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雷达/红外复合制导并行仿真系统控制策略设计

更新时间:2009-03-28

0 引言

复合制导是导弹末制导技术的重要发展方向。由于采用两个或多个不同体制、不同波段的传感器分时或同时工作,复合制导可最大限度发挥传感器优势,拓展导引头工作空域及时域,使导引头具备更优的综合战技性能[1-2]。复合制导还增加了对抗末制导的决策难度和技术难度,提高导引头的抗干扰能力。雷达/红外复合制导作为最典型的复合制导样式,兼具雷达可全天候工作、探测距离远和红外探测精度高的优势,获得了广泛的应用[3-6]

半实物仿真是雷达/红外复合导引头试验的重要方法,一直备受关注。依据复合导引头多传感器的特点,构建雷达/红外复合制导半实物仿真系统可采用两种方法。第一种方法是在雷达制导半实物仿真系统基础上,在微波暗室内增加红外场景模拟设备,并通过透雷达波、反红外的波束合成器实现雷达、红外信号耦合,为被试导引头提供真实的雷达、红外仿真场景[7]。这一方法受波束合成器性能制约较大,存在雷达信号畸变、红外成像分辨率下降、实现难度大等问题[8-9]。第二种方法,就是将雷达制导和红外制导半实物系统联合起来,实现数据和逻辑的融合,共同完成复合导引头半实物仿真试验。由于雷达或红外制导半实物仿真系统实现技术比较成熟,此方法克服了第一种方法存在的问题。具有现实意义的是,这种方法复用独立仿真系统的大部分设备,可降低建设成本,充分发挥已有仿真系统的综合效益。显然,要使两仿真系统实现信息和逻辑一体化,进而实现联合仿真,控制策略是关键所在。

本文在提出雷达/红外复合制导并行半实物仿真系统结构的基础上,分析并行半实物仿真系统的工作过程,重点研究并行半实物仿真系统的控制策略。

1 并行半实物仿真系统结构和工作过程

1.1 结构组成

雷达/红外复合制导并行半实物仿真系统(下文称并行系统)是在雷达制导半实物仿真系统(下称雷达系统)和红外制导半实物仿真系统(下称红外系统)已有结构的基础上,增加通信互联设备,达成物理连接的统一;设计兼容的工作流程,使两系统各节点具备统一的工作逻辑和控制流程;指定各节点的通信协议,如控制指令、通信数据的读写地址、接口关系等,使两系统具备协调的数据和指令接口。从而形成物理分离、信息互通、逻辑一致的仿真系统。因此,并行系统包括红外系统、雷达系统、通信网络、并行系统综控单元、主仿真单元、被试品接口单元、数据单元及被试品[10-11],结构如图1所示。

  

图1 雷达/红外并行半实物仿真系统结构图Fig.1 The structure of joint simulation system for radar/IR combined guidance

雷达系统和红外系统是并行系统的主要组成部分,两者结构类似,主要包括:综控单元、主仿真单元、数据单元、被试品接口单元、显示单元、目标模拟单元、仿真转台,各部分功能如下。

综控单元:仿真系统的管理与流程控制核心,试验准备阶段完成态势编辑、分发;试验实施阶段完成流程控制、试验状态和信息监控等工作。还具备对仿真系统软、硬件状态监视、管理及控制功能。

“原来一行和尚与司徒一一经营几个月,是将万花因入口,藏在了山顶松树林里!”乌有先生嚷道。少年们抬头往天上看,他与子虚却在打量四周的山岭。玉玦射出的奇光往北,恰好划过黄梁村后的大山,山脊白雪皑皑,青松列列,山脊一线曲折如蛇。天地动摇的一瞬,山脊如龙蛇摆尾,瞬息即停,玉玦与山脊相交的几棵青松,莹然生光,好像松树之下,隐藏着大山的口吻,忽忽由山腹之中吐出微微珠华,将它们照成琼枝玉树。

主仿真单元:试验运行时完成导弹动力学、运动学、控制模型等解算,实现导弹运动及控制过程的仿真;完成目标位置等信息的解算;实时控制导弹姿态和目标模拟。该单元为实时仿真提供同步信号,试验运行时是仿真系统的控制核心。

将红外系统综控单元作为代理单元,并行系统态势的分发过程如图2所示。

被试品接口单元:是被试品和仿真系统间的电气和信息接口,完成被试品与仿真系统间指令及数据的读取、写入和转发。

显示单元:试验运行时,采用图表、曲线、地图等方式实时显示指令、数据等信息,是仿真系统的信息显示中心。

目标模拟单元:试验运行时模拟目标、背景、干扰等的红外场景或雷达信号,为被试品提供真实的信号环境。

仿真转台:试验运行时模拟导弹姿态及弹目相对运动,红外系统中采用五轴转台,雷达系统中采用三轴转台。

雷达系统和红外系统的以太网和实时网用网络互连设备连接,构成并行系统通信网络。并行系统综控单元、主仿真单元、被试品接口单元、数据单元复用雷达系统相应单元,在联合试验时实现对应功能。被试品由雷达模块、红外模块和制导信息融合设备组成,通过被试品接口单元与并行系统连接。

1.2 工作过程

试验实施阶段包括流程控制和试验运行,分别设计对应的控制策略。

1)“代理式”方法

仿真试验时,被试品雷达模块安装在三轴转台上,红外模块安装在五轴转台三轴台上,由雷达、红外目标模拟单元分别产生环境、目标、干扰的雷达信号环境和红外场景,构建真实的导弹-场景空间关系。试验准备阶段综控单元生成联合仿真试验态势,试验实施阶段,综控单元控制各单元执行统一的工作流程,主仿真单元完成联合仿真信息解算,控制各参试单元同步工作,完成雷达和红外场景模拟、导弹目标空间运动仿真、被试品信息交互、数据记录及试验进程监控,从而实现“联合”仿真。

1.3.3 产程中观察指标及关注要点 ⑴为了尽量确保孕妇的安全分娩,发生紧急情况,可及时进行剖宫产终止妊娠,尽力保障在30min内实施紧急剖宫产,产科、麻醉科、儿科和手术室人员齐全,有抢救小组的支持,保证母婴的生命安全。⑵临产后持续胎心监护和心电监护;产程中不使用催产素;注意子宫下段压痛情况。⑶由于子宫破裂的最常见的体征是胎心异常,有效的麻醉并不掩盖子宫破裂的症状和体征。⑷VBAC娩出胎儿分娩机转和胎盘娩出与正常阴道分娩并无不同。但当子宫大量出血或低容量的体征是子宫破裂的表现,需要仔细探查软产道。

2 并行半实物仿真系统控制策略

2.1 控制策略的描述

定义一种特殊集合来描述并行系统控制策略,称为控制策略类。设控制策略:

 

控制策略类元素包括信息子集和操作子集,信息子集是控制策略类的信息集合,操作子集是控制方法、通信方法等操作的集合。控制策略类通过交互信息及操作方法,完整描述并行系统的信息交互和控制过程。

2.2 试验准备阶段控制策略

设雷达、红外系统回令策略分别为RA={RAI;RAE}、IA={IAI;IAE},其中,RAI和IAI为雷达、红外系统回令集合;RAE和 IAE为雷达、红外系统回令交互方法。定义并行系统的回令策略为 JA={JAI;JAE},JAI是并行系统回令集合,JAE为回令交互方法。由于回令和指令存在对应关系,因此:

为保证试验态势信息完整性,并行系统态势信息应包含雷达、红外系统态势信息,即:

 

并行系统对雷达系统各单元态势分发采用原方法RRE,对红外系统分发有两种方法:一种为“代理式”方法,另一种为“侵入式”方法。

在很久很久以前,有这么一天,长白山上有八个猎人正在打猎,突然大地颤抖,响声如雷,雾气腾腾,天暗地旋,长白山变成一片汪洋大海。又过了不多时候,水呢,都退了。八个猎人往山底下一看,所有的村庄房屋,都淹没了,大地也变了样。没办法,八个猎人只好留在山上。

数据单元:仿真系统的试验数据中心,在试验运行时实时记录仿真数据。试验后具有数据查看、删除、索引等功能。

在拉曼光谱分析中,为了消除来自高频的随机噪声、基线漂移、散射光干扰等因素带来的误差,在建立定标模型时,常采用不同的光谱预处理方法对光谱进行处理后建模,可以提高模型的可靠性[9]。本实验的光谱数据由OPUS软件进行采集和转换,采用Savitzky-Golay平滑(7点2次平滑)、多元散射校正(MSC)、一阶导数(1st D)和二阶导数(2nd D)等预处理方法对光谱数据进行预处理,采用Unscrambler 10.0软件中的PLS1方法建立数学模型,选择最佳模型。

图2中,RRE、IRE为雷达、红外系统态势分发方法;SRE为并行系统向红外综控单元分发态势的方法,ITE为红外综控单元对态势解析处理方法。并行系统综控单元经SRE将态势分发给红外综控单元,由红外综控单元对态势进行处理,然后二次分发给各单元。并行系统态势分发方法为:

 

式中:“+”代表操作方法按时序叠加,下同。

  

图2 “代理式”试验态势分发过程Fig.2 Initial state distribution of “acting mode”

由图可知,随着电流的增大,聚合物的分子量也不断增大.由电化学聚合机理中引发过程可知,当电流增大时产生大量的电子,从而使·自由基由于得到过多的电子变成负离子,即,造成自由基减少,分子量增大,从而进一步印证了实验结果.

2)“侵入式”方法

由并行系统综控单元代替红外综控,直接将态势分发给红外系统各单元,分别经RRE和IRE完成对雷达、红外系统态势分发。态势分发过程如图3所示。

用体积散射函数β(θ)表示一个散射体积元在准直光束中传输时所产生的射散,式(2)。其描述的是入射光束在水中的某个散射体上的散射角度的分布:

  

图3 “侵入式”试验态势分发过程Fig.3 Initial state distribution of “intrude mode”

则并行系统态势分发方法为:

 

2.3 试验实施阶段控制策略

并行系统以雷达/红外复合导引头为被试品,雷达模块和红外模块采用“分时接力”或双模工作模式,分别接收雷达回波和红外信号,输出各自的目标识别、跟踪信息。制导信息融合设备接收雷达模块和红外模块的单模跟踪信息,根据融合策略进行决策、融合处理,输出综合的制导信息用于导弹控制。

2.3.1 流程控制策略

并行系统流程控制的主体是综控单元,综控单元下发指令控制各单元执行对应工作流程,并接收各单元回令了解指令执行情况。流程控制策略包括指令策略和回令策略。

1)指令策略

设雷达、红外系统指令策略分别为 RC={RCI;RCE}、IC={ICI;ICE},其中,RCI和ICI为雷达、红外系统的指令集合;RCE和ICE是雷达、红外系统指令收发方法。定义并行系统指令策略为JC={JCI;JCE},JCI是并行系统指令集合,JCE为指令交互方法。指令集合JCI取决于联合仿真试验的控制流程,且不超过RCI、ICI的范围,即:

同样的身高体重,为什么Ta看起来比我精瘦很多?众所周知,同样重量的脂肪其体积可以是肌肉的三倍,因此,衡量人体胖瘦度的标准不能仅是脂肪的多少,它与肌肉量、水分率、骨盐量等都有关系。

 

并行系统对雷达系统各单元指令交互用原方法RCE完成。对红外系统指令交互也可采用“代理式”和“侵入式”两种方法。采用“代理式”方法时:

 

将红外系统综控单元作为代理单元,式中,SCE为并行系统向红外综控单元发送指令的方法,IZE为红外综控单元对指令解析方法。指令由并行系统综控单元经SCE发送给红外综控单元,经IZE完成解析,经ICE发送并由红外系统各单元接收。

采用“侵入式”方法时,由并行系统综控单元采用ICE方法直接将指令发给红外系统各单元,有:

 

2)回令策略

并行系统执行试验态势编辑、分发工作,设雷达、红外系统态势分发策略分别为RR={RRI;RRE}、IR={IRI;IRE},其中,RRI、IRI是雷达、红外系统态势信息;RRE、IRE是雷达、红外系统态势分发方法。设并行系统控制策略JR={JRI;JRE},JRI和JRE是并行系统态势信息和分发方法。

 

与指令收发相反的是,回令由各单元发出,由综控单元接收。回令交互的两种方法如图4、图5所示。

  

图4 直接回令过程Fig.4 Process of direct response

  

图5 间接回令过程Fig.5 Process of indirect response

采用直接回令策略时,各单元按原方法发出回令,并行系统综控单元分别按两系统各自方法接收所属单元的回令,此时:

有了这样的要求,那么,以往“波澜不惊”的一个腔调“平铺直叙”肯定是不行的。怎样才能让别人一听就明白、耳目一新呢?学生的创意无极限开始了——有的学生在读题时,先是用一般音量正常朗读,读到关键的词、句时突然将音调提高八度或加重语气,以示区别;有的学生则故作神秘,念到关键的地方突然停住,让大家错愕几秒后才慢悠悠地继续读下去(那意思,你懂的)还有的学生读题时配合着动作,手舞足蹈……每一次的“趣味读题”,课堂都成了欢乐的海洋,枯燥、沉闷的数学题仿佛一下子鲜活起来,学生惊喜地发现,原来数学也可以这么玩!

 

采用间接回令策略时,各单元按原方法发出回令,并行系统综控单元按原方法接收雷达系统各单元回令;红外综控单元接收红外系统各单元回令后,经处理后发出,由并行系统综控单元接收回令,此时:

 

2.3.2 试验运行控制策略

试验运行时,并行系统的控制核心是主仿真单元,主仿真单元定时解算导弹、目标等仿真数据,发出仿真数据及同步信号;其它单元接收并实时响应同步信号,完成本单元仿真数据接收、解算和发出。试验运行是强实时的工作流程,同步信号和仿真数据均通过实时网传输。此时,并行系统的控制策略包括同步策略、仿真解算策略和数据传输策略。

1)同步策略

同步信号用识别码进行区分,便于实时网内各单元辨别;同步信号可采用广播和定向两种方式发出,采用广播方式可被网内各单元接接收,采用定向方式则只能被指定单元接收。设并行系统同步策略 JO={JOI;JOE},JOI为同步信号识别码,JOE为同步信号发出方法。设雷达、红外系统同步策略分别为 RO={ROI;ROE}、IO={IOI;IOE},则:

当 ROI与 IOI相同时,JOI=ROI或 JOI=IOI;此时,并行系统可采用广播方式或定向方式发出同步信号;

5)将该扰动加﹑减到如(1)所述的下一个固定时间间隔(如6 h)分析循环中,多次重复上述步骤到预报初始时刻获得快速增长模作为小扰动。

当ROI与IOI不同时,JOI=ROI∪IOI;并行系统需采用定向方式将ROI和IOI分别发送给雷达、红外系统指定单元。

2)仿真解算策略

广义上讲,并行系统各单元均进行仿真数据解算,仿真解算策略是各单元仿真数据和解算方法的集合。设并行系统仿真解算策略JL={JLI;JLE},雷达、红外系统仿真解算策略RL={RLI;RLE}、IL={ILI;ILE},其中JLI、RLI、ILI为解算数据,JLE、RLE、ILE为数据解算方法。

师宗县高良乡苗族,无论是前面提到的纳平山村,还是坡业村,都是马关搬来,而且搬入的时间早的有百年,晚的也有40多年。所以,上述马关县的苗族习俗,可以视为高良苗族的参照。

容易得知 JLI=RLI∪ILI,JLE=RLE∪ILE,即并行系统解算数据应包含雷达、红外系统所有仿真数据。具体到各单元来说,联合仿真试验时,红外系统主仿真单元不工作,并行系统主仿真单元解算数据为两系统主仿真单元解算数据的并集;数据单元记录数据为两系统数据单元记录数据的并集;其它各节点解算数据保持不变。因此,需拓展雷达系统主仿真单元解算功能以满足联合仿真数据解算需求;需增加数据单元记录的仿真数据;其它单元均无需修改。

Improved consumer confidence is crucial to an economic recovery.

3)数据传输策略

综上所述,DPN患者使用胰激肽原酶联合木丹颗粒与甲钻胺治疗,疗效较好,临床应用方便,不良反应较轻,值得临床医疗实践中推广应用。

数据传输策略包括写入策略和读取策略,对实时网传输来说,指数据的写入地址和读取地址。设雷达、红外系统数据传输策略分别为 RT={RTI;RTW;RTR}、IT={ITI;ITW;ITR},式中,RTI、ITI为传输数据,RTW、ITW为写入策略,RTR、ITR为读取策略。设并行系统数据传输策略 JT={JTI;JTW;JTR},其中JTI为并行系统传输数据,有JTI=JLI,即传输数据与解算仿真数据一致;JTW和JTR分别为并行系统写入策略和读取策略,由于数据的读取地址和写入地址有关,读取策略和写入策略相互影响。并行系统写入策略与系统结构和仿真解算策略有关,分析知,并行系统主仿真单元写入数据被系统其余单元读取,而其它单元写入数据只被雷达或红外系统内部单元读取。

并行系统传输策略一:保持各单元仿真数据读取地址不变,此时:

 

主仿真单元将解算的仿真数据分为红外系统数据和雷达系统数据,将数据分别写入红外、雷达系统主仿真单元地址,其它单元仿真数据的写入地址保持不变。

传输策略二:并行系统主仿真单元将仿真数据写入新地址,两系统各单元根据写入地址改变本单元数据读取地址;其余单元写入地址和读取地址不变。

2.4 控制策略优选

并行系统控制的基本原则是:减少控制步骤、简化控制流程,易于系统实现。依此对各控制策略进行比较优选。

1)对于态势分发策略和指令策略,采用“侵入式”方法控制步骤少,只需修改雷达综控单元,是较优化的控制策略。对于回令策略,采用间接回令需红外综控单元参与,控制步骤多;而直接回令方法由并行系统综控单元直接读取回令,是较优化的控制策略。值得注意的是,若雷达、红外系统态势分发、指令、回令过程分别通过实时网和以太网进行时,则需并行仿真系统综控单元同时具备两种网络通信能力,否则只能采取“代理式”和间接控制策略。

2)同步策略。依据雷达、红外系统同步信号识别码,采取广播式或定向式均可。采用定向式可防止两系统独立工作时产生相互干扰。

3)数据传输策略。传输策略二要求各单元修改数据读取地址;保持读取地址不变,仅需修改并行系统主仿真单元,是较优化的控制策略。

3 结论

提出并行系统的结构和工作过程,并就并行系统实现的关键问题—控制策略进行了设计。将并行系统工作过程根据控制需要进行了划分,设计各阶段控制策略,包括:态势分发、指令、回令、同步、仿真解算、数据传输策略,这些控制策略共同组成了并行系统的控制策略。对控制策略进行比较优选,表明:采用“侵入式”方法使态势分发策略和指令策略控制步骤较少、流程较简单;采用直接回令策略能减少控制步骤、简化控制流程;采用定向式同步策略可防止两系统同步信号相互干扰;采用读取地址不变的数据传输策略可从最大程度上减少对各单元的修改。优选的控制策略控制流程简化,便于系统实现。

对称型10G EPON ONU和EPON ONU共存时,EPON的上行带宽是1.25G,由于其所占用的时隙和10G EPON是相同的,所以这种情况下PON口的上行总带宽实际上是达不到10G的。总的上行带宽为:10G/64*M(10G EPON用户)+1.25G/64*(64-M)(EPON用户);

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孙致月,赵世明,陈翾
《红外技术》 2018年第05期
《红外技术》2018年第05期文献

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