【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于軍事仿真，具體涉及一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法。
技術介紹
1、在現(xiàn)代軍事仿真對抗技術中，機載箔條彈仿真對于干擾敵方雷達、保護己方戰(zhàn)機等有著重要作用。箔條彈的干擾仿真的原理主要基于金屬箔條對電磁波的反射、散射等特性，來破壞或消弱敵方仿真雷達對目標的發(fā)現(xiàn)或跟蹤。現(xiàn)有的機載箔條彈仿真技術多采用matlab或c的方式實現(xiàn)箔條彈的擴散過程與電磁散射特性，通過實測或論文中的相關箔條彈電磁散射特性擬合或匹配對應的分布模型進行電磁散射特性仿真。
2、這些方法存在著真實性不足，計算復雜度過高等問題，無法有效模擬箔條在復雜環(huán)境下的擴散問題以及電磁散射特性問題，例如實際仿真過程中需要考慮到箔條絲在外界復雜環(huán)境下的箔條絲數(shù)量、初速度、加速度、發(fā)射角度、風向、風速、空氣密度、氣象環(huán)境、重量重力、空氣阻力、地形等因素，因此在軍事仿真對抗技術中無法真實的模擬出逼真的實際情況。
3、現(xiàn)在技術還存在如下問題：(1)在傳統(tǒng)的仿真中，難以精準模擬箔條彈在復雜氣流環(huán)境下的受力情況。例如飛機飛行產生的強烈氣流、不同高度下的空氣密度差異對箔條運動的影響。(2)箔條對雷達波的電磁散射特性模擬至關重要，現(xiàn)有的仿真方法往往簡化了電磁散射特性模型，導致模擬結果與實際情況偏差較大。(3)機載箔條彈仿真需要處理大量的箔條粒子，傳統(tǒng)算法在實時運算大量箔條絲的運動和電磁特性實時效率低下。(4)真實戰(zhàn)場環(huán)境復雜多變，存在地形、氣象、電磁干擾等多種因素。目前的仿真是幾乎難以全面的考慮這些復雜因素對箔條但干擾效果的影響。
4、隨著
技術實現(xiàn)思路
1、技術目的：為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，提高仿真的精確性、適應性和實時性。
2、技術方案：為實現(xiàn)上述技術目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，包含如下步驟：
4、箔條個體粒子建模：基于三維粒子特效技術，設置箔條個體模型參數(shù)，并建立包含電磁散射的參數(shù)模型，設定每個箔條個體的質量、空氣動力學特性以及飛行環(huán)境相關的參數(shù)信息，模擬單根箔條的運動軌跡、箔條云的運動特性和箔條電磁散射特性rcs；
5、復雜環(huán)境建模：包括氣象環(huán)境模擬模型和電磁環(huán)境模擬模型，所述氣象環(huán)境模擬模型用來模擬不同的氣象條件對箔條運動和擴散特性的影響；所述電磁環(huán)境模擬模型用來計算雷達波在復雜電磁環(huán)境中的傳播路徑和衰減情況；
6、粒子特效驅動仿真計算：在所述箔條個體粒子模型和復雜環(huán)境模型的作用下，首先對每個箔條個體進行粒子化，提取所述箔條的幾何屬性、物理屬性和初始狀態(tài)參數(shù)；然后進行實時計算，采用gpu并行計算方法對三維空間中的大量箔條粒子的運動和擴散特性進行計算，得到箔條粒子的位置信息、姿態(tài)信息和交疊信息，并實時更新每個粒子的位置、速度和散射特性；最后進行雷達波照射分析，采用gpu渲染對箔條粒子的位置信息和姿態(tài)信息進行處理，模擬雷達波與箔條云的相互作用；
7、三維動態(tài)可視化輸出：將粒子仿真結果轉換為三維動態(tài)可視化場景，疊加電磁散射特性，實現(xiàn)箔條彈在不同高度和環(huán)境下的分布與干擾效果的實時展示。
8、本專利技術技術方案的進一步限定為，所述模擬單根箔條的運動軌跡的具體步驟為：
9、在大地坐標系xyz下，單根箔條受到沿y軸向上的浮力f、沿y軸向下的重力g和與其速度vcs方向相反的空氣阻力fcs的共同作用，
10、速度低于100m/s，空氣阻力表示為：
11、
12、速度大于100m/s時，空氣阻力表示為：
13、
14、式中ρ＝dl/4為箔條的等效的投影面積，vx、vy、vz表示箔條在三個坐標軸的速度分量，d為箔條的直徑，l為箔條的長度，ρ為空氣密度，cx、cy、cz為阻力系數(shù)，具體表達式為：
15、
16、式中a0、a1為常數(shù)，在箔條長度為5cm時，a0＝1.8、a1＝0.09，μ為動力粘度，在空氣中μ＝1.8×10-5；
17、箔條在散開后，呈現(xiàn)湍流運動并擴散的特點，其速度為箔條的速度v0和風的速度vw的合成，
18、
19、式中θ0為v0與x軸、z軸的夾角；θw為vw與x軸、z軸的夾角；
20、單個箔條受到的浮力可以表示為
21、
22、箔條的自身重力表達式為：g＝ρb0avg＝mg，式中ρb0為箔條的密度，m表示箔條的質量，g為不同高度的加速度；
23、根據(jù)以上受力情況分析，箔條在t時刻的速度可以表示為
24、
25、其中δvx(t)、δvy(t)、δvz(t)為隨機參數(shù)，可以得到任意t時刻的位移d(t)在三個坐標軸上分量的遞推表達式，得到單根箔條的運動軌跡。
26、
27、進一步地，所述模擬箔條云的運動特性的具體步驟為：
28、(1)選取箔條云邊界處19×36根箔條，其中v0、θ0為定值，vw也是定值，和θw＝[0,2π)，以π/18均勻等分為19×36個方向；
29、(2)利用單根箔條運動模型對19×36根箔條任意時刻的位移進行計算，將位移轉換成每個箔條的位置后，使用橢球曲面擬合法對這些箔條任意時刻的位置進行擬合，得到任意時刻的箔條云的中心和3根主半軸長度；
30、(3)將每個時刻箔條云的中心連接起來可得箔條云的運動軌跡，相鄰兩時刻箔條云中心的位移差除以時間差可得每個時刻箔條云運動的平均速度，進一步可計算每個時刻箔條云的運動速度，通過箔條云各半軸長度和橢球體積的計算公式計算任意時刻箔條云的體積。
31、進一步地，所述模擬箔條電磁散射特性rcs時，使用瑞利分布的曲線來描述箔條云的雷達反射截面積，其擬合公式為，式中，η為箔條粘連和損害造成的減小系數(shù)，半波長箔條的平均散射面積，n為箔條數(shù)；σrcs(t)為箔條云的雷達反射截面積；k為一常數(shù)，反映箔條云雷達反射截面積的最大值；d是瑞利分布的參數(shù)，反映箔條云的有效持續(xù)時間。
32、進一步地，所述粒子特效驅動仿真計算步驟中，提取箔條粒子的初始裝填參數(shù)的步驟為：
33、箔條粒子的初始位置是由箔條發(fā)射載機的發(fā)射位置以及發(fā)射機制共同決定的，箔條發(fā)射載機的發(fā)射位置是一個空間坐標點，決定了箔條粒子起始的空間位置，而發(fā)射機制則會進一步影響粒子初始位置在這個坐標點周圍的具體分布情況；
34、箔條粒子的初速度，是根據(jù)箔條彈發(fā)射速本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，包含如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬單根箔條的運動軌跡的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬箔條云的運動特性的具體步驟為：
4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬箔條電磁散射特性RCS時，使用瑞利分布的曲線來描述箔條云的雷達
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述粒子特效驅動仿真計算步驟中，提取箔條粒子的初始裝填參數(shù)的步驟為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述粒子特效驅動仿真計算步驟中，在雷達波照射到箔條云后，根據(jù)箔條粒子的位置信息和交疊信息計算其分布情況以及它們的姿態(tài)，實時分析散射情況。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述三維動態(tài)可視化
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，根據(jù)雷達波散射強度為粒子設置不同的亮度。雷達波散射強度大的箔條粒子，在可視化效果中表現(xiàn)為更亮的點，而散射強度小的則相對較暗。這種亮度的差異能夠使觀察者非常清晰地看到箔條云對雷達波的干擾情況。同時，模擬出箔條云的聚集、動態(tài)擴散等效果。箔條云的聚集效果可以通過粒子之間距離的變化以及粒子密度的變化來體現(xiàn)，當粒子相互靠近且密度增大時，就呈現(xiàn)出聚集的效果；動態(tài)擴散則是通過粒子隨著時間不斷向周圍空間運動，粒子之間的間距逐漸增大來模擬的。這些效果的模擬能夠增強可視化的真實感，讓觀察者仿佛置身于真實的箔條云與雷達波相互作用的場景之中。
...【技術特征摘要】
1.一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，包含如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬單根箔條的運動軌跡的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬箔條云的運動特性的具體步驟為：
4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述模擬箔條電磁散射特性rcs時，使用瑞利分布的曲線來描述箔條云的雷達
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述粒子特效驅動仿真計算步驟中，提取箔條粒子的初始裝填參數(shù)的步驟為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維粒子特效的機載箔條彈仿真方法，其特征在于，所述粒子特效驅動仿真計算步驟中，在雷達波照射到箔條云后，根據(jù)箔條粒子的位置信息和交疊信息計算其分布情況以及它們的姿態(tài)，實時分析散射情...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馬寧，潘越，溫東，孟慶良，李鑫宇，
申請(專利權)人：上海無線電設備研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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