海上對空彈目偏差精度試驗的設(shè)計分析與應(yīng)用

郝繼平，李昕澤，杜成功

（解放軍92941部隊94分隊，遼寧 葫蘆島 125001）

艦炮武器系統(tǒng)對空射擊的彈目偏差測量[1]被列入靶場試驗重點攻關(guān)項目。對于常見的各類口徑艦炮均無可用的測量真值設(shè)備，形成了靶場測量技術(shù)的短板。尤其最近的小口徑系統(tǒng)［2］和新的中大口徑艦炮武器系統(tǒng)試驗中需求十分迫切。海軍常用的小口徑火控雷達(dá)系列和中大口徑的火控雷達(dá)技術(shù)成熟，能進行彈丸跟蹤，相應(yīng)設(shè)備對彈目偏差具有測量功能，需靶場設(shè)備提供偏差測量真值。通常用于炮彈，也可用于導(dǎo)彈等小目標(biāo)。

1 彈目偏差試驗設(shè)備原理和方法

1.1 需求

1）測量對象

目標(biāo)為高亞音速靶標(biāo)、低空的仿飛魚掠海拖靶，模擬小目標(biāo)或飛機。彈丸彈徑通常為中小口徑，彈丸速度遠(yuǎn)大于聲速。

2）測量參數(shù)

脫靶向量包括脫靶的距離和方向，通常使用傳感器陣坐標(biāo)系K系，目標(biāo)（靶標(biāo)）坐標(biāo)系T系，炮手(Q平面)坐標(biāo)系P系。

偏差量使用方位偏差角βp和高低偏差角αp表示。在P系下使用的X、Y。

3）測量范圍和精度

射擊距離范圍，艦炮回轉(zhuǎn)中心到靶標(biāo)幾何中心距離。測量距離范圍：數(shù)百米-數(shù)千米；

偏差角測量范圍：方位角和高低角在幾個到十幾個毫弧度。

測量精度：系統(tǒng)誤差和隨機誤差取樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差[2]，不同系統(tǒng)要求有區(qū)別，一般為一個毫弧度左右。

彈目偏差測量誤差：大約在距離的千分之幾。

1.2 原理

脫靶向量指的是彈丸離目標(biāo)最近時彈丸在目標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)向量。

基本測試原理：是彈道上的每一點，彈丸都將產(chǎn)生一個運動方向和波前成直角并以聲速運動的壓力波，通常稱為N波。N波的壓力幅值和時間寬度與N波的傳播距離存在一定的關(guān)系，只要能測到N波的信息，便能得到彈目偏差。設(shè)立空間聲傳感器陣測量彈目偏差向量，必須測量多點的N波信號并設(shè)法提取所需N波的時間寬度和各N波出現(xiàn)的時間，計算機根據(jù)數(shù)學(xué)模型按一定的程序處理和計算，最后得到以瞄準(zhǔn)中心為坐標(biāo)原點目標(biāo)系的坐標(biāo)量并轉(zhuǎn)換成炮手坐標(biāo)系的彈目偏差角。計算過程中用到大量參數(shù)。

1.3 計算參數(shù)

1）計算彈目偏差向量需要的參數(shù)dB

見圖1，彈丸產(chǎn)生的N波4’到達(dá)傳感器陣5’時刻，5’與該N波產(chǎn)生點（稱砰發(fā)點）PB之間的距離dB；

圖1 對空彈目偏差計算示意圖

需要計算的參數(shù)還有 d5，彈道上另一砰發(fā)點 P5所產(chǎn)生的N波與傳感器 M5的相遇點 M5′到該砰發(fā)點P5之間的距離；N波陣面負(fù)法線方向單位矢量k；彈丸彈道反方向單位矢量b；N波到達(dá)某些點的時間：彈丸頭尾波首先通過傳感器 M1～M4中某個傳感器所經(jīng)歷的時間寬度 TFi，通過傳感器的頭，尾波時間寬度 TF5；N波錐面到達(dá)傳感器陣各個傳感器的時刻 ti；彈丸出炮口到N波首先與傳感器陣某個傳感器（例如M2）相迂所經(jīng)歷的時間Δt5；N波首先碰到M2（假定）最后碰到 M5所經(jīng)歷的時間 t5；炮目方位角ψ和炮目高低角γ；標(biāo)定系數(shù) C1和 C2；彈丸飛行時間Δt5；其它氣象、航路、物理坐標(biāo)變換等參數(shù)不詳細(xì)敘述。

距離 dB的確定是通過測量到的N波的時間寬度TFi和 TF5來計算的。

其中，C1、C2為彈形系數(shù)是常數(shù)，彈丸在目標(biāo)附近的飛行速度,馬赫數(shù)MP由射表獲得。從K系到T系轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是考慮了系有滾動角的影響。從T系到P系轉(zhuǎn)換的是考慮T系相對于P系有旋轉(zhuǎn)。

2）彈目偏差角計算

精確測量彈丸激波信號的時間寬度和到達(dá)各傳感器的時間是本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

1.4 數(shù)學(xué)修正和校準(zhǔn)

校準(zhǔn)系數(shù)和彈丸特性是彈目偏差向量測試系統(tǒng)最基本的兩個參數(shù)，對系統(tǒng)測試精度的影響是至關(guān)重要的。對不同口徑類型的彈丸對應(yīng)有不同的校準(zhǔn)系數(shù)。必須對各類常用艦炮的彈丸特性進行專門測試，并將測試結(jié)果存檔，以備試驗時根據(jù)需要向計算程序里裝定。

對于運動目標(biāo)時，必須修正 TFi和 TF5。；式中MM=VMC靶速的馬赫數(shù)。

2 海上對空彈目偏差精度試驗應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)果和技術(shù)分析

2.1 原始數(shù)據(jù)（經(jīng)過脫密處理的原始數(shù)據(jù)）

某雷達(dá)對仿飛魚拖靶連發(fā)射擊的測偏范圍和測偏精度試驗情況。連發(fā)射擊前，首先進行彈丸存速測量精度試驗和單發(fā)射擊測偏精度試驗，設(shè)備正常均滿足指標(biāo)要求。然后系統(tǒng)對仿飛魚拖靶進行射擊試驗。實驗數(shù)據(jù)表1。

表1 對空射擊功能試驗數(shù)據(jù)

2.2 真值測量情況（經(jīng)過脫密處理的真值測量數(shù)據(jù)）

真值測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 試驗真值測量

2.3 散布圖

由實驗結(jié)果得散布圖，見圖2。

圖2 實驗散步圖

2.4 結(jié)果分析

由真值設(shè)備錄取到脫靶量數(shù)據(jù)，實時統(tǒng)計結(jié)果。真值系統(tǒng)誤差為方位－3.96 mrad、俯仰 0.88 mrad,距離4.08。均方差方位1.24 mrad、俯仰1.71 mrad,距離0.92。

雷達(dá)錄取了大量偏差量有效數(shù)據(jù)。雷達(dá)測偏精度的系統(tǒng)誤差方位優(yōu)于指標(biāo)要求、俯仰優(yōu)于指標(biāo)要求。首發(fā)相遇點距離 1000m左右，雷達(dá)方位最大值 14 mrad，滿足測量范圍大于指標(biāo)要求。測彈數(shù)量大約占85%，滿足系統(tǒng)使用要求。

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在某種條件下，噪聲很大，影響了試驗有效數(shù)據(jù)的讀取，由于試驗環(huán)境噪聲和測量范圍和精度的相互作用，若提高設(shè)備的測量范圍和精度時，噪聲增多，回波正確的數(shù)據(jù)少，有時不能正常使用。后來，通過減小測量范圍和適當(dāng)調(diào)低精度的要求，設(shè)備工作的效果要高很多。數(shù)據(jù)正確率得到大幅提高。所以在一定噪聲環(huán)境條件下，要適當(dāng)調(diào)整測量范圍和精度的要求。測量范圍和精度也相互影響，若提高精度，范圍應(yīng)減小。反之增大測量范圍時精度也應(yīng)調(diào)低些。

射擊測偏的結(jié)果，主要用來修正方位和俯仰的系統(tǒng)誤差。在射擊試驗過程中，由于采用了測偏結(jié)果，使得系統(tǒng)射擊時直接命中目標(biāo)，得到優(yōu)異試驗效果。

3 結(jié)束語

提供高精度的對空彈目偏差測量設(shè)備，對動目標(biāo)具有閉環(huán)校射功能的艦炮武器系統(tǒng)和跟蹤雷達(dá)、光電跟蹤儀定型試驗是必不可少的。脫靶向量是定量分析艦炮武器系統(tǒng)最重要的性能――射擊效力，即命中概率和毀傷概率的依據(jù)，沒有這些數(shù)據(jù)就難以做出科學(xué)準(zhǔn)確的結(jié)論?？梢哉f，靶場擁有測量系統(tǒng)，提高試驗質(zhì)量和綜合試驗?zāi)芰?，對促進靶場現(xiàn)代化建設(shè)具有重要作用。

海上對空精度試驗，把事后處理的方法提高為實時處理，把標(biāo)量的方式轉(zhuǎn)換為矢量方式，把單發(fā)測量轉(zhuǎn)換為連發(fā)測量，從低速目標(biāo)提高到高速目標(biāo)，技術(shù)難度增大，資金投入需求多，海上對空動目標(biāo)彈目偏差精度測量試驗也是初級階段，雖然多次試驗結(jié)果很好，但需要大量試驗數(shù)據(jù)進一步完善。

[1]黃守訓(xùn),等.艦炮武器系統(tǒng)試驗與鑒定[M].北京：國防工業(yè)出版社,2005.

[2]郝繼平,等.提高光電跟蹤儀作用距離的方法及測試[J].中北大學(xué)學(xué)報，2007,28（4）:356-359.

[3]吳翊,等.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社.