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<br /> <br /> MỘT SỐ QUỸ ĐẠO MỤC TIÊU PHỤC VỤ MÔ PHỎNG HUẤN<br /> LUYỆN TRONG CÁC ĐẠI ĐỘI PHÁO PHÒNG KHÔNG 37MM-2N<br /> TÁC CHIẾN NGÀY VÀ ĐÊM<br /> Vũ Quốc Huy*<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày mô tả toán học một số quỹ đạo mục tiêu sử dụng<br /> trong quá trình huấn luyện ở các đại đội pháo phòng không hiện nay. Hai quỹ đạo<br /> mục tiêu điển hình là quỹ đạo bay thẳng và quỹ đạo bay vòng được xây dựng. Thông<br /> số mục tiêu cụ thể được trích xuất từ các tổ hợp phòng không tầm thấp, sau đó đưa<br /> vào tính toán mô phỏng trực quan. Các mô tả quỹ đạo này đóng vai trò quan trọng,<br /> làm đầu vào đặt cho hệ thống bám sát hoạt động, hỗ trợ hiệu quả cho quá trình huấn<br /> luyện thực tế.<br /> Từ khóa: Quỹ đạo mục tiêu; Bay thẳng; Bay vòng; Pháo phòng không.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Trong các tổ hợp phòng không tầm thấp trang bị cho các đại đội pháo phòng<br /> không hiện nay, quá trình huấn luyện thường được thực hiện với các mục tiêu mô<br /> phỏng. Theo đó quỹ đạo mục tiêu điển hình được xây dựng, tính toán góc mục tiêu<br /> để đưa vào hệ truyền động bám của các đài quan sát [3]. Trong [4] động học của<br /> mục tiêu đã được khảo sát đầy đủ với rất nhiều thủ đoạn bay, theo đó một số quỹ<br /> đạo bay điển hình đã được xây dựng. Để thuận lợi cho công tác huấn luyện chiến<br /> đấu ở cấp đại đội, quỹ đạo mục tiêu bay thẳng và bay vòng tròn với vận tốc và độ<br /> cao không đổi đã được tích hợp vào các tổ hợp phòng không tầm thấp [1]. Dựa trên<br /> một số bài huấn luyện thực tế đang triển khai trong các đại đội PPK 37mm 2 nòng<br /> (cPPK 37mm-2N) [1], hai kịch bản vận động của mục tiêu với các thông số mô tả<br /> quỹ đạo bay được thể hiện trong bảng 1 [2].<br /> Trong bảng 1, D0 là cự ly ban đầu, θ1t0 là góc hướng ở thời điểm bắt được mục<br /> tiêu M; P là hình chiếu của cự ly lên phẳng phẳng hướng. Ở kịch bản thứ nhất,<br /> mục tiêu bay thẳng vào trận địa từ cự ly và góc hướng ban đầu D0, θ1t0, sau đó bay<br /> ra. Ở kịch bản thứ hai, ban đầu mục tiêu bay thẳng, khi bay đến vị trí tại đó hình<br /> chiếu của véc-tơ cự ly D có giá trị bằng P thì mục tiêu chuyển sang bay vòng tròn.<br /> Bảng 1 dưới đây mô tả thông số của mục tiêu mô phỏng được trích xuất từ tổ<br /> hợp phòng không tầm thấp biên chế trong các đại đội pháo phòng không hiện nay<br /> [1], [2].<br /> Bảng 1. Thông số mô phỏng mục tiêu.<br /> Quỹ đạo bay Cự ly Góc hướng Độ cao P Vận tốc<br /> (m) (ly giác) (m) (m) (m/s)<br /> D0 θ1t0 H P v<br /> Đường thẳng 9500 1500 350 1000 150<br /> Đường thẳng - 9500 1500 350 3000 150<br /> Đường tròn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 288 Vũ Quốc Huy, “Một số quỹ đạo mục tiêu phục vụ mô phỏng … tác chiến ngày và đêm.”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công ngh<br /> nghệ<br /> <br /> Bài báo trình bày thu ật toán tạo quỹ đạo mục ti<br /> thuật tiêu<br /> êu bay th<br /> thẳng<br /> ẳng và<br /> và bay vòng phục<br /> phục<br /> vụ<br /> ụ mô phỏng huấn luyện trong các đại đội pháo ph phòng<br /> òng không 37mm-2N<br /> 37mm 2N tác chichiến<br /> ến<br /> ngày và đêm<br /> đêm.. Các tthông<br /> hông ssốố của<br /> ủa mục<br /> ục ti<br /> tiêu<br /> êu ccụ<br /> ụ thể trong<br /> trong bbảng<br /> ảng 1.1 được<br /> được tính toán mô<br /> phỏng trực quan. Nh<br /> phỏng Nhờ ờ mô tảt toán h<br /> học<br /> ọc đđường<br /> ờng bay của mục ti tiêu,<br /> êu, các góc bám ttầm<br /> ầm vvàà<br /> góc bám hưhướng<br /> ớng củaủa m<br /> mụcục tiêu<br /> tiêu đư<br /> được<br /> ợc tính toán cụ thể, llàmàm góc đặtđặt cho hệ bám góc<br /> mục ti<br /> mục tiêu<br /> êu ccủa<br /> ủa đài quan sát trong quá trình huấn<br /> huấn luyện thực tếtế.<br /> <br /> 2. MÔ T<br /> TẢ<br /> Ả MỤC TI<br /> TIÊU<br /> ÊU BAY THEO ĐƯ<br /> ĐƯỜNG<br /> ỜNG THẲNG<br /> V<br /> VỚI<br /> ỚI VẬN TỐC V<br /> VÀÀĐ<br /> ĐỘ<br /> Ộ CAO KHÔNG ĐỔI<br /> Mục tiêu<br /> Mục xuất phát từ vị trí M0  xM 0 , yM 0 , zM 0  , cự<br /> tiêu xuất c ly D0 và góc hướng<br /> hư ớng θ1t0, bay<br /> thẳng<br /> th ẳng vvào trận địa với độ cao H và vvận<br /> ào trận ận tốc v không đ<br /> đổi<br /> ổi;; kkho<br /> hoảng<br /> ảng cách từ gốc tọa độ<br /> đến<br /> ến hhình<br /> ình chiếu<br /> chiếu của đđư<br /> ường<br /> ờng bay mục ti êu là ON1 = P (hình 11).<br /> tiêu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1.. Mô ttả<br /> ả mục ti<br /> tiêu<br /> êu chuy<br /> chuyển<br /> ển động theo đđư<br /> ường<br /> ờng thẳng.<br /> thẳng<br /> Từ<br /> ừ hình<br /> hình 1 ta tính đư<br /> được:<br /> ợc:<br /> xM 0  ON0 cos 1t 0  D02  H 2 cos 1t 0 (1))<br /> <br /> yM 0  ON0 sin 1t 0  D02  H 2 sin 1t 0<br /> zM 0  H<br /> Xác định<br /> định vận tốc của mục ti<br /> tiêu:<br /> êu:<br /> v   v x vy<br /> T<br /> v z   v sin  1t 1  v cos  1t 1<br /> T<br /> 0 (2))<br /> Mặt khác: θ1t1 = θ1t0 - γ<br /> Mặt<br /> ON1 P  P <br /> cos    Þ   arccos  <br /> ON 0 D02 - H 2  D2 - H 2 <br />  0 <br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số Đặc san TĐH,<br /> TĐH, 04 - 2019 289<br />  Kỹỹ thuật điều khiển - Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br /> Do đó:<br />   (3))<br /> P<br /> 1t1  1t 0  arccos  <br />  D H2<br /> 2 <br />  0 <br /> Vị trí mục ti<br /> Vị êu trong hhệệ tọa độ cố định mặt đất M  xM , yM , zM  :<br /> tiêu<br /> xM  xM 0  vxt; yM  yM 0  vyt; zM  zM 0  vzt (4))<br /> Thay (2.1<br /> (2.1),<br /> ), (2.2<br /> (2.2)<br /> 2.2) và ((2.3<br /> 2.3)<br /> 2.3) vào (2.4<br /> (2.4):<br />    (5))<br /> 2 2 P<br /> xM  D0  H cos 1t 0  v sin 1t 0  arccos   t<br />   D H2<br /> 2 <br />   0 <br />   P <br /> 2 2<br /> yM  D  H sin 1t 0  v cos 1t 0  arccos <br /> 0<br />  t<br />   D H2<br /> 2 <br />   0 <br /> zM  H<br /> V i tham ssốố mục ti<br /> Với tiêu<br /> êu mô phỏng<br /> phỏng trong bbảng<br /> ảng 1,, qu<br /> quỹ<br /> ỹ đạo vvàà góc của<br /> của mục tiêu<br /> trong trường<br /> trường hợp nnày<br /> ày đư<br /> đượcợc thể hiện nh<br /> như hình 2.<br /> 2<br /> θ1t0 = π rad; θ1t1 = 0,322 rad<br /> rad;; M0 (0m, 9500m, 350m).<br /> T<br /> v  15,800 47, 438 0  (m/s)<br /> T T T<br />  xM yM zM  = 0 9500 350  + 15,800 47, 438 0 t (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 22. Quỹ<br /> Quỹ đạo bay thẳng vvà<br /> à các góc của<br /> của mục ti<br /> tiêu<br /> êu.<br /> Nhận<br /> Nh ận xét: M<br /> Mụcục ti<br /> tiêu<br /> êu bay ththẳng<br /> ẳng vvào<br /> ào tr<br /> trận<br /> ận địa với vận tốc vvàà độ<br /> độ cao không đổi. Ở<br /> thời điểm t = 188,679s m<br /> thời mụcục tiêu<br /> tiêu trên đđỉnh<br /> ỉnh trận<br /> trận địa, góc hư<br /> hướng<br /> ớng bằng 0, góc tầm đạt<br /> giá tr<br /> trịị lớn nhất. Khi bay qua đđỉnhỉnh trận địa, góc hhướng<br /> ớng đổi dấu, góc tầm giảm dần.<br /> Đồồ thị trực quan cho thấ y góc hướng<br /> thấy hướng và góc ttầm ầm đều có đặc tính tốt<br /> tốt.<br /> 3.. MÔ T<br /> TẢẢ MỤC<br /> MỤC TIÊU<br /> TIÊU BAY THEO ĐƯ<br /> ĐƯỜNG<br /> ỜNG TRÒN<br /> TRÒN<br /> VỚI<br /> ỚI VẬN TỐC VVÀ<br /> ÀMMỤC<br /> ỤC TI<br /> TIÊU<br /> ÊU KHÔNG Đ<br /> ĐỔI<br /> ỔI<br /> Mục<br /> M ục tiêu<br /> tiêu bay ththẳng<br /> ẳng vvào trận địa với độ cao H và vận<br /> ào trận vận tốc v từừ điểm xuất phát xác<br /> ịnh M0  xM 0 , yM 0 , zM 0  có cự<br /> định cự ly D0 và góc hư ớng θ1t0. Gọi<br /> hướng ọi kkho<br /> hoảng<br /> ảng cách từ gốc tọa<br /> <br /> <br /> 290 Vũ<br /> ũ Quốc Huy<br /> Huy, ““Một<br /> ột số quỹ đạo mục ti<br /> tiêu phục<br /> phục vụ mô ph<br /> phỏng<br /> ỏng … tác chi<br /> chiến<br /> ến ng ày và đêm.<br /> ngày đêm.””<br /> Thông tin khoa học<br /> học công ngh<br /> nghệ<br /> <br /> độ<br /> ộ đến hhình<br /> ình chi<br /> chiếu ờng bay llàà P.. Khi m<br /> ếu của đđường mụcục tiêu<br /> tiêu bay th<br /> thẳng<br /> ẳng đến vị trí<br /> M1  xM1, yM1, zM1  có hình chi<br /> chiếu<br /> ếu của véc<br /> véc--tơ<br /> tơ cự<br /> cự ly tr<br /> trên<br /> ên m ặt phẳng Oxoyo bằng<br /> mặt ằng P thì<br /> mục<br /> m ục ti<br /> tiêu<br /> êu bay theo đư<br /> đường<br /> ờng tr òn (hình 3<br /> tròn 3).<br /> ).<br /> Trên hình 3,, đo<br /> đoạn<br /> ạn M0M1 thể thể hiện quỹỹ đạo mục<br /> mục ti<br /> tiêu<br /> êu bay thẳng.<br /> thẳng. Đoạn quỹ đạo<br /> Đoạn<br /> bay này đđãã được<br /> được xây dựng trong mục 2. Tiếp ếp theo cần xây dựng quỹ đạo của m<br /> mục<br /> ục<br /> tiêu bay theo đư<br /> đường<br /> ờng tr<br /> tròn.<br /> òn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 33. Mô ttả ả mục titiêu<br /> êu chuy<br /> chuyển<br /> ển động theo đđường<br /> ờng tròn<br /> tròn.<br /> Ta biết<br /> biết rằng khi mục ti êu bay theo đư<br /> tiêu đường<br /> ờng tr<br /> tròn, vận tốc tiếp tuyến v và vận<br /> òn, vận vận tốc<br /> góc  của của mục ti tiêu<br /> êu có m ối liên<br /> mối liên hệ<br /> hệ sau:<br /> v  P (6))<br /> Lấy ấy tích phân hai vế của (6 6) trong th ời gian t > t1:<br /> thời<br /> t t<br /> v (7))<br /> t P tdt   dt   t<br /> 1 1<br /> <br /> <br /> v (t  t1 )<br />   1t1  1<br /> P<br />  P  v (t  t )<br /> 1<br />  1  1t 0  arccos  <br />  D2  H 2  P<br />  0 <br /> Trong đó t1 là th thời<br /> ời gian để mục ti tiêu<br /> êu bay th thẳng<br /> ẳng từ điểm xuất phát đến điểm<br /> chuy<br /> chuyển<br /> ển sang quỹ đạo bay vvòng. òng.<br /> N N D02  H 2  P 2 (8))<br /> t1  0 1 <br /> v v<br /> Vị trí mục ti<br /> Vị êu M  xM , yM , zM  trong trong th<br /> tiêu ời gian t > t1:<br /> thời<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số Đặc san TĐH,<br /> TĐH, 04 - 2019 291<br />  Kỹỹ thuật điều khiển - Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br />    v(t  t )  (9))<br /> P<br /> xM  P cos 1  P cos 1t 0  arccos   1 <br /> <br />   D H2<br /> 2  P <br />   0  <br />   P  v(t  t ) <br /> yM  P sin 1  P sin 1t 0  arccos   1 <br /> <br />   D H2<br /> 2  P <br />   0  <br /> zM  H<br /> Vậy<br /> Vậy vị trí của mục ti<br /> tiêu<br /> êu có biểu<br /> biểu diễn toán học ddưới ới dạng (10<br /> 10a)<br /> a) và (10<br /> 10b)<br /> b):<br /> V 0 < t < t1:<br /> Với<br />    (10<br /> 10a))<br /> P<br /> xM  D02  H 2 cos 1t 0  v sin 1t 0  arccos   t<br />   D 2  H 2 <br />   0 <br />   P <br /> yM  D02  H 2 sin 1t 0  v cos 1t 0  arccos   t<br />   D2  H 2 <br />   0 <br /> zM  H<br /> V t > t1:<br /> Với<br />    v(t  t )  (10<br /> 10b))<br /> P<br /> xM  P cos 1  P cos 1t 0  arccos   1 <br /> <br />   D H2<br /> 2  P <br />   0  <br />   P  v(t  t ) <br /> yM  P sin 1  P sin 1t 0  arccos   1 <br /> <br />   D H2<br /> 2  P <br />   0  <br /> zM  H<br /> Với<br /> V ới thông số mô ph<br /> phỏng<br /> ỏng như<br /> như bảng<br /> bảng 11,, qquỹ<br /> ỹ đạo vvàà góc ccủa<br /> ủa mục<br /> mục tiêu trong trư<br /> trường<br /> ờng<br /> hợp<br /> ợp nnày<br /> ày được<br /> được thể hiện nh<br /> nhưư hình<br /> hình 4.<br /> 4<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Quỹ<br /> Quỹ đạo bay vvòng<br /> òng và các góc ccủa<br /> ủa mục ti<br /> tiêu<br /> êu<br /> <br /> <br /> 292 Vũ<br /> ũ Quốc Huy<br /> Huy, ““Một<br /> ột số quỹ đạo mục ti<br /> tiêu phục<br /> phục vụ mô ph<br /> phỏng<br /> ỏng … tác chi<br /> chiến<br /> ến ng ày và đêm.<br /> ngày đêm.””<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Quỹ đạo mục tiêu có mô tả toán học như sau:<br /> T T<br /> - Khi 0 < t ≤ t1: M1 =  0 9500 350 + 15,800 47, 438 0 t<br /> T<br /> <br /> - Khi t > t1: M2 =  3000 cos  5, 037  t  3000 sin  5, 037  t  350 <br />   60  60  <br /> Các thông số mô phỏng cho phép ta tính được:<br /> t1 = 188,679 s;<br /> T<br /> v1  15,800 47, 438 0 (m/s)<br /> Nhận xét: Từ lúc xuất phát đến thời điểm t1 = 188,679s, mục tiêu bay vào trận<br /> địa với góc tầm tăng dần. Sau khoảng thời gian bay thẳng, mục tiêu chuyển sang<br /> chế độ bay vòng tròn với góc tầm không đổi còn góc hướng thay đổi theo chu kỳ.<br /> Các góc của mục tiêu đưa vào hệ truyền động bám đều có đặc tính tốt.<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã trình bày mô tả toán học quỹ đạo mục tiêu bay thẳng và bay vòng<br /> tích hợp trong thành phần của tổ hợp phòng không tầm thấp. Đây là những quỹ đạo<br /> mục tiêu điển hình đã được ứng dụng phục vụ mô phỏng huấn luyện trong các đại<br /> đội pháo phòng không 37mm-2N tác chiến ngày và đêm [1]. Nhờ có mô tả toán<br /> học đường bay của mục tiêu, các góc tầm và góc hướng của mục tiêu được tính<br /> toán cụ thể, làm góc đặt cho hệ bám góc mục tiêu của đài quan sát. Đối với tổ hợp<br /> phòng không tầm thấp đang được trang bị trong quân đội, ngoài tham số góc của<br /> mục tiêu, sự thay đổi góc của mục tiêu cũng là một tham số quan trọng. Trong<br /> những công bố tiếp theo, tác giả sẽ trình bày thuật toán tạo quỹ đạo mục tiêu tổng<br /> quát và dành sự quan tâm mô phỏng sâu hơn đến sự thay đổi các góc mục tiêu.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Viện Tự động hóa KTQS (2005), “Đại đội PPK 37mm - 2N tác chiến ngày và<br /> đêm”, Tài liệu kỹ thuật tổng hợp, Hà Nội.<br /> [2]. Vũ Quốc Huy (2017), “Nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động bám sát mục<br /> tiêu cho đài quan sát trên phương tiện cơ động”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật,<br /> Viện KH-CN Quân sự, Hà Nội.<br /> [3]. Vũ Quốc Huy, Trần Ngọc Bình, Nguyễn Vũ, Nguyễn Quang Hùng (2014),<br /> “Khảo sát hệ điều khiển bám của đài quan sát với một số thủ đoạn mục tiêu”,<br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Đặc san TĐH, T4-2014, tr. 101-109.<br /> [4]. X. Rong Li and Vesselin P. Jilkov (2003), “Survey of Maneuvering Target<br /> Tracking - Part I: Dynamic Models”, IEEE Trans. On Aerospace and<br /> electronic systems, Vol. 39, No. 4, pp. 1333-1364.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 293<br />  Kỹ thuật điều khiển - Điện tử<br /> <br /> ABSTRACT<br /> SOME AIRCRAFT TARGET TRAJECTORIES SERVING THE TRAINING<br /> SIMULATION AT ANTI-AIRCRAFT GUN COMPANIES<br /> ACTING DAY AND NIGHT<br /> The paper presents a mathematical description of some of the target<br /> trajectories used in training in current anti-aircraft gun companies. Two typical<br /> target trajectories - straight and round flight trajectories are built-in. Specific<br /> target parameters are extracted from low-range air defense complexes, then<br /> included in the visual simulation calculation. These trajectory descriptions play<br /> an important role, as the input for the system to keep abreast of activities,<br /> effectively supporting the actual training process.<br /> Keywords: Target trajectories; Straight flying; Round flying; Anti-aircraft gun.<br /> <br /> Nhận bài ngày 15 tháng 01 năm 2019<br /> Hoàn thiện ngày 22 tháng 02 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 3 năm 2019<br /> <br /> Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS.<br /> *<br /> Email: maihuyvu@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 294 Vũ Quốc Huy, “Một số quỹ đạo mục tiêu phục vụ mô phỏng … tác chiến ngày và đêm.”<br />