Một số quỹ đạo mục tiêu phục vụ mô phỏng huấn luyện trong các đại đội pháo phòng không 37MM-2N tác chiến ngày và đêm

Kỹ thuật điều khiển - Điện tử Vũ Quốc Huy, “Một số quỹ đạo mục tiêu phục vụ mô phỏng tác chiến ngày và đêm.” 288 MỘT SỐ QUỸ ĐẠO MỤC TIÊU PHỤC VỤ MÔ PHỎNG HUẤN LUYỆN TRONG CÁC ĐẠI ĐỘI PHÁO PHÒNG KHÔNG 37MM-2N TÁC CHIẾN NGÀY VÀ ĐÊM Vũ Quốc Huy* Tóm tắt: Bài báo trình bày mô tả toán học một số quỹ đạo mục tiêu sử dụng trong quá trình huấn luyện ở các đại đội pháo phòng không hiện nay. Hai quỹ đạo mục tiêu điển hình là quỹ đạo bay thẳng và quỹ đạo bay vòng được xây dựng. Thông số mục tiêu cụ thể được trích xuất từ các tổ hợp phòng không tầm thấp, sau đó đưa vào tính toán mô phỏng trực quan. Các mô tả quỹ đạo này đóng vai trò quan trọng, làm đầu vào đặt cho hệ thống bám sát hoạt động, hỗ trợ hiệu quả cho quá trình huấn luyện thực tế. Từ khóa: Quỹ đạo mục tiêu; Bay thẳng; Bay vòng; Pháo phòng không. 1. MỞ ĐẦU Trong các tổ hợp phòng không tầm thấp trang bị cho các đại đội pháo phòng không hiện nay, quá trình huấn luyện thường được thực hiện với các mục tiêu mô phỏng. Theo đó quỹ đạo mục tiêu điển hình được xây dựng, tính toán góc mục tiêu để đưa vào hệ truyền động bám của các đài quan sát [3]. Trong [4] động học của mục tiêu đã được khảo sát đầy đủ với rất nhiều thủ đoạn bay, theo đó một số quỹ đạo bay điển hình đã được xây dựng. Để thuận lợi cho công tác huấn luyện chiến đấu ở cấp đại đội, quỹ đạo mục tiêu bay thẳng và bay vòng tròn với vận tốc và độ cao không đổi đã được tích hợp vào các tổ hợp phòng không tầm thấp [1]. Dựa trên một số bài huấn luyện thực tế đang triển khai trong các đại đội PPK 37mm 2 nòng (cPPK 37mm-2N) [1], hai kịch bản vận động của mục tiêu với các thông số mô tả quỹ đạo bay được thể hiện trong bảng 1 [2]. Trong bảng 1, D0 là cự ly ban đầu, θ1t0 là góc hướng ở thời điểm bắt được mục tiêu M; P là hình chiếu của cự ly lên phẳng phẳng hướng. Ở kịch bản thứ nhất, mục tiêu bay thẳng vào trận địa từ cự ly và góc hướng ban đầu D0, θ1t0, sau đó bay ra. Ở kịch bản thứ hai, ban đầu mục tiêu bay thẳng, khi bay đến vị trí tại đó hình chiếu của véc-tơ cự ly D có giá trị bằng P thì mục tiêu chuyển sang bay vòng tròn. Bảng 1 dưới đây mô tả thông số của mục tiêu mô phỏng được trích xuất từ tổ hợp phòng không tầm thấp biên chế trong các đại đội pháo phòng không hiện nay [1], [2]. Bảng 1. Thông số mô phỏng mục tiêu. Quỹ đạo bay Cự ly (m) Góc hướng (ly giác) Độ cao (m) P (m) Vận tốc (m/s) D0 θ1t0 H P v Đường thẳng 9500 1500 350 1000 150 Đường thẳng - Đường tròn 9500 1500 350 3000 150 Thông tin Tạp chí Nghi vụ mô phỏng huấn luyện trong các đại đội pháo ph ngày và đêm ph góc bám hư m th đến h Bài báo trình bày ỏng trực quan. ục ti M ẳng v Từ h Xác đ M êu c ục ti ào tr ình chi ặt khác: khoa h êu xu ình M t t M t t M x ON D H y ON D H z H ịnh vận tốc của mục ti v v v v v v   cos arccos ên c . ớng ủa 2. MÔ T ận địa với độ cao ếu của đ 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0             ọc ứu KH&CN Các t đài quan sát ất phát từ vị trí Hình ta tính đư x y z t t θ1t1 ON ON    công ngh Nh của V = thu hông s ờ m ỚI VẬN TỐC V ư 1. cos cos sin sin θ1t0 1 0 mô t ục ti Ả MỤC TI ờng bay mục ti Mô t ợc:     - ệ quân s ật toán tạo quỹ đạo mục ti ố trong quá trình ả mục ti T γ 2 2 2 2 0 0D H D H của ả toán h êu đư  - - P P ự, Số Đặc san M x y z H và v 2 2 2 2 êu: sin cos 0 mục ti ọc đ ợc tính toán cụ thể, l ÊU BAY THEO ĐƯ 0 0 0 0 êu chuy   Þ À Đ M M M ận tốc êu là ON 1 1 1 1 êu c ường bay của mục ti , , ụ thể tro hu Ộ CAO KHÔNG ĐỔI v ển động theo đ TĐH ấn luyện thực tế không đ 1         , 04  = - êu òng không 37mm ng b , c P (hình 2019 bay th àm ự ly ổi  T ảng 1.1 ỜNG THẲNG D ; k 1 ư êu, các góc bám t góc đ . 0 ho ). ờng thẳng ẳng v và góc hư ảng cách từ gốc tọa độ đư ặt cho hệ bám góc à bay vòng ợc tính toán mô -2N tác chi ớng . θ1t0 289 ph ầm v , bay ục ến à (1) (2) 290 trong trư th giá tr Đồ thị trực quan cho thấ định Do đó: V Thay ( V Nh ời điểm M ị trí mục ti ới tham s ận xét: ị lớn nhất. ục ti M x y z Vũ Quốc Huy 1 1 1 0t t  M M x M M y M M zx x v t y y v t z z v t 2.1 M t t M t t M x D H v t y D H v t z H ờng hợp n θ1t0 v    M M Mx y z êu bay th 0 0 0 0         ), (          = π 15,800 47, 438 0 t = 188,679s M M M êu trong h 2.2 ố mục ti rad; M 3. , , 0 0 0 2 2 0 1 0 1 0 2 2 0 1 0 1 0 Hình ục ti Khi bay qua đ MÔ T VỚI VẬN TỐC V , “ arccos ) và ( ày θ êu bay th ẳng v Một số quỹ đạo mục ti ; ; 2.3 cos sin arccos sin cos arccos êu đư 1t1  T 2 m Ả ào tr          ệ tọa độ cố định mặt đất mô ph ợc thể hiện nh = 0,322 = . Qu ục ti y góc hư M có c D H ) vào (     0 9500 350 ỹ đạo bay thẳng v ỤC TI ận địa với độ cao ự ly 2 2 0 P  ẳng v êu ỉnh trận địa, góc h 2.4 ỏng rad  T trên đ ớng ÊU BAY THEO ĐƯ D0 ):                 trong b ; M (m/s) ào tr và góc t À M và góc hư ư hình 0 ận địa với vận tốc v ỉnh ỤC TI êu ph (0m, 9500m, 350m).  T tr ục vụ ảng 2 + à các góc c ận địa, góc h ầm đều có đặc tính tốt H ớng . 15,800 47,438 0 ÊU KHÔNG Đ và v mô ph M x y z                 1, qu ướng đổi dấu, góc tầm giảm dần. θ  D H D H ận tốc 1t0. ỏng , ,M M M 2 2 0 2 2 0 P P  ỹ đạo v  ủa mục ti ư ỜNG TR Gọi k Kỹ thuật điều khiển  ớng bằng 0, góc tầm đạt v tác chi à đ từ điểm xuất phát xác ho  à góc c ộ cao không đổi. Ở ÒN ỔI ảng cách từ gốc tọa ến ng :  êu . ủa mục T t . ày và đêm. - Đi (m) ện tử tiêu ” (3) (4) (5) Thông tin Tạp chí Nghi độ đến h M x y z m bay này đ tiêu bay theo góc chuy 1 1 1 1 ục ti Trên hình Ta bi  Lấy tích phân hai vế của 1 1 t t t t          Trong đó V M M M êu bay theo c v P   ển sang quỹ đạo bay v ị trí mục ti khoa h ình chi , , ã ết rằng khi mục ti ủa mục ti v P 1 1 0 ( ) dt dt v t t 1t   ên c đư  1 P    N N ọc ứu KH&CN 3, đo ợc xây dựng trong mục 2. đư Hình t   1t 0 1 v v êu công ngh ếu của đ  đư ờng tr êu có m 1 1 1 arccos   là th M x y z có hình chi ờng tr ạn M 3 t ời gian để mục ti  òn. . Mô t t         2 2 2 0D H P M M M ệ quân s òn (hình 3 0M êu bay theo đư ối li D H   , , ường bay l 1 th ả mục ti ên h (6 2 2 0 P òng. ự, Số Đặc san ếu của véc ể hiện ) trong th  ệ sau:  trong trong th ). êu chuy à - quỹ đạo ời gian ( )v t t êu bay th P. Khi m tơ c Tiếp theo cần xây dựng quỹ đạo của ển động theo đ ờng tr P  TĐH ự ly tr 1 , 04 m òn, v t > ẳng từ điểm xuất phát đến điểm ời gian - ên m ục ti t1: 2019 ục ti êu bay th ận tốc tiếp tuyến êu bay th ặt phẳng t ường tr > t1 : ẳng. òn ẳng đến vị trí Ox Đo . oyo v bằng ạn quỹ đạo và v ận tốc 291 P m thì ục (6) (7) (8) 292 hợp n V V V V ậy vị trí của mục ti ới 0 < t < ới t > ới thông số ày Vũ Quốc Huy M t M t M x P P y P P z H M t t M t t M x D H v t y D H v t z H M t M t M x P P y P P z H đư                   t1:          ợc thể hiện nh cos cos arccos sin sin arccos t cos cos arccos sin sin arccos   1: 2 2 0 1 0 1 0 2 2 0 1 0 1 0   mô ph Hình , “ 1 1 0 1 1 0   1 1 0 1 1 0   Một số quỹ đạo mục ti êu cos sin arccos sin cos arccos ỏng nh 4. có ư h Qu                 bi                     ình ỹ đạo bay v ểu diễn toán học d ư b 4 ảng 1 .                 , q òng và các góc c êu ph                                 uỹ đạo v ục vụ D H D H D H D H 2 2 0 2 2 0 P P   2 2 0 2 2 0 P P   mô ph ưới dạng                 à góc c D H D H ỏng v t t 2 2 0 2 2 0 P P  v t t ủa mục ti Kỹ thuật điều khiển ( ) ( ) v t t (10  ( ) ( ) v t t ủa mụ tác chi 1 P P   a) 1 P P   1 và 1 c tiêu êu ến ng (10 b) trong trư ày và đêm. : - Điện tử (10 (10 ờng ” (9) a) b) Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 293 Quỹ đạo mục tiêu có mô tả toán học như sau: - Khi 0 < t ≤ t1: M1 =  0 9500 350 T +  15,800 47,438 0 T t - Khi t > t1: M2 = 3000 cos 5, 037 3000 sin 5, 037 350 60 60 T t t                Các thông số mô phỏng cho phép ta tính được: t1 = 188,679 s;  1 15,800 47,438 0 T v   (m/s) Nhận xét: Từ lúc xuất phát đến thời điểm t1 = 188,679s, mục tiêu bay vào trận địa với góc tầm tăng dần. Sau khoảng thời gian bay thẳng, mục tiêu chuyển sang chế độ bay vòng tròn với góc tầm không đổi còn góc hướng thay đổi theo chu kỳ. Các góc của mục tiêu đưa vào hệ truyền động bám đều có đặc tính tốt. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày mô tả toán học quỹ đạo mục tiêu bay thẳng và bay vòng tích hợp trong thành phần của tổ hợp phòng không tầm thấp. Đây là những quỹ đạo mục tiêu điển hình đã được ứng dụng phục vụ mô phỏng huấn luyện trong các đại đội pháo phòng không 37mm-2N tác chiến ngày và đêm [1]. Nhờ có mô tả toán học đường bay của mục tiêu, các góc tầm và góc hướng của mục tiêu được tính toán cụ thể, làm góc đặt cho hệ bám góc mục tiêu của đài quan sát. Đối với tổ hợp phòng không tầm thấp đang được trang bị trong quân đội, ngoài tham số góc của mục tiêu, sự thay đổi góc của mục tiêu cũng là một tham số quan trọng. Trong những công bố tiếp theo, tác giả sẽ trình bày thuật toán tạo quỹ đạo mục tiêu tổng quát và dành sự quan tâm mô phỏng sâu hơn đến sự thay đổi các góc mục tiêu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Viện Tự động hóa KTQS (2005), “Đại đội PPK 37mm - 2N tác chiến ngày và đêm”, Tài liệu kỹ thuật tổng hợp, Hà Nội. [2]. Vũ Quốc Huy (2017), “Nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động bám sát mục tiêu cho đài quan sát trên phương tiện cơ động”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Viện KH-CN Quân sự, Hà Nội. [3]. Vũ Quốc Huy, Trần Ngọc Bình, Nguyễn Vũ, Nguyễn Quang Hùng (2014), “Khảo sát hệ điều khiển bám của đài quan sát với một số thủ đoạn mục tiêu”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Đặc san TĐH, T4-2014, tr. 101-109. [4]. X. Rong Li and Vesselin P. Jilkov (2003), “Survey of Maneuvering Target Tracking - Part I: Dynamic Models”, IEEE Trans. On Aerospace and electronic systems, Vol. 39, No. 4, pp. 1333-1364. Kỹ thuật điều khiển - Điện tử Vũ Quốc Huy, “Một số quỹ đạo mục tiêu phục vụ mô phỏng tác chiến ngày và đêm.” 294 ABSTRACT SOME AIRCRAFT TARGET TRAJECTORIES SERVING THE TRAINING SIMULATION AT ANTI-AIRCRAFT GUN COMPANIES ACTING DAY AND NIGHT The paper presents a mathematical description of some of the target trajectories used in training in current anti-aircraft gun companies. Two typical target trajectories - straight and round flight trajectories are built-in. Specific target parameters are extracted from low-range air defense complexes, then included in the visual simulation calculation. These trajectory descriptions play an important role, as the input for the system to keep abreast of activities, effectively supporting the actual training process. Keywords: Target trajectories; Straight flying; Round flying; Anti-aircraft gun. Nhận bài ngày 15 tháng 01 năm 2019 Hoàn thiện ngày 22 tháng 02 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 3 năm 2019 Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS. * Email: maihuyvu@gmail.com.