一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法

摘要

本发明公开了一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法，包含以下步骤：1：针对飞机平台某一作战任务，进行OODA环路分析，选取各环节参数；2：确定自控终点捕获目标概率要求和导弹散布误差；3：确定满足导弹捕获概率要求的导航误差；4：确定满足导弹捕获概率要求的传感器目标定位误差；5：确定满足要求的火控攻击误差；6：将导航误差、传感器目标定位误差、火控攻击误差进行误差合成，计算导弹出界概率，验证是否满足战技指标“命中率”要求，完成整个基于OODA环路航电系统关键性能指标的闭环分析。本发明不仅提高了系统设计效率，降低了系统复杂程度，可有效支撑航电系统综合设计，而且能够缩短开发周期，节约开发成本。

说明书

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别涉及一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析的方法。

背景技术

航电系统关键性能指标是定量描述航电系统重要特征的一组参数，它是航电系统论证阶段根据作战需要，结合当时技术水平提出来的，是设计和检验航电系统的主要依据。精度分析与误差分配是为了提高航空电子综合系统性能而对影响其精度的因素进行科学分析的方法，它贯穿于航电系统研制、定型的各个阶段，是进行系统方案考核以及性能评估的有效手段。在系统顶层设计中，最关心的是航空电子综合系统的武器火控精度。

如图2所示，美国空军上校创立的“OODA”(Obsersve观察、Orient判断、Decide决策、Action行动)理论已经广泛应用于商业战争(如Dell、Zara)和尖端武器(如F15、F16、C4ISR)的研制中。其中，观察指收集与试图解决的问题有关的信息，为下一步的分析决策提供必要的素材；判断指根据所得信息的特点，及要解决的问题或要达到的目的，建立问题解决模型，对信息进行综合加工；决策指对由问题解决模型所做出的各种决策进行选择，选出有助于问题解决的决策；行动指根据采取行动的结果进行反馈指导，尽快的调整优化观察、判断的方法，做出更明智的决策，以便于比对手更快，取得更好的结果，进而形成良好的“OODA”环。在航空武器装备中，OODA分别被描述成数据获取(观察)、态势认知(判断)、战术决策(决策)、计划执行(行动)。

有鉴于此，本发明提供了一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法，能够将作战飞机任务层级的战技指标“命中率“转化为航电系统层级的关键功能的性能指标要求，支持航电系统导航定位、目标探测、火控攻击等关键性能指标的精度分析与评估，为开展航电系统综合设计提供参考和依据，可提高系统设计效率，缩短开发周期，节约开发成本。

发明内容

为了能找到提高航空电子系统性能的合理途径，本发明的发明目的在于提供一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法，将作战飞机任务层级的战技指标“命中率”转化成航电系统层级的关键功能的性能指标要求，支持航电系统导航定位、目标探测、火控攻击等关键性能指标的精度分析与评估，从而为开展航电系统综合设计提供参考和依据，并提高系统设计效率，缩短开发周期，节约开发成本。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法，包含以下步骤：

步骤1：针对飞机平台某一作战任务，进行OODA环路分析，选取导航定位误差作为数据获取环节的误差，传感器目标定位误差作为数据获取环节和态势认知环节的综合误差，火控攻击误差作为战术决策和计划执行环节的综合误差；

步骤2：根据飞机平台作战任务中航电武器系统采用的“自主制导+末段寻的制导”的两段式制导体制，采用等分配法将战技指标“命中率”分配至自主制导段的自控终点捕获目标概率P_b和在自控终点正常捕获目标的情况下导弹的命中概率P_d；再计算导弹散布误差，所述导弹散布误差包含高度散布σ_dwy误差和侧向散布σ_dwz误差；

步骤3：依据自控终点捕获目标概率P_b和导弹散布误差，建立导航误差传递模型，将平台导航误差传递到目标误差和导弹误差，确定满足导弹捕获概率要求的导航误差；

步骤4：依据自控终点捕获目标概率P_b和导弹散布误差，建立目标定位误差传递模型，将导弹散布误差分配至载机传感器探测定位误差，确定满足导弹捕获概率要求的传感器目标定位误差；

步骤5：依据自控终点捕获目标概率要求和导弹散布误差，建立导弹的任务火控计算数学模型，同时分析影响目标参数计算和导弹自控终点散布的误差因素，采用蒙特卡洛法进行仿真，确定满足要求的火控攻击误差；

步骤6：将步骤3～5中确定的导航误差、传感器目标定位误差、火控攻击误差进行误差合成，计算导弹出界概率，验证是否满足战技指标“命中率”要求，完成整个基于OODA环路航电系统关键性能指标的闭环分析。

依据上述特征，所述步骤2中计算高度散布σ_dwy误差和侧向散布σ_dwz误差的方法为：

(1)在自控终点捕获目标概率P_b确定的情况下，将导弹捕获域等效为矩形，采用等概率分配法，结合正态分布表，计算自主制导段高度捕获概率P_by和侧向捕获概率P_bz，捕获点允许的高度散布σ_by和侧向散布σ_bz；

(2)在命中概率P_d确定的情况下，将导弹捕获域等效为矩形，采用等概率分配法，结合正态分布表，计算末制导段高度命中概率P_dy和侧向命中概率P_dz，命中点允许的高度散布σ_dy和侧向散布σ_dz；

(3)采用等概率分配法，将捕获点允许的高度散布σ_by和侧向散布σ_bz平均分配到目标定位误差及其他误差源上，计算出高度散布σ_dwy误差和侧向散布σ_dwz误差。

依据上述特征，所述步骤3具体包含：

(1)依据导航误差传递叠加原理，建立导航误差传递模型，将飞机平台导航误差叠加到导弹位置误差和目标定位误差上；

(2)以导弹自主制导段的自控终点捕获目标概率P_b作为导航误差的约束指标，建立导弹末制导交接概率数学模型，计算满足导弹捕获目标概率P_b的导航误差。

依据上述特征，所述步骤4具体包含：

(1)采用等分配法将步骤2中的高度散布σ_dwy误差和侧向散布σ_dwz误差分配至载机传感器探测误差，同时建立误差传递模型，计算出传感器距离测量误差σ_R、方位探测误差σ_μ及俯仰探测误差σ_v；

(2)采用等分配法将距离测量误差σ_R、方位探测误差σ_μ及俯仰探测误差σ_v继续分配到至载机的雷达系统、光电系统和电子战系统，计算出同时满足战技指标和导弹捕获目标概率的传感器目标定位误差，所述传感器目标定位误差包括各传感器分系统的目标距离测量误差σ_1R、目标方位探测误差σ_1μ及目标俯仰探测误差σ_1v。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法，能够对影响航空电子系统精度的因素进行科学的分析与仿真计算，将飞机平台任务层级的战技指标“命中率”转化成航电系统层级的关键功能的性能指标要求，支持航电系统导航定位、目标探测、火控攻击等关键性能指标的误差分析与评估，不仅提高了系统设计效率，降低了系统复杂程度，可有效支撑航电系统综合设计，而且能够缩短开发周期，节约开发成本。

附图说明

图1为一种基于OODA环路的航电系统关键性能指标分析方法的流程示意图；

图2为OODA循环示意图；

图3为导弹误差传递叠加示意图；

图4为误差合成流程图。

具体实现方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1的实施例所示，本发明方法从顶层战技指标“命中率”入手，结合飞机作战任务特点及OODA环路理论(如图2所示)，选取OODA环路中的航电系统关键性能参数，然后采用逐段分配的方法进行精度分析，确定导航定位误差、传感器目标定位误差、火控攻击误差等关键性能指标；最后再将各个性能指标的精度要求进行误差合成，验证是否满足战技指标，实现从误差分配到误差合成的闭环分析。该实施例的实现步骤如下：

步骤1：针对飞机平台某一作战任务，其OODA环任务过程为数据获取(O)、态势认知(O)、战术决策(D)、计划执行(A)。选取OODA环中的典型关键性能指标进行精度分析，本例中选取导航定位误差、传感器目标定位误差、火控攻击误差作为分析目标；其中，导航定位误差为数据获取(O)环节的误差，传感器目标定位误差为数据获取环节(O)和态势认知环节(D)的综合误差，火控攻击误差为战术决策(决D)和计划执行(A)环节的综合误差。

步骤2：根据飞机平台作战任务中航电武器系统采用的“自主制导+末段寻的制导”的两段式制导体制，自主制导段的精度影响导弹对目标的捕获，末制导段的精度直接影响导弹对目标的命中。

(1)采用等分配法将战技指标“命中率”P分配至导弹自主制导段的自控终点捕获目标概率P_b和在自控终点正常捕获目标的情况下导弹的命中概率P_d，同时假设导弹散布服从正态分布；

(2)在导弹自主制导段捕获目标概率P_b确定的情况下，导弹捕获点的允许散布主要取决于导弹的捕获域。将导弹捕获域等效为矩形，同样采用等概率分配法，结合正态分布表，计算自主制导段高度捕获概率P_by和侧向捕获概率P_bz，捕获点允许的高度散布σ_by和侧向散布σ_bz；

(3)在导弹末制导段命中概率P_d确定的情况下，原理同(2)，计算末制导段高度命中概率P_dy和侧向命中概率P_dz，命中点允许的高度散布σ_dy和侧向散布σ_dz；

(4)导弹散布误差σ_dw是影响导弹自主制导段捕获目标概率P_b的主要误差源，采用等概率分配法，将导弹自主制导段捕获点允许的高度散布σ_by和侧向散布σ_bz平均分配到目标定位误差及其他误差源上，可计算出导弹散布误差，导弹散布误差包括高度散布σ_dwy误差和侧向散布σ_dwz误差；

步骤3：依据自控终点捕获目标概率P_b和导弹散布误差，分析产生导航误差的主要来源，建立导航误差传递模型，将平台导航误差传递到目标误差和导弹误差，确定满足导弹捕获概率要求的导航误差。具体为：

(1)依据导航误差传递叠加原理，原理图3所示，建立导航误差传递模型，将飞机平台导航误差叠加到导弹位置误差和目标定位误差上。

(2)以导弹自主制导段的自控终点捕获目标概率P_b作为导航误差的约束指标，建立导弹末制导交接概率数学模型，计算满足导弹捕获目标概率P_b的导航误差。

步骤4：依据导弹捕获目标概率要求和导弹散布误差，分析产生目标定位误差的主要来源，建立目标定位误差传递模型，将根据战技指标“命中率”确定的导弹散布误差分配至载机传感器探测定位误差，确定满足导弹捕获概率要求的载机传感器探测定位误差要求。其中影响目标定位误差的主要误差有载机传感器探测定位误差、目标数据传输延时误差、火控解算误差、载机稳定性误差及弹载系统定位误差等，这里重点分析载机传感器探测定位误差。

(1)采用等分配法将步骤2中计算得出的导弹散布误差σ_dwy和σ_dwz分配至载机传感器探测误差，同时建立误差传递模型，可计算得出传感器距离测量误差σ_R、方位探测误差σ_μ及俯仰探测误差σ_v；

(2)采用等分配法将(1)中计算出的传感器距离测量误差σ_R、方位探测误差σ_μ及俯仰探测误差σ_v继续分配到至载机的雷达系统、光电系统和电子战系统，计算出同时满足战技指标和导弹捕获目标概率的目标定位误差，包括各传感器分系统(即雷达系统、光电系统和电子战系统)的目标距离测量误差σ_1R、目标方位探测误差σ_1μ及目标俯仰探测误差σ_1v。

步骤5：依据导弹捕获目标概率要求和导弹散布误差，分析影响任务火控计算精度的主要因素，建立导弹的任务火控计算数学模型，同时分析影响目标参数计算和导弹自控终点散布的误差因素，采用蒙特卡洛法进行仿真，确定满足导航误差、传感器目标定位误差要求的火控攻击误差要求。影响任务火控计算精度的主要误差有传感器参数测量误差、弹道处理误差、显示器定位误差、飞行员瞄准偏差、校靶误差等，本例重点分析传感器参数测量误差对火控攻击的影响，用导弹自控终点散布的方位和距离误差来表示火控攻击精度。

根据直升机对地攻击原理，建立任务火控计算数学模型，利用步骤4中计算出的目标定位误差σ_1R、σ_1μ和σ_1v，可计算得出导弹自控终点散布的方位和距离误差，即火控攻击误差。

步骤6：将步骤1～5中确定的导航误差、传感器目标定位误差(包括传感器距离测量误差、方位探测误差及俯仰探测误差)、火控攻击误差(包括导弹自控终点散布的方位和距离误差)的精度要求进行误差合成，计算导弹出界概率，验证是否满足战技指标“命中率”要求，如何满足，则上述各关键性能指标要求可作为指导航电系统综合设计的依据；若不满足，则需重新迭代进行计算。误差合成流程图如图4所示。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。