火炮末敏子彈藥彈道參數(shù)測試技術(shù)*

姜東陽，陳俊彪，穆高超，吳建敏

(中國兵器工業(yè)試驗測試研究院， 陜西渭南 714200)

0 引言

末敏彈藥是充分體現(xiàn)精確打擊、重點目標(biāo)毀傷的智能彈藥，也是我國陸軍列裝的重要型號，其中火炮末敏彈藥外形尺寸小，末端彈道復(fù)雜，依次完成開艙，開減速傘，近地射流攻擊等工作工況。一般的連續(xù)波雷達只能跟蹤火炮末敏彈藥至開艙，光電經(jīng)緯儀對此火炮彈藥也不具備自動跟蹤能力，因此靶場對火炮末敏子彈藥跟蹤測試難度較大。由于缺少末敏子彈藥靶場測試數(shù)據(jù)，研制人員只能依據(jù)末敏子彈落點推測其工作過程，這一定程度影響了研制進度。

1 靶場測試難點分析

靶場測試難點主要表現(xiàn)在以下方面：1)由于火炮末敏彈外形尺寸小、目標(biāo)特性弱、初速較高，光電經(jīng)緯儀不具備自動跟蹤能力；2)由于開艙后末敏子彈藥外形更小、目標(biāo)特性更弱、速度變化迅速，一般的連續(xù)波雷達只能跟蹤至開艙，很難繼續(xù)跟蹤末敏子彈藥；3)由于近地光學(xué)背景復(fù)雜，光電經(jīng)緯儀實時識別此類弱暗目標(biāo)難度較大。

2 測試系統(tǒng)

2.1 測試系統(tǒng)組成

測試系統(tǒng)由引導(dǎo)雷達、光電經(jīng)緯儀測試分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)構(gòu)成。光電經(jīng)緯儀測試分系統(tǒng)由不少于3臺光電經(jīng)緯儀構(gòu)成；指揮控制分系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理中心構(gòu)成。

2.2 測試系統(tǒng)布局設(shè)計

測試系統(tǒng)布局是測試能力的重要決定因素。設(shè)計測試系統(tǒng)布局主要是根據(jù)靶場試驗、通信等條件，設(shè)計光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局及確定引導(dǎo)雷達布設(shè)位置。

依據(jù)雷達捕獲條件、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域等確定引導(dǎo)雷達位置，一般選擇在炮位后方500 m處。

綜合分析光電經(jīng)緯儀探測器性能、視場大小、目標(biāo)成像、觀測角度、跟蹤角速度、跟蹤策略、人工單桿跟蹤條件、跟蹤模式切換條件、交會條件[2]、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、光學(xué)背景等，設(shè)計光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局。

2.2.2 基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像分析

為了滿足末敏子彈藥目標(biāo)成像和跟蹤測量的要求，光電經(jīng)緯儀測試分系統(tǒng)布局需滿足以下要求：光電經(jīng)緯儀觀測距離2～6 km；光電經(jīng)緯儀交會角30°～150°；光電經(jīng)緯儀基線距離1～8 km；光電經(jīng)緯儀理論成像不小于1像素×1像素；由其它跟蹤模式切換至人工單桿跟蹤時的角速度≤1°/s，在人工單桿跟蹤過程中的角速度≤5°/s。

火炮發(fā)射末敏彈后，引導(dǎo)雷達捕獲跟蹤目標(biāo)，實時將測量數(shù)據(jù)(T,R,A,E)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心；數(shù)據(jù)處理中心實時處理生成引導(dǎo)數(shù)據(jù)(T,X,Y,Z),然后傳輸至各個光電經(jīng)緯儀；光電經(jīng)緯儀利用引導(dǎo)數(shù)據(jù)捕獲跟蹤末敏彈，工作流程如圖3所示。

測試系統(tǒng)布局設(shè)計過程中的重要研究內(nèi)容是：基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像和跟蹤角速度分析，兼顧解決光電經(jīng)緯儀近距離觀測和跟蹤角速度過大之間的矛盾。

2.2.1 光電經(jīng)緯儀測試分系統(tǒng)布局設(shè)計要求

這種方法是用來恢復(fù)指定頻率的諧波。一種簡單有效的方式恢復(fù)語音諧波是對應(yīng)用非線性函數(shù)NL。這樣,由人工恢復(fù)的信號可由式(12)得到,

按照引導(dǎo)雷達、光電經(jīng)緯儀和指揮控制系統(tǒng)的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、接入方式等具體要求，將引導(dǎo)雷達和各個光電經(jīng)緯儀接入指揮控制系統(tǒng)，搭建測試系統(tǒng)通信鏈路。

圖1 全彈道目標(biāo)成像分析

2.2.3 基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度分析

光電經(jīng)緯儀人工單桿跟蹤的一般要求：由其它跟蹤模式切換至人工單桿跟蹤時的角速度≤1°/s，在人工單桿跟蹤過程中的角速度≤5°/s。因此設(shè)計光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局時，需要根據(jù)光電經(jīng)緯儀站址、理論彈道、射擊諸元建立數(shù)學(xué)模型仿真計算，分析各個光電經(jīng)緯儀跟蹤過程中的角速度。圖2是1臺光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度的仿真結(jié)果。

干旱在我國每年都會發(fā)生，平均2～3年就會發(fā)生一次嚴重的干旱災(zāi)害；1951—2006年我國年均干旱受災(zāi)面積為2 194.3萬hm2，是同期年均雨澇受災(zāi)面積的2.25倍。我國干旱發(fā)生的頻率、影響范圍與影響程度均呈快速增加趨勢，1990—1999年和2000—2006年年均干旱受災(zāi)面積較1951—2006年分別增加了13.5%和17.2%；1990年以來，我國年均因旱災(zāi)造成的直接經(jīng)濟損失約占同期GDP的1%以上，遇嚴重干旱年景，該比例超過2%。如何應(yīng)對變化環(huán)境、即由人類活動和自然過程相互交織的系統(tǒng)驅(qū)動所引起的一系列陸地、大氣與水循環(huán)變化下的干旱，已成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展過程中亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

薪資管理模塊實現(xiàn)了薪資多次發(fā)放、其他薪資和勞務(wù)費單獨發(fā)放功能，系統(tǒng)自動合并計稅及一次性獎金計稅管理，解決了手工計稅煩瑣、人為錯誤風(fēng)險問題，為工資管理人員管理工資發(fā)放提供智能化的工具。系統(tǒng)還實現(xiàn)了自動生成個人所得稅申報表，實現(xiàn)與地稅系統(tǒng)聯(lián)動功能。

圖2 光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度分析

2.3 測試系統(tǒng)構(gòu)建

一般只有成像不小于1像素×1像素，光電經(jīng)緯儀才能實時識別跟蹤目標(biāo)。因此設(shè)計光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局時，需要根據(jù)光電經(jīng)緯儀站址、光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)、目標(biāo)尺寸、射擊諸元和理論彈道等，建立數(shù)學(xué)模型仿真計算，分析各個光電經(jīng)緯儀在跟蹤過程中的成像質(zhì)量。圖1是1臺光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像的仿真結(jié)果。

3 跟蹤策略設(shè)計

跟蹤策略也是系統(tǒng)測試能力的重要決定因素。針對末敏子彈藥的目標(biāo)特性和彈道特性，綜合運用雷達跟蹤、數(shù)據(jù)引導(dǎo)、光電經(jīng)緯儀跟蹤等靶場測試手段，設(shè)計采用雷達引導(dǎo)捕獲目標(biāo)與人工單桿相結(jié)合的跟蹤策略。所設(shè)計跟蹤策略主要包括以下兩部分。

1)雷達引導(dǎo)光電經(jīng)緯儀捕獲跟蹤目標(biāo)

據(jù)《溫州府志》記載，“永嘉水則：平字上高七寸合開陡門，至平字諸鄉(xiāng)合宜，平字下低三寸合閘陡門”，宋元祐三年（1088年）立在譙樓前五福橋西北第二間石柱上。而位于瞿嶼古閘中孔上游右墩上呈豎直排列的“開平閘”三個古漢字，經(jīng)測量其頂部高程分別為 3.55 m、3.33 m、3.22 m，即豎直排列的字體間距；“開”字頂部橫劃與“平”字頂部橫劃間距為七寸，“平”字頂部橫劃與“閘”字頂部橫劃間距為三寸，與“永嘉水則”描述的高七寸和低三寸完全吻合。因此，可以斷定“開平閘”即“永嘉水則”。 “永嘉水則”為“平字水則”的最早水則，而“開平閘”石刻為“永嘉水則”現(xiàn)存的唯一實物見證，具有較高的研究價值。

這樣,控制方程式(7)、初始條件式(8)、邊界條件式(9)和連接條件式(11)以及式(13)或(15)構(gòu)成FRP布加固簡支裂紋黏彈性梁彎曲變形的初邊值問題.

大家在思維上有一個誤區(qū)，認為發(fā)展新能源汽車就是為了環(huán)保，然而新能源和環(huán)保只是從某一個層面來講有了關(guān)聯(lián)，實質(zhì)上它們沒有必然聯(lián)系。比如使用純電動汽車，汽車的排放等于零，但電廠的排放不等于零，仍然會產(chǎn)生污染。發(fā)展新能源汽車的本質(zhì)是受到國家能源政策的指導(dǎo)。在國外，有很多種類的新能源汽車，比如混合動力汽車、純電動汽車、氫能源汽車。目前，我國很多專家也在討論，純電動汽車到底是不是我國發(fā)展新能源汽車的終極路線，只能說如今我們還處于嘗試階段。

根據(jù)2011年國務(wù)院批復(fù)的《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃》，長江流域及西南諸河共劃定了1 521個水功能區(qū)（其中長江流域1 363個、西南諸河1 58個），并根據(jù)每個水功能區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀水質(zhì)和開發(fā)利用程度以及規(guī)劃用水需求確定了每個水功能區(qū)的水質(zhì)管理目標(biāo)。對于需要保護和嚴格控制開發(fā)的水功能區(qū)，確定了較嚴格的水質(zhì)管理目標(biāo)；對于要承載開發(fā)利用活動的水功能區(qū)，則以用水水質(zhì)要求做作為管理目標(biāo)。這些制度體現(xiàn)了水功能區(qū)管理統(tǒng)籌兼顧、分類指導(dǎo)的原則。

圖3 雷達引導(dǎo)光電經(jīng)緯儀工作流程

2)設(shè)計人工跟蹤切換時機

人工跟蹤切換時機是光電經(jīng)緯儀跟蹤測試成功的關(guān)鍵。根據(jù)理論彈道、炮位坐標(biāo)、射向射角、光電經(jīng)緯儀站址仿真計算光電經(jīng)緯儀對目標(biāo)的理論跟蹤角速度，然后選擇光電經(jīng)緯儀理論跟蹤角速度最小時刻為人工跟蹤切換時機。

4 靶場試驗驗證

兵器常規(guī)武器靶場采用上述測試系統(tǒng)布局和跟蹤策略，測試某型火炮末敏子彈藥18發(fā)，圖像測試成功率88.9%，彈道參數(shù)測試成功率77.8%。

5 事后數(shù)據(jù)處理

事后數(shù)據(jù)處理主要處理光電經(jīng)緯儀測量數(shù)據(jù)。一般采用異面直線交會的方法處理軌跡參數(shù)[3]，然后采用中心二階平滑算法處理速度參數(shù)[4-6]。

由于存在火工品及減速傘作用，末敏子彈藥速度迅速變化，采用一般的中心二階平滑算法處理速度參數(shù)存在較大的數(shù)據(jù)平滑誤差和傳遞誤差，不能精確描述末敏子彈藥的工作特性。因此需要采用以開艙點為界線的數(shù)據(jù)分段處理，并且正確選擇中心二階平滑點數(shù)處理速度參數(shù)，才能保障數(shù)據(jù)處理的精度。

采用分段處理數(shù)據(jù)，平滑點數(shù)選擇13, 處理某火炮末敏子彈藥速度參數(shù)如圖4所示。

圖4 某末敏子彈藥速度時間曲線

6 結(jié)束語

文中分析了火炮末敏子彈藥的靶場測試難點，設(shè)計由引導(dǎo)雷達、光電經(jīng)緯儀、指揮控制系統(tǒng)組成的測試系統(tǒng)及其跟蹤策略；論述了光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)的布局設(shè)計及要求，并且針對末敏子彈藥彈道特性建議提出數(shù)據(jù)處理方法。目前正在建設(shè)該項測試技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準，可以為國內(nèi)靶場對彈徑小、速度高、多次分離、彈道復(fù)雜的火炮彈藥類試驗測試提供一定的技術(shù)參考。