⽤matlab模拟炮弹射击，基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真
⽅法与流程
本发明属于引信靶场⼲扰试验技术领域，特别是⼀种更贴近实际、欺骗性强、成功率⾼的基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真⽅法。
背景技术：
引信靶场⼲扰试验是检验引信⼲扰策略有效性最直接的途径，但靶场试验要求⾼，实施周期长，成本代价⼤，如果能在靶场试验前通过软件系统，仿真验证相关⼲扰⽅法的可⾏性，将极⼤提⾼⼲扰⽅研究者的效率。
⽬前，⼤部分的引信⼲扰仿真模型：⼲扰机位于⽬标处，发射简单的调幅信号，弹⽬之间距离匀速变化，仿真的⼲扰时间从弹⽬距离⼏⼗⽶开始，⼀般只有零点⼏秒。
因此，现有技术存在的问题是：⼲扰模型理想简单；⼲扰信号未经增幅调制欺骗性不强；⼲扰时间短，在实际⼲扰中成功率不⾼。
技术实现要素：
本发明的⽬的在于提供⼀种基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真⽅法，更贴近实际、欺骗性强、成功率⾼。
实现本发明⽬的的技术解决⽅案为：
⼀种基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真⽅法，包括如下步骤：
(10)全弹道仿真：根据炮弹在空中飞⾏特性微分⽅程组，利⽤四阶龙格-库塔迭代法求解炮弹全弹道数据；
(20)信号处理仿真：根据⽣成的引信发射信号和从炮弹全弹道数据中提取引信弹⽬距离，仿真接收回波信号、混频、多普勒选通滤波和提取特征参量；
(30)特征参量判决：根据确定型号引信的特征参量门限，将提取的特征参量与门限范围进⾏⽐较，输出启动信号；
(40)⼲扰实施仿真：根据⼲扰机发射信号，计算⼲扰距离，获取接收⼲扰信号。
本发明与现有技术相⽐，其显著优点为：
1、贴近实际：在落弹区域侧⽅布置⼲扰机，⼲扰模型更贴近战场引信的⼲扰实际环境；
2、欺骗性强：⼲扰信号经过周期性地增幅调制，欺骗性增强；
3、成功率⾼：⼲扰机在引信开机后实施⼲扰，⼲扰持续时间长，提⾼了⼲扰成功率。
下⾯结合附图和具体实施⽅式对本发明作进⼀步的详细描述。
附图说明
图1是本发明基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真⽅法的流程图。
图2是全弹道仿真中炮弹在空中的运动状态分解图。
图3是仿真中⼲扰机和引信的相对位置⽰意图。
如何用matlab将已知点连线
图4是实施例中⼲扰信号模块输出的⼲扰信号时域图。
图5是实施例中系统在欺骗式⼲扰下输出的启动信号。
具体实施⽅式
如图1所⽰，本发明基于matlab的引信靶场⼲扰试验仿真⽅法，包括如下步骤：
(10)全弹道仿真：根据炮弹在空中飞⾏特性微分⽅程组，利⽤四阶龙格-库塔迭代法求解炮弹全弹道数据；
图2为全弹道仿真中炮弹在空中的运动状态分解图。
所述(10)全弹道仿真步骤具体为：
利⽤四阶龙格-库塔迭代法求解下述引信在弹道上任意⼀点的速度、加速度微分⽅程组：
得到不同射击条件下，不同型号引信在空中运动过程中的实时运动状态炮弹全弹道数据，包括落⾓、落速、⽔平距离、垂直距离，其中垂直距离是仿真接收信号幅度的计算依据，落速、落⾓是设计多普勒带通滤波器的依据；
上式中，x为引信⽔平距离，y为引信垂直距离，vx为引信的⽔平速度，vy为引信的垂直速度，c为弹道系数，g为重⼒加速度，H(y)为空⽓密度函数，G(v)为空⽓阻⼒函数。
(20)信号处理仿真：根据⽣成的引信发射信号和从炮弹全弹道数据中提取引信弹⽬距离，仿真接收回波信号、混频、多普勒选通滤波和提取特征参量；
所述(20)信号处理仿真步骤包括：
(21)引信发射信号：根据连续波多普勒引信载频f0⽣成引信发射信号；
(22)提取引信弹⽬距离：从炮弹全弹道数据中提取引信距地⾯垂直距离；
(23)接收回波信号：将引信发射信号进⾏幅度衰减、相位延时⽣成回波信号；所述(23)接收回波信号步骤包括：
(231)幅度衰减：按下式进⾏引信发射信号幅度衰减，
式中，N为地⾯反射系数；λ＝c/f0是引信的⼯作波长；Pt是引信的辐射功率；Dt是引信发射天线增益；是引信发射天线⽅向性函数；是弹⽬连线和弹轴的夹⾓；Dr是引信接收天线增益；是引信接收天线⽅向性函数；RΣ是引信天线辐射电阻；上述参数都是引信本⾝的特征参数。
(232)相位延时：按下式进⾏引信发射信号相位延时，
τ＝2H/c，
式中，H为引信距地⾯垂直距离，c为光速。
实际上，引信开机后的⼀段时间内回波信号幅度很⼩，未达到接收机灵敏度，因此仿真时从引信距地⾯50⽶开始⾄2⽶结束。
(24)混频：将引信接收机接收到的信号和引信本振信号混频，滤除⾼频部分，得到多普勒信号；
(25)多普勒选通滤波：根据多普勒频率范围得到带通滤波器的通带范围，对多普勒信号进⾏带通滤波，滤除部分⾼频信号及潜在的⼲扰信号；
所述(25)多普勒选通滤波步骤中，通滤波器的通带范围由多普勒频率范围适当放⼤⽽成，所述多普勒频率范围由下式计算获得：
fd＝2f0·[vmin,vmax]/c，
式中，f0为引信发射信号载频，[vmin,vmax]为炮弹末端垂直落速范围，c为光速。
(26)提取特征参量：对多普勒信号进⾏提取频率、提取多普勒信号包络和多普勒包络增幅速率。
所述(26)提取特征参量包括：
(261)频率提取：对滤波后的多普勒信号采⽤滑窗式处理，即每做⼀次FFT，数据的起始点往后移⼀个，得到⼀段时间内连续的多普勒频率；
(262)包络提取：先将多普勒信号取绝对值，然后再通过⼀个80Hz的低通滤波器，并乘以系数0.5π补偿滤波后的幅度损失，得到⽤整流滤波提取的多普勒信号包络；
(263)包络增幅速率提取：提取采样点相邻5点的变化率平均值，作为该采样点处的多普勒增幅速率。
(30)特征参量判决：根据确定型号引信的特征参量门限，将提取的特征参量与门限范围进⾏⽐较，输出启动信号；
所述(30)特征参量判决步骤包括：
(31)引信型号同⼀性判断：判断引信是否为同⼀型号，如是，则转⾄步骤(33)；同⼀型号的引信其特征参量门限也是确定不变的。如否，则顺序执⾏，⾄步骤(32)。
(32)特征参量门限确定：提取炮弹在临界射击条件下引信的特征参量，包括频率、幅度、增幅速率，并根据提取的特征参量范围设定启动门限；
根据炮弹的临界射击条件P1、P2，依次执⾏步骤(10)(20)分别得到两种条件下，落地前引信信号的特征参量，包括频率、幅度、增幅速率，并根据特征参量的范围设定启动门限。在模拟引信⼯作过程或是⼲扰过程时，对于确定型号的炮弹引信，此步骤只需执⾏⼀次。
(33)门限判决：将提取的引信特征参量与启动门限进⾏⽐较，当频率、幅度、增幅速率三个特征参量均在门限范围内时，输出启动信号。
⾄此，完成了引信正常⼯作时的全过程仿真。从仿真步骤来看，引信信号在处理过程中射击弹⽬距离的信息均从全弹道数据中获得，提取的特征参量更加准确，整个仿真过程也更加准确。对于同种型号
的炮弹、引信，在不同射击条件下，按步骤(10)(20)(30)执⾏，还可以仿真相应条件下引信的⼯作过程，及步骤(20)中各个⼦步骤中的引信信号特征。
(40)⼲扰实施仿真：根据⼲扰机发射信号，计算⼲扰距离，获取接收⼲扰信号。
所述(40)⼲扰实施仿真步骤包括：
(41)⼲扰机发射信号：⼲扰机发射如下式所⽰的调幅连续波信号：
uj(t)＝Ujcos(Ωt)cos(ωjt)，
式中：Uj为⼲扰信号幅度，Ω为调幅频率，ωj为⼲扰信号载波频率；
(42)⼲扰信号增幅调制：为满⾜多普勒增幅欺骗的要求，增强⼲扰信号欺骗性，还需要对⼲扰信号再进⾏增幅调制，增幅调制信号如下式：
，
其中，
C0为引信回波信号的幅度常数，Cj为引信接收到的⼲扰信号幅度常数，Rj0为初始⼲扰距离，v0为⼲
扰信号模拟的末端引信垂直速度，Tz ＝(50-2)/v0为增幅调制周期，K为调制周期数，vj0为⼲扰速度，λj为⼲扰信号波长；Pj为⼲扰机的辐射功率；Dj为⼲扰机发射天线增益；为⼲扰机发射天线⽅向性函数。
⼲扰信号模拟逼近的引信末端速度为v0；
在每个增幅调制周期内，对⼲扰信号按照模拟的⽬标增幅曲线进⾏调制，使得⼲扰信号的增幅曲线逼近真实⽬标回波信号；
设⼲扰信号模拟逼近的引信末端速度为v0，则该条件下的多普勒信号幅度为：
设⼲扰机初始⼲扰距离为Rj0，⼲扰速度vj0，由⼲扰机位置决定，具体数值从全弹道数据中获得，则⼀个调制周期内，⼲扰信号幅度可改写为：
从⼲扰机发射信号的仿真过程来看，只要⼲扰机位置合适，⼀经确定，总能设计出恰当的增幅调制信号，在每个增幅调制周期内的⼲扰信号都能模拟真实回波信号，在整个⼲扰过程中⼲扰成功率⼤⼤提⾼。
(43)⼲扰距离计算：
根据下式，计算在⼲扰过程中⼲扰机到引信弹道任意⼀点P的距离：
，
式中，X0为⼲扰机距离炮弹落点距离，Rm为炮弹射程，R1为引信⽔平距离，H1为引信垂直距离，Rm、R1、H1可由步骤(10)仿真的全弹道数据获得。
(44)⼲扰信号接收：引信接收到的⼲扰信号与⼲扰机发射的信号相⽐，存在幅度衰减，相位延迟的特点。
引信接收到的⼲扰信号的相位延时由下式得到：
τj＝Rj/c，
式中，Rj为⼲扰距离由步骤(43)获得，c为光速。
引信接收到的⼲扰信号经衰减后的幅度如下式：
实施⼲扰的仿真过程主要是⽤⼲扰机发射信号，计算⼲扰距离，引信接收⼲扰信号这三个⼦步骤代替(21)(22)(23)，然后顺序执⾏(20)剩余⼦步骤和步骤(30)。在本仿真中，⼲扰机位于落弹区域的侧⽅，位置关系如图3所⽰，引信在弹道上A点接电⼯作，⼲扰机同时开机发设⼲扰信号，直⾄炮弹距离地⾯100m的B点时结束，整个过程⼤约⼏秒，⼲扰时长远远⼤于现有的⼲扰模型。
⾄此，⼲扰机发射信号和引信接收信号的仿真步骤完成，接下来信号处理步骤和引信回波信号的相同。从实施⼲扰的步骤来看，⼲扰模型按照图3建⽴更加贴近实际情况，⼲扰机和引信之间的相对运动状态由全弹道数据计算获得，使引信接收到的⼲扰信号更加真实准确，增加了⼲扰结果判定的可信度，⼲扰时长远远⼤于现有模型，⼲扰信号经过增幅调制后欺骗性增强，提⾼了⼲扰成功率。
实施例
查阅资料，某152mm加榴炮临界射击条件为：
(1)全号装药，初速度655m/s，射⾓45°，
(2)四号装药，初速度241m/s，射⾓20°。
某型连续波多普勒引信载频为750MHz，落地前5s开机⼯作，最佳起爆距离2～10m。引信发射天线增益Dt＝10，引信接收机天线增益Dr ＝1.6，引信发射天线⽅向系数Ft＝0.707，引信接收天线⽅向系数Fr＝0.866。
某⼲扰机按图3位置关系，布置在距离落点X0＝200m处，⼲扰机采⽤瞄准式⼲扰⽅式，调幅频率Ω＝1kHz。
根据加榴炮射击临界参数，执⾏步骤(10)，得到引信最⼤落速397.90m/s，最⼤落⾓56.37°；最⼩落速213.58m/s，最⼩落⾓
21.65°，射程为24616m。根据落速、落⾓的临界值，换算成垂直速度，执⾏⼦步骤(25)，得到多普勒范围388～1656Hz，设计多普勒带通滤波器通带为300～1800Hz。
根据临界射击参数，执⾏步骤(10)(20)及⼦步骤(31)(32)，得到引信特征参量门限如下：
假设引信需要模拟的引信垂直落速为300m/s，据此数据执⾏步骤(40)可以得到如图4所⽰的经过增幅调制的⼲扰信号。然后依次执⾏步骤(20)(30)，得到如图5所⽰的引信启动情况，据此得出结论，经过增幅调制的⼲扰信号成功实施了欺骗⼲扰。

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