导弹巡航追踪目标模拟程序–matlab

1说明（接各类代码定制）

• 本文是对书本教材中一个特定问题的模拟分析。
• 文中的内容只作为理论推导，无实际意义
• 代码的运行环境为matlab 2020a
• 本文主要源码直接分享展示，后续会更新建立gui模拟程序
• 转载请注明来源，本文代码为原创内容。

2更新进度

• 示意图展示
• 源码程序
• 数学模型过程
• gui界面

3背景简介

• 导弹追击目标过程包括三个过程：
• 1.直行过程 导弹向目标方位附近直行接近目标。
• 2.导弹巡航搜敌过程，导弹在完成设定的直行距离会开始圆周绕行过程，通过扇面角辐射范围寻找目标。
• 3.当目标接近导弹设定距离时，启动尾追程序。当导弹接近目标的距离到预警距离时，目标会出现回避行为用于规避尾追。

4追击过程的示意图

4.1寻找目标过程图

4.2尾追目标示意图

4.3接近目标时的规避行为示意图

5 构建导弹巡航模型的数学过程

相关数学模型部分可以参考下列文献。本文使用的具体过程会在后续更新中补齐。

[1]陈道升, 郑晓庆, 梁朝阳,等. 潜艇规避对声自导鱼雷命中
概率的影响[J]. 测试技术学报, 2014(5).
[2]张江, 张静远, 潘逊. 反潜鱼雷齐射作战能力仿真分析[C]

6 巡航程序gui界面

7巡航模拟源程序

• 7.1 主程序

%% 鱼雷攻击潜艇过程
%% 只在第一次仿真展示击中图
clc
clear
close all
%% 开始仿真
cp_x_max=7;%仿真变动点数目
cpp_1_max=200;%仿真次数
cf_p_max=2; %发射次数
for cp_x=1:cp_x_max %仿真变动数目10个点
    hh=0;
    for cpp_1=1:cpp_1_max %仿真次数
        %         close all
        time_name=0;%判断前一次运行是否击中
        %% 发射次数
        for cf_p=1:cf_p_max %发射次数
            %% 基础参数
            c_torpedo=0; %鱼雷回避角度
            shf=75;%鱼雷自导扇面角
            t_cx=10;% 发射间隔时间
            Rd=2000;%自导距离
            v=20;%直行速度12m/s
            mat_len=10000;%最大航行距离
            if hh==0 && cf_p~=1
                %                 t1=floor(normrnd(mat_len/(4*v),0.2*mat_len/(3*v))); % 直行时间
                t1=120;
            else
                t1=120;
            end
            v_cs=10;%船速
            w1=deg2rad(12);%环形旋转角度
            r=1000; %环形半径
            %% 改变敌舷角参数
            Initial_distance_2=pi/(3);%初始敌舷角
            Interval_variation_2=0;%变动的敌舷角步长
            if cf_p==1
                Qm=Initial_distance_2+normrnd(Interval_variation_2*cp_x,Interval_variation_2*pi/12);%敌舷角
            else
                %                 Qm=Qm+deg2rad(t_cx*1);%敌舷角
                Qm=atan((t_cx*v_cs*sin(stat_way)-torpedo_x(end))/(t_cx*v_cs*cos(stat_way)-torpedo_y(end)));
                
            end
            %% 初始变动距离 % 0.1的正态误差
            Initial_distance=4200;%初始距离
            Interval_variation=0;%变动的间隔
            if cf_p==1
                x_target=[normrnd(Initial_distance+Interval_variation*(cp_x-1),Interval_variation*0.1)*cos(Qm),normrnd(Initial_distance+Interval_variation*(cp_x-1),Interval_variation*0.1)*sin(Qm)]; %仿真变动
            else
                if c_torpedo~=0 %判断是否进行了偏转
                    x_target(1)=torpedo_x(end);
                    x_target(2)=torpedo_y(end);
                else
                    x_target(1)=x_target(1)+mV*v*t_cx*cos(c_P); %x角度变化
                    x_target(2)=x_target(2)+mV*v*t_cx*sin(c_P); %y角度变化
                end
                
            end
            
            %% 速度比设定
            Initial_distance_3=0.1;%速度比
            Interval_variation_3=0.05;%速度比
            if Initial_distance_3+Interval_variation_3*cp_x >=1 %速度比
                disp('本次仿真不可靠')
            end
            if cf_p==1
                mV=Initial_distance_3+normrnd(Interval_variation_3*cp_x,0.02); %速度比
                if mV >=1
                    mV=1;
                end
            else
                mV=mV;
            end
            %% 方向角变动
            Initial_distance_4=0;%目标运行的角度方向
            Interval_variation_4=0;%目标运行的角度方向
            if cf_p==1
%                 c_P=Initial_distance_4+normrnd(Interval_variation_4*cp_x,pi/12);%目标运行的角度方向
                c_P=Initial_distance_4+normrnd(Interval_variation_4*cp_x,Interval_variation_4*pi/12);%目标运行的角度方向
            else
                c_P=c_P;
            end
            %% 计算鱼雷射击有利提前角
            r_x=deg2rad(shf);%角度转弧度
            Ds=sqrt((x_target(1))^2+(x_target(2))^2);
            K=2*sin(r_x)/3*r_x;
            beta=asin(K*mV*Rd*(sin(Qm)/(Ds+K*mV*Rd*cos(Qm))));
            c_a=asin(mV*sin(Qm-beta))-beta;
            w=0;
            %% 初始船航向
            Initial_distance_5=0;%目标运行的角度方向
            Interval_variation_5=0;%目标运行的角度方向
            if cf_p==1
                stat_way=Initial_distance_5+Interval_variation_5*cp_x; %船头起始方向
            end
            c=c_a+deg2rad(stat_way)+Qm; %% 初始方向选择 鱼雷
            %             r=abs(v/w1);%回旋半径
            CT_A=c; %航向
            max_t=floor((mat_len)/v);%
            torpedo_x=x_target(1);
            torpedo_y=x_target(2);
            if cf_p==1
                x_t=zeros(max_t,1);
                y_t=zeros(max_t,1);
            else
                clear x_t y_t
                x_t=[t_cx*v_cs*cos(stat_way);zeros(max_t-1,1)];
                y_t=[t_cx*v_cs*sin(stat_way);zeros(max_t-1,1)];
            end
            %% 步进计算鱼雷位置
            for t=2:max_t
                c=c+w;
                %% 更新目标位置
                if t==1
                    torpedo_x(t)=torpedo_x(t)+(1-mV)*v*cos(c_P);%更新目标位置
                    torpedo_y(t)=torpedo_y(t)+(1-mV)*v*sin(c_P);%更新目标位置
                    x_target(1)=torpedo_x;
                    x_target(2)=torpedo_y;
                else
                    torpedo_x(t)=torpedo_x(t-1)+(1-mV)*v*cos(c_P);%更新目标位置
                    torpedo_y(t)=torpedo_y(t-1)+(1-mV)*v*sin(c_P);%更新目标位置
                    x_target(1)=torpedo_x(t);
                    x_target(2)=torpedo_y(t);
                end
                %% 开始判断是否环绕
                if t<=t1
                    x_t(t)=x_t(t-1)+v*cos(c);
                    y_t(t)=y_t(t-1)+v*sin(c);
                    t2=t;
                else
                    a=w1*(t1-t);
                    x_t(t)=x_t(t2)+r*cos((CT_A)+pi/2*sign(a))+r*cos((CT_A)-pi/2*sign(a)+a);
                    y_t(t)=y_t(t2)+r*sin((CT_A)+pi/2*sign(a))+r*sin((CT_A)-pi/2*sign(a)+a);
                    x_length=sqrt((x_t(t)-x_target(1))^2+(y_t(t)-x_target(2))^2);
                    if t==max_t  && x_length>Rd && cpp_1==1 %当达到最大时，展示图
                        figure(cp_x)
                        plot(x_t(1:t),y_t(1:t),'k-')
                        hold on
                        plot(torpedo_x(1),torpedo_y(1),'*-')
                        hold on
                        plot(torpedo_x,torpedo_y,'r-')
                    end
                    %% 判断是否接近敌人
                    if x_length<=Rd
                        op=atan(y_t(t)-x_target(2)/(x_t(t)-x_target(1)));
                        disp('接近敌')
                        a_xx = (y_t(t)-x_target(2))/norm(x_t(t)-x_target(1));
                        teta=rad2deg(dot(a_xx, a));
                        if teta<shf*2|| cf_p==1
                            A = v*mV; %目标速度 %仿真变动
                            B = v;%鱼雷速度
                            xf_s=[x_t(t),y_t(t)];%当前鱼雷位置
                            xf_q=[x_target(1),x_target(2)];%目标位置
                            if cf_p==1
                                figure(cp_x)
                            end
                            if cpp_1==1
                                plot(x_t(1:t),y_t(1:t),'k-')
                                hold on
                            end
                            t_has=max_t-t;
                            %% 判断尾追过程
                            [hh_t,torpedo_x,torpedo_y]=ch_test(xf_s,xf_q,A,B,t_has,cpp_1,c_P,c_torpedo);
                            time_name=1*hh_t+time_name;
                            if time_name == 1
                                hh=1*hh_t+hh;
                            end
                            break %跳出大循环
                        end
                    end
                end
            end
        end
        hh_all(cp_x,1)=hh;
        hh_all(cp_x,2)=cpp_1;
    end
end
%% 绘制概率结果图
if Interval_variation~=0
    figure
    plot(Initial_distance:Interval_variation:(cp_x-1)*Interval_variation+Initial_distance,hh_all(:,1)./hh_all(:,2),'-*')
    title('敌方位置变动')
    ylabel('命中率')
    xlabel('初始雷目距离')
    ylim([-0.1,1.1])
end

if Interval_variation_2~=0
    figure
    plot(rad2deg(Initial_distance_2:Interval_variation_2:(cp_x-1)*Interval_variation_2+Initial_distance_2),hh_all(:,1)./hh_all(:,2),'-*')
    title('敌方初始敌舷角变动')
    ylabel('命中率')
    xlabel('敌舷角')
end

if Interval_variation_3~=0
    figure
    plot(Initial_distance_3:Interval_variation_3:(cp_x-1)*Interval_variation_3+Initial_distance_3,hh_all(:,1)./hh_all(:,2),'-*')
    title('敌方速度比变动')
    ylabel('命中率')
    xlabel('速度比')
    ylim([-0.1,1.1])
end
if Interval_variation_4~=0
    figure
    plot(Initial_distance_4:Interval_variation_4:(cp_x-1)*Interval_variation_4+Initial_distance_4,hh_all(:,1)./hh_all(:,2),'-*')
    title('敌方移动方向变动')
    ylabel('命中率')
    xlabel('目标运行的角度方向')
    ylim([-0.1,1.1])
end

if Interval_variation_5~=0
    figure
    plot(Initial_distance_5:Interval_variation_5:(cp_x-1)*Interval_variation_5+Initial_distance_5,hh_all(:,1)./hh_all(:,2),'-*')
    title('船初始移动方向变动')
    ylabel('命中率')
    xlabel('船初始方向')
    ylim([-0.1,1.1])
end

• 7.2尾追过程程序

function [hh,torpedo_x,torpedo_y,xf_s,B_N]=ch_test(xf_s,xf_q,A,B,t_has,cpp_1,c_p,c)
% clc
% clear
% close all
% A = 6; %目标速度
% B = 18;%导弹速度
hh=0;
cx=deg2rad(c_p);%起始移动
% c=90;%目标回旋角度
c_rad=deg2rad(c)+cx;
cu=0;
% x_1=20;
% t_has=100;%
tspan = [0 ,t_has+eps]; %模拟的时间范围
% xf_s=[ 607 386];
% xf_q=[895,-986];
L = norm([xf_s-xf_q]);%计算两点距离
cat=atan((xf_s(2)-xf_q(2))/(xf_s(1)-xf_q(1)));
if sign(cat)==-1
    y0 = [cat+pi  L]; %初始值， 曲线方向，初始相距距离
elseif xf_s(2)<xf_q(2)
    y0 = [cat+pi  L]; %初始值， 曲线方向，初始相距距离
else
    y0 = [cat  L]; %初始值， 曲线方向，初始相距距离
end

[t,y] = ode45(@(t,y) odefcn(t,y,A,B), tspan, y0);
torpedo_x=xf_q(1);
torpedo_y=xf_q(2);

for t_t=1:size(y,1)
    vm=A;
    A_n=vm*t(t_t);
    B_N(t_t)=A_n+complex(xf_q(1),xf_q(2))+y(t_t,2)*exp(1i*y(t_t,1));
    %     B_N(t_t)=B_N(t_t)+exp(1i*cx);
    cel_xy=[torpedo_x(1,t_t);torpedo_y(1,t_t)];
    ax=sqrt((cel_xy(2)-imag(B_N(t_t)))^2+(cel_xy(1)-real(B_N(t_t)))^2);
    if  ax<=200
        if cpp_1==1
            hold on
            plot_rust(xf_s,B_N,torpedo_x,torpedo_y) %运行仿真，注释调
        end
%         disp('击中')
        hh=1;
        break
    elseif t_t>=size(y,1)+1
%         disp('未击中')
    end
    if t_t<=10  && norm([cel_xy-B_N(t_t)])>=500
        torpedo_x(t_t+1)=torpedo_x(t_t)+vm*cos(cx);
        torpedo_y(t_t+1)=torpedo_y(t_t)+vm*sin(cx);
    else
        torpedo_x(t_t+1)=torpedo_x(t_t)+vm*cos(c_rad);
        torpedo_y(t_t+1)=torpedo_y(t_t)+vm*sin(c_rad);
    end
end
if cpp_1==1
%     hh=1;
    plot_rust(xf_s,B_N,torpedo_x,torpedo_y) %运行仿真，注释调
end
end

function plot_rust(xf_s,B_N,torpedo_x,torpedo_y)
plot(xf_s(1),xf_s(2),'b*')
hold on
plot(B_N,'g-')
hold on
plot(torpedo_x(1),torpedo_y(1),'*-')
hold on
plot(torpedo_x,torpedo_y,'r-')
hold on
end
function dydt = odefcn(t,y,vm,vt)
dydt = zeros(2,1);
dydt(1)=-vm*sin(y(1))/y(2);
dydt(2)=-vt-vm*cos(y(1));%-deg2rad(75)*t;
end

• 7.3 尾追简化模型

% clc
% clear
% close all

function [x1,x2]=test_u(cansu)
t=cansu(1);
H=cansu(2);
Ve=cansu(3);
Vw=cansu(4);
% t=0.1; %运行步长
% H=1200; %距离
% Ve=90;%目标速度
% Vw=300;%导弹速度
% h=H/ n;
lamda=Ve / Vw ;
y(1)=cansu(6);
x(1)=cansu(5);p(1)=0;T(1)=5;
for i=1:100 %迭代次数
    M= (Ve*T(i)-x(i))/ (H-y(i) );
    x1(i+1)=x(i)+Vw*t/ sqrt (1+1/M.^2) ;
    y1(i+1)=y(i)+Vw*t / sqrt (1+M.^2);
    T(i+1)=i*t;
    x(i+1)=0.5*(x1(i+1)+x(i)+Vw*t/sqrt (1+((H-y1(i+1) )/ (Ve*T(i+1)-x1(i+1)) ).^2) ) ;
    y(i+1)=0.5*(y1(i+1)+y(i )+Vw*t/sqrt(1+( (Ve*T(i+1)-x1(i+1))/(H-y1(i+1) ) ).^2) );
    if y (i+1)>=H
        break;
    end
end
    [T;x;y]'
    L=x(i+1)
    T=x(i+1)/Ve
    plot(x1,y1)
    hold on
    x2=H*ones(1,size(x,2));
    plot(x1,x2)
    ylabel('y坐标')
    xlabel('x坐标')
end

8 模拟结果图

9 模拟说明

10 gui完整展示

11 gui说明书

弹道仿真软件app说明书

1. 设计环境：matlab2020b
2. 运行环境要求win10 包含matlab离线支持包
3. 主要功能描述：
   1）实现鱼雷追究目标过程的可视化过程。展示的运行分为直行、环绕、尾追、命中判定。2）通过设定参数仿真不同条件下命中结果的变化大小。
   3）设定目标潜艇的不同规避方式研究不同规避方式过程中命中率变化。
   4）软件包含对仿真的结果分析与保存。
4. 设计app的算法流程：
   5 仿真APP的界面展示
5. 仿真结果展示：
6. 设计思路：
   1）输入初始仿真参数
   2）判断输入参数的合理性
   3）选择对应的仿真模型
   4）将参数带入预先设计的数学模型
   5）展示仿真过程中鱼雷与目标的位置轨迹图
   6）根据需求保存对应文件

7. 展示命中结果
   8）分析仿真数据

最后

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