器对第一高清显示幕布投放的场景信息以及出现的弹头目标进行采集获取，同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真平台；拦截器仿真平台将飞控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测拦截器，将姿态参数传输至第一姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态参数对待测拦截器的姿态进行同步实时调整；

弹头目标仿真系统包括：第二姿态转台、弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布；其中，待测弹头目标安装在第二姿态转台上；弹头目标仿真平台分别与待测弹头目标和第二姿态转台相连；弹头目标仿真平台中设置有弹头目标仿真计算模型；第二高清显示幕布放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器；弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布分别与仿真主机相连；待测弹头目标对第二高清显示幕布投放的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控指令传输至弹头目标仿真平台；弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿态转台根据姿态参数对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整；

仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行探测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参数输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；待测拦截器对待测弹头目标的拦截和待测弹头目标对待测拦截器的反拦截构成对抗过程；

仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，拦截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供模拟的飞行环境，拦截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的环境信息内会包含弹头目标三维模型；

同时仿真主机将弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型飞行过程中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供模拟飞行环境，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息内会包含拦截器三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；

视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频图像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在整个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

2.如权利要求1所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述待测拦截器包括：拦截器飞控主板、拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块；其中，拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块分别连接拦截器飞控主板；待测拦截器通过拦截器图像传感器，对第一高清显示幕布投放的场景信息以及弹头目标进行采集获取，同时通过拦截器惯性测量组合对自身姿态进行感知，将采集信息和感知信息传输给拦截器飞控主板，拦截器飞控主板对信息进行处理，并利用板上烧录的具备拦截功能的飞控算法生成飞控指令，飞控指令通过拦截器通讯传输模块传输至拦截器仿真平台；拦截器仿真平台将飞控指令输入至拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速度参数通过拦截器通讯传输模块输入至拦截器飞控主板，拦截器飞控主板在生成上述飞控指令的过程中利用了此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第一姿态转台，将其中的速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态参数对待测拦截器的姿态进行同步实时调整。

3.如权利要求2所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述拦截器仿真平台中的拦截器仿真计算模型，是根据待测拦截器的型号及气动力参数，所设计的相应动力学模型和运动学模型，输入飞控指令后能够快速计算形成包括姿态、速度和加速度在内的飞行参数，满足待测拦截器实际飞行中的高动态响应需求。

4.如权利要求1所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述待测弹头目标包括：弹头目标飞控主板、弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器、弹头目标通讯传输模块；其中，弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器和弹头目标通讯传输模块分别连接弹头目标飞控主板；待测弹头目标通过其弹头目标图像传感器，对第二高清显示幕布投放的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过弹头目标惯性测量组合对自身姿态进行感知，将采集信息与感知信息传输给弹头目标飞控主板，弹头目标飞控主板对信息进行处理，并利用板上烧录的具备反拦截功能的飞控算法生成飞控指令，飞控指令通过弹头目标通讯传输模块传输至弹头目标仿真平台；弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速度参数通过弹头目标通讯传输模块输入至弹头目标飞控主板，飞控主板在生成上述飞控指令的过程中利用了此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第二姿态转台，将其中的速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿态转台根据姿态参数对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整。

5.如权利要求4所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述弹头目标仿真平台中的弹头目标仿真计算模型，是根据待测弹头目标的型号及气动力参数，所设计的相应动力学模型和运动学模型，输入飞控指令后能够快速计算形成包括姿态、速度和加速度在内的飞行参数，满足待测弹头目标实际飞行中的高动态响应需求。

6.如权利要求1所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真主机中的拦截器三维模型与待测拦截器外形一致，弹头目标三维模型与待测弹头目标外形一致。

7.一种如权利要求1所述的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

1)系统连接：

a)将待测拦截器安装在第一姿态转台上；

b)将拦截器仿真平台分别与待测拦截器和第一姿态转台相连；

c)在拦截器仿真平台中设置拦截器仿真计算模型；

d)将第一高清显示幕布放置在待测拦截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器自身视场内的场景信息以及出现的弹头目标；

e)将拦截器仿真平台和第一高清显示幕分别与仿真主机相连；

f)将待测弹头目标安装在第二姿态转台上；

g)将弹头目标仿真平台分别与待测弹头目标和第二姿态转台相连；

h)在弹头目标仿真平台中设置弹头目标仿真计算模型；

i)在第二高清显示幕布放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程中，待测弹头目标自身视场内的场景信息以及出现的拦截器；

j)弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布分别与仿真主机相连；

2)待测拦截器对第一高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的弹头目标进行采集获取，同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真平台；

3)拦截器仿真平台将飞控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测拦截器将姿态参数传输至第一姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态参数对待测拦截器的姿态进行同步实时调整；

4)待测弹头目标对第二高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控指令传输至弹头目标仿真平台；弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿态转台根据姿态参数对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整；

5)仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行探测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参数输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；

6)仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，拦截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供虚拟飞行环境，截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的视场环境信息内会包含弹头目标三维模型；同时仿真主机将弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型飞行过程中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供虚拟飞行环境，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息内会包含拦截器三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；

7)视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频图像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在整个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

8)根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

说明书

一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及导弹测试领域，具体涉及一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统及其实现方法。

背景技术

[0002] 随着近年来人工智能等前沿技术快速发展，全球各国都借此积极加快军事智能化发展。其中导弹攻防对抗技术受到各国重视，未来部分先进的弹道目标和再入飞行器可能
会具备更强的机动能力，其飞行轨迹将不可预测，如何有效拦截具备高机动能力的导弹目
标成为反导武器研制和运用的难点。从博弈论角度看，导弹攻防对抗中含有弹头和拦截器
两个对象，两者具有相反的作战目的，拦截器，相当于追击者，采取追击策略，力图使目标处
于捕获范围内，弹头目标，相当于逃逸者，采取躲避策略，力图不被拦截器拦截，双方构成零
和追逃博弈。追逃博弈问题的求解是个难点，因其涉及的微分方程比较复杂，约束条件呈耦
合状态，许多研究侧重于博弈模型的建立及纯粹的数学推导，使得目前的研究仅仅停留在
数值层面。如果使用实弹试验方式进行导弹攻防对抗策略的开发测试，准备周期长、成本
高，且每次实验条件无法做到一致性，不适合做导弹攻防对抗策略研究。

发明内容

[0003] 针对以上存在问题，本发明提出了一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统及其实现方法。

[0004] 本发明的一个目的在于提出一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统。

[0005] 本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，放置于暗室环境中，包括：拦截器仿真系统、弹头目标仿真系统、仿真主机和视景显示屏；其中，拦截器仿真系统用于测试待
测拦截器在虚拟飞行环境下的飞行；弹头目标仿真系统用于测试待测弹头目标在虚拟飞行
环境下的飞行；仿真主机中设置有拦截器三维模型、弹头目标三维模型和虚拟场景三维模
型，用于从拦截器仿真系统和弹头目标仿真系统中，分别接收待测拦截器和待测弹头目标
在虚拟飞行环境中的飞行状态，并将待测拦截器和待测弹头目标的飞行状态分别输入至拦
截器三维模型、弹头目标三维模型和虚拟场景三维模型，实现拦截器三维模型和弹头目标
三维模型在虚拟场景三维模型中的模拟对抗飞行，并实时将拦截器三维模型和弹头目标三
维模型相互间的对抗态势分别返回至拦截器仿真系统和弹头目标仿真系统；拦截器仿真系
统和弹头目标仿真系统将拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自所面临的对抗态势，分
别用于模拟待测拦截器和待测弹头目标的虚拟飞行环境，由此分别刷新各自新的飞行状
态，再次供仿真主机接收，从而实现仿真回路闭环；视景显示屏调用仿真主机中拦截器三维
模型和弹头目标三维模型的攻防对抗飞行轨迹数据，并以三维演示方式展示待测拦截器和
待测弹头目标在虚拟场景下的飞行对抗，研究开发人员通过观察视景显示屏上待测拦截器
和待测弹头目标之间相互飞行的位置关系来判断攻防对抗策略的性能；

[0006] 拦截器仿真系统包括：第一姿态转台、拦截器仿真平台和第一高清显示幕布；其中，待测拦截器安装在第一姿态转台上；拦截器仿真平台分别与待测拦截器和第一姿态转
台相连；拦截器仿真平台中设置有拦截器仿真计算模型；第一高清显示幕布放置在待测拦
截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器的第一人称飞行视角
内的场景信息以及出现的弹头目标；拦截器仿真平台和第一高清显示幕分别与仿真主机相
连；待测拦截器对第一高清显示幕布投放的场景信息以及出现的弹头目标进行采集获取，
同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真平台；拦截器仿真平台将飞
控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包
括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测拦截器，将姿态参数传输至第一
姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态信号对待测拦截器
的姿态进行同步实时调整；

[0007] 弹头目标仿真系统包括：第二姿态转台、弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布；其中，待测弹头目标安装在第二姿态转台上；弹头目标仿真平台分别与待测弹头目标和第
二姿态转台相连；弹头目标仿真平台中设置有弹头目标仿真计算模型；第二高清显示幕布
放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程中，待测弹头目标
的第一人称飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器；弹头目标仿真平台和第二高清显示
幕布分别与仿真主机相连；待测弹头目标对第二高清显示幕布投放的场景信息以及出现的
拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控指令传输至弹头目标仿真
平台；弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得
到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测
弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿态
转台根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整；

[0008] 仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行探
测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参数
输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进
行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；待测拦截器对待测弹头
目标的拦截和待测弹头目标对待测拦截器的反拦截构成对抗过程；

[0009] 仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，拦截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供模拟的飞
行环境，其视场环境信息内会包含弹头目标三维模型；同时仿真主机将弹头目标三维模型
在虚拟场景三维模型飞行过程中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息发送至
第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供模拟飞行环境，其视场环境信息内会包含拦截器
三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；

[0010] 视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频图
像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在整
个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

[0011] 研究开发人员根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

[0012] 待测拦截器包括：拦截器飞控主板、拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块；其中，拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块
分别连接拦截器飞控主板；待测拦截器通过拦截器图像传感器，对第一高清显示幕布投放
的场景信息以及弹头目标进行采集获取，同时通过拦截器惯性测量组合对自身姿态进行感
知，将采集信息和感知信息传输给拦截器飞控主板，拦截器飞控主板对信息进行处理，并利
用板上烧录的具备拦截功能的飞控算法生成飞控指令，飞控指令通过拦截器通讯传输模块
传输至拦截器仿真平台；拦截器仿真平台将飞控指令输入至拦截器仿真计算模型，通过进
行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速
度参数通过拦截器通讯传输模块输入至拦截器飞控主板，拦截器飞控主板在生成上述飞控
指令的过程中利用了此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第一姿态转台，将
其中的速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态信号对待测拦截器的姿态
进行同步实时调整。

[0013] 其中，拦截器仿真平台中的拦截器仿真计算模型，是根据待测拦截器的型号及其气动力参数，所设计的相应动力学模型和运动学模型，输入飞控指令后可快速计算形成包
括姿态、速度和加速度在内的飞行参数，满足待测拦截器实际飞行中的高动态响应需求。

[0014] 待测弹头目标包括：弹头目标飞控主板、弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器、弹头目标通讯传输模块；其中，弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器和弹头
目标通讯传输模块分别连接弹头目标飞控主板；待测弹头目标通过其弹头目标图像传感
器，对第二高清显示幕布投放的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过弹头
目标惯性测量组合对自身姿态进行感知，将采集信息与感知信息传输给弹头目标飞控主
板，弹头目标飞控主板对信息进行处理，并利用板上烧录的具备反拦截功能的飞控算法生
成飞控指令，飞控指令通过弹头目标通讯传输模块传输至弹头目标仿真平台；弹头目标仿
真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行
状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速度参数通过弹头目标通讯传输
模块输入至弹头目标飞控主板，在此指出，飞控主板在生成上述飞控指令的过程中利用了
此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第二姿态转台，将其中的速度和姿态参
数传输至仿真主机；第二姿态转台根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实时调
整。

[0015] 其中，弹头目标仿真平台中的弹头目标仿真计算模型，是根据待测弹头目标的型号及其气动力参数，所设计的相应动力学模型和运动学模型，输入飞控指令后可快速计算
形成包括姿态、速度和加速度在内的飞行参数，满足待测弹头目标实际飞行中的高动态响
应需求。

[0016] 拦截器的飞行状态参数包括加速度、速度和姿态参数。拦截器通讯传输模块与拦截器仿真平台使用串口连接进行通讯，以保证飞控指令传输的可靠性。拦截器仿真平台中
的拦截器仿真计算模型根据所对应待测拦截器的型号参数进行设计，以保证仿真结果的准
确性。

[0017] 弹头目标的飞行状态参数包括加速度、速度和姿态参数。弹头目标通讯传输模块与弹头目标仿真平台连接进行通讯，以保证飞控指令传输的可靠性。弹头目标仿真平台中
的弹头目标仿真计算模型根据所对应待测弹头目标的型号参数进行设计，以保证仿真结果
的准确性。

[0018] 仿真主机传输至第一高清显示幕布的拦截器三维模型的飞行视角内的视场环境信息，根据待测拦截器所配置的图像传感器的实际探测能力确定，例如探测距离、探测角
等，视场环境中是否出现并包含弹头目标三维模型，取决于此处所提的视场环境大小，即待
测拦截器的实际探测能力。

[0019] 其中，在整个飞行测试时段中，待测弹头目标以成功逃脱待测拦截器的捕获作为其飞行对抗任务；待测拦截器以成功捕获待测弹头目标作为其飞行对抗任务；当两者在飞
行中的空间距离少于20cm时，视为待测拦截器在飞行对抗中胜利，当两者在飞行中空间距
离始终大于20cm时，视为待测弹头目标在飞行对抗中胜利，飞行时段时长可进行自由设置，
以待测拦截器和待测弹头目标两者中的最大飞行时间进行设置。

[0020] 仿真主机传输至第二高清显示幕布的弹头目标三维模型的飞行视角内的视场环境信息，根据待测弹头目标所配置的图像传感器的实际探测能力确定，例如探测距离、探测
角等，视场环境中是否出现并包含拦截器三维模型，取决于此处所提的视场环境大小，即待
测弹头目标的实际探测能力。

[0021] 仿真主机中的拦截器三维模型与待测拦截器外形一致，弹头目标三维模型与待测弹头目标外形一致。仿真主机中的虚拟场景三维模型，根据拦截器与弹头目标将出现的战
场格斗场景预先设计，并预先设计多种以备调用，例如舰船作战的海面飞行环境、海岸岛礁
防御作战的海岸飞行环境、内陆边防作战的高山、沙漠作战环境等等；并且在虚拟场景三维
模型中添加障碍物模型，例如空中的云雾、雨滴、沙尘等飞行障碍，地面可设置草地、沙漠、
森林、隔壁等作战背景。

[0022] 本发明的另一个目的在于提出一种用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的实现方法。

[0023] 本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的实现方法，包括以下步骤：

[0024] 1)系统连接：

[0025] a)将待测拦截器安装在第一姿态转台上；

[0026] b)将拦截器仿真平台分别与待测拦截器和第一姿态转台相连；

[0027] c)在拦截器仿真平台中设置拦截器仿真计算模型；

[0028] d)将第一高清显示幕布放置在待测拦截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器自身视场内的场景信息以及出现的弹头目标；

[0029] e)将拦截器仿真平台和第一高清显示幕分别与仿真主机相连；

[0030] f)将待测弹头目标安装在第二姿态转台上；

[0031] g)将弹头目标仿真平台分别与待测弹头目标和第二姿态转台相连；

[0032] h)在弹头目标仿真平台中设置弹头目标仿真计算模型；

[0033] i)在第二高清显示幕布放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程中，待测弹头目标自身视场内的场景信息以及出现的拦截器；

[0034] j)弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布分别与仿真主机相连；

[0035] 2)待测拦截器对第一高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的弹头目标进行采集获取，同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真
平台；

[0036] 3)拦截器仿真平台将飞控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测
拦截器将姿态参数传输至第一姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转
台根据姿态信号对待测拦截器的姿态进行同步实时调整；

[0037] 4)待测弹头目标对第二高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控指令传输至弹头目标
仿真平台；

[0038] 弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待
测弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿
态转台根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整；

[0039] 5)仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行
探测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参
数输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，
进行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；

[0040] 6)仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，所处的视场环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供虚拟飞行环境，其视场环境信息内会包含
弹头目标三维模型；同时仿真主机将弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型飞行过程中，
所处的视场环境信息发送至第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供虚拟飞行环境，其视
场环境信息内会包含拦截器三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；

[0041] 7)视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频
图像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在
整个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

[0042] 8)研究开发人员根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

[0043] 本发明的优点：

[0044] (1)本发明通过创新性的设计了一种拦截器与攻击弹头软硬件同时在环的半实物仿真系统，

[0045] 同时介绍了其具体的实现方式，即能够单独用于针对拦截器或者攻击弹头的测试开发，也能够用于模拟双方进行反导与反拦截作战，实现对攻击方与防守方武器系统的同
时开发；

[0046] (2)本发明通过创新性的设计一种博弈对抗型半实物仿真系统，在测试博弈双方对抗策略优劣中，实现两者在对抗中互相学习从而不断改进各自策略，与博弈对抗的数值
计算相比，测试结果更可靠；

[0047] (3)本发明的设计架构，不仅仅能够用于反导拦截武器系统的测试开发，本发明中特指导弹拦截与反拦截，而且经过修改，也能够用于地面战车对抗，空中战机格斗对抗等军
事对抗的半实物仿真。

附图说明

[0048] 图1为本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的一个实施例的示意图；

[0049] 图2为本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的信息流向框图；

[0050] 图3为本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的仿真主机虚拟环境下中攻防对抗飞行示意图。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

[0052] 如图1所示，本实施例的本发明的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统，放置于暗室环境中，包括：拦截器仿真系统1、弹头目标仿真系统2、仿真主机3和视景显示屏4；其中，
拦截器仿真系统1用于测试待测拦截器L在虚拟飞行环境下的飞行；弹头目标仿真系统2用
于测试待测弹头目标D在虚拟飞行环境下的飞行；仿真主机3中设置有拦截器三维模型、弹
头目标三维模型和虚拟场景三维模型，用于从拦截器仿真系统1和弹头目标仿真系统2中，
分别接收待测拦截器和待测弹头目标在虚拟飞行环境中的飞行状态，并将待测拦截器和待
测弹头目标的飞行状态分别输入至拦截器三维模型、弹头目标三维模型和虚拟场景三维模
型，实现拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的模拟对抗飞行，并
实时将拦截器三维模型和弹头目标三维模型相互间的对抗态势分别返回至拦截器仿真系
统1和弹头目标仿真系统2；拦截器仿真系统1和弹头目标仿真系统2将拦截器三维模型和弹
头目标三维模型各自所面临的对抗态势，分别用于模拟待测拦截器和待测弹头目标的虚拟
飞行环境，由此分别刷新各自新的飞行状态，再次供仿真主机3接收，从而实现仿真回路闭
环；视景显示屏4调用仿真主机3中拦截器三维模型和弹头目标三维模型的攻防对抗飞行轨
迹数据，并以三维演示方式展示待测拦截器和待测弹头目标在虚拟场景下的飞行对抗，研
究开发人员通过观察视景显示屏4上待测拦截器和待测弹头目标之间相互飞行的位置关系
来判断攻防对抗策略的性能；

[0053] 拦截器仿真系统包括：第一姿态转台11、拦截器仿真平台12和第一高清显示幕布13；其中，待测拦截器安装在第一姿态转台11上；拦截器仿真平台12分别与待测拦截器和第
一姿态转台11相连；拦截器仿真平台12中设置有拦截器仿真计算模型；第一高清显示幕布
13放置在待测拦截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器自身
的第一人称飞行视角内的场景信息以及出现的弹头目标；拦截器仿真平台12和第一高清显
示幕分别与仿真主机相连；待测拦截器对第一高清显示幕布13投放的场景信息以及出现的
弹头目标进行采集获取，同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真平
台12；拦截器仿真平台12将飞控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得
到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测拦
截器，将姿态参数传输至第一姿态转台11，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转
台11根据姿态信号对待测拦截器的姿态进行同步实时调整；

[0054] 弹头目标仿真系统包括：第二姿态转台21、弹头目标仿真平台22和第二高清显示幕布23；其中，待测弹头目标安装在第二姿态转台21上；弹头目标仿真平台22分别与待测弹
头目标和第二姿态转台21相连；弹头目标仿真平台22中设置有弹头目标仿真计算模型；第
二高清显示幕布23放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程
中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器；弹头目标仿真平
台22和第二高清显示幕布23分别与仿真主机相连；待测弹头目标对第二高清显示幕布23投
放的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控
指令传输至弹头目标仿真平台22；弹头目标仿真平台22将飞控指令输入至弹头目标仿真计
算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，
之后将加速度参数输入至待测弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台21，将速度和姿
态参数传输至仿真主机；第二姿态转台21根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实
时调整；

[0055] 仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行探
测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参数
输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进
行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；待测拦截器对待测弹头
目标的拦截和待测弹头目标对待测拦截器的反拦截构成对抗过程；

[0056] 仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，拦截器三维模型自身的第一人称飞行视角内的环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供模拟的飞
行环境，其视场环境信息内会包含弹头目标三维模型；同时仿真主机将弹头目标三维模型
在虚拟场景三维模型飞行过程中，待测弹头目标的第一人称飞行视角内的环境信息发送至
第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供模拟飞行环境，其视场环境信息内会包含拦截器
三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；如图3所示，仿真主机传输至第一高清显示幕布的
拦截器三维模型的飞行视角内的视场环境信息，根据待测拦截器L所配置的图像传感器的
实际探测能力确定，例如探测距离、探测角等，视场环境中是否出现并包含弹头目标三维模
型，取决于此处所提的视场环境FV大小，即待测拦截器的实际探测能力；并且，仿真主机传
输至第二高清显示幕布的弹头目标三维模型的飞行视角内的视场环境信息，根据待测弹头
目标D所配置的图像传感器的实际探测能力确定，例如探测距离、探测角等，视场环境中是
否出现并包含拦截器三维模型，取决于此处所提的视场环境FV大小，即待测弹头目标的实
际探测能力；仿真主机在虚拟场景三维模型中添加障碍物模型，图3中VS为虚拟场景，O为障
碍物。

[0057] 视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频图
像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在整
个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

[0058] 研究开发人员根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

[0059] 待测拦截器包括：拦截器飞控主板、拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块；其中，拦截器惯性测量组合、拦截器图像传感器和拦截器通讯传输模块
分别连接拦截器飞控主板；待测拦截器通过拦截器图像传感器，对第一高清显示幕布投放
的场景信息以及弹头目标进行采集获取，同时通过拦截器惯性测量组合对自身姿态进行感
知，将采集信息和感知信息传输给拦截器飞控主板，拦截器飞控主板对信息进行处理，并利
用板上烧录的具备拦截功能的飞控算法生成飞控指令，飞控指令通过拦截器通讯传输模块
传输至拦截器仿真平台；拦截器仿真平台将飞控指令输入至拦截器仿真计算模型，通过进
行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速
度参数通过拦截器通讯传输模块输入至拦截器飞控主板，拦截器飞控主板在生成上述飞控
指令的过程中利用了此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第一姿态转台，将
其中的速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转台根据姿态信号对待测拦截器的姿态
进行同步实时调整。

[0060] 待测弹头目标包括：弹头目标飞控主板、弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器、弹头目标通讯传输模块；其中，弹头目标惯性测量组合、弹头目标图像传感器和弹头
目标通讯传输模块分别连接弹头目标飞控主板；待测弹头目标通过其弹头目标图像传感
器，对第二高清显示幕布投放的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过弹头
目标惯性测量组合对自身姿态进行感知，将采集信息与感知信息传输给弹头目标飞控主
板，弹头目标飞控主板对信息进行处理，并利用板上烧录的具备反拦截功能的飞控算法生
成飞控指令，飞控指令通过弹头目标通讯传输模块传输至弹头目标仿真平台；弹头目标仿
真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行
状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将其中的加速度参数通过弹头目标通讯传输
模块输入至弹头目标飞控主板，在此指出，飞控主板在生成上述飞控指令的过程中利用了
此处接收的加速度参数，将其中的姿态参数传输至第二姿态转台，将其中的速度和姿态参
数传输至仿真主机；第二姿态转台根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实时调
整。

[0061] 本实施例的用于导弹攻防对抗的半实物仿真系统的实现方法，包括以下步骤：

[0062] 1)系统连接：

[0063] a)将待测拦截器安装在第一姿态转台上；

[0064] b)将拦截器仿真平台分别与待测拦截器和第一姿态转台相连；

[0065] c)在拦截器仿真平台中设置拦截器仿真计算模型；

[0066] d)将第一高清显示幕布放置在待测拦截器周围，用于投放待测拦截器在虚拟场景飞行过程中，待测拦截器自身视场内的场景信息以及出现的弹头目标；

[0067] e)将拦截器仿真平台和第一高清显示幕分别与仿真主机相连；

[0068] f)将待测弹头目标安装在第二姿态转台上；

[0069] g)将弹头目标仿真平台分别与待测弹头目标和第二姿态转台相连；

[0070] h)在弹头目标仿真平台中设置弹头目标仿真计算模型；

[0071] i)在第二高清显示幕布放置在待测弹头目标周围，用于投放待测弹头目标在虚拟场景飞行过程中，待测弹头目标自身视场内的场景信息以及出现的拦截器；

[0072] j)弹头目标仿真平台和第二高清显示幕布分别与仿真主机相连；

[0073] 2)待测拦截器对第一高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的弹头目标进行采集获取，同时对自身姿态进行感知，并形成飞控指令传输至拦截器仿真
平台；

[0074] 3)拦截器仿真平台将飞控指令输入至其拦截器仿真计算模型，通过进行仿真计算得到拦截器的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待测
拦截器将姿态参数传输至第一姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第一姿态转
台根据姿态信号对待测拦截器的姿态进行同步实时调整；

[0075] 4)待测弹头目标对第二高清显示幕布投放的自身飞行视角内的场景信息以及出现的拦截器进行采集获取，同时通过对自身姿态进行感知，形成飞控指令传输至弹头目标
仿真平台；

[0076] 弹头目标仿真平台将飞控指令输入至弹头目标仿真计算模型，通过进行仿真计算得到弹头目标的飞行状态参数，包括加速度、速度和姿态参数，之后将加速度参数输入至待
测弹头目标，将姿态参数传输至第二姿态转台，将速度和姿态参数传输至仿真主机；第二姿
态转台根据姿态信号对待测弹头目标的姿态进行同步实时调整；

[0077] 5)仿真主机将所接收到的拦截器的速度和姿态参数，输入至拦截器三维模型，实现拦截器三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，进行巡航飞行，并对弹头目标进行
探测、追踪和击落，完成拦截任务；并且，仿真主机将所接收到的弹头目标的速度和姿态参
数输入至弹头目标三维模型，实现弹头目标三维模型在仿真主机的虚拟场景三维模型中，
进行巡航飞行，并对拦截器进行探测、躲避和逃逸，完成反拦截任务；

[0078] 6)仿真主机将拦截器三维模型在虚拟场景三维模型中飞行时，所处的视场环境信息发送至第一高清显示幕布，为待测拦截器提供虚拟飞行环境，其视场环境信息内会包含
弹头目标三维模型；同时仿真主机将弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型飞行过程中，
所处的视场环境信息发送至第二高清显示幕布，为待测弹头目标提供虚拟飞行环境，其视
场环境信息内会包含拦截器三维模型；在此整个仿真回路形成闭环；

[0079] 7)视景显示屏从仿真主机中调用实时的拦截器三维模型和弹头目标三维模型，同时生成拦截器三维模型和弹头目标三维模型在虚拟场景三维模型中的实时视频图像，视频
图像中包括拦截器三维模型和弹头目标三维模型各自的实时飞行位置和姿态，以及两者在
整个对抗过程中的飞行轨迹曲线记录；

[0080] 8)研究开发人员根据生成的飞行轨迹曲线，同时对导弹拦截技术与导弹反拦截技术进行分析研究，实现对测试中所应用攻防策略算法的改进与开发。

[0081] 最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修
改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权
利要求书界定的范围为准。