基于多虛擬目標(biāo)模型的榴彈炮炸偏修正方法

韓克壯，趙建新，舒 領(lǐng)，解志斌，和 崢

（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

榴彈炮射擊目標(biāo)時(shí)，首發(fā)計(jì)算的諸元，由于氣象數(shù)據(jù)、彈藥條件、火炮坐標(biāo)、目標(biāo)坐標(biāo)等條件有誤差，一般會(huì)存在炸點(diǎn)與目標(biāo)偏離的情況。炸點(diǎn)與目標(biāo)的偏差定義為射擊誤差。根據(jù)觀測(cè)的射擊誤差對(duì)射擊諸元進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程，稱(chēng)為射擊修正，高質(zhì)量的射擊修正可提高后續(xù)射擊的命中率。射擊誤差包括諸元誤差和散布誤差。炮兵射擊修正的實(shí)質(zhì)為根據(jù)觀察到的射擊誤差進(jìn)行反向修正，最終把諸元誤差盡可能完全修正。

傳統(tǒng)的修正方法由炸點(diǎn)與目標(biāo)的偏差量算出方向偏差量和距離偏差量，最終得到射角、方向的修正量。當(dāng)炸點(diǎn)偏離目標(biāo)較遠(yuǎn)或者炮目距離接近最大射程時(shí)，高角距變和偏流變化幅度較大，會(huì)引起較大的諸元誤差，且高角距變和偏流的變化都屬于系統(tǒng)誤差，應(yīng)該予以消除，但是傳統(tǒng)的修正方法在上述情況下存在缺陷。本文提出了一種基于多虛擬目標(biāo)模型的方法，先根據(jù)炸點(diǎn)與目標(biāo)的偏差量建立多個(gè)虛擬目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上通過(guò)彈道解算獲取多個(gè)虛擬目標(biāo)的射擊參數(shù)，使用首發(fā)射擊參數(shù)和虛擬目標(biāo)的射擊參數(shù)，得到高角距變和偏流完成諸元修正，該方法可以有效地提高射擊諸元修正精度。

1 傳統(tǒng)射擊修正流程

傳統(tǒng)射擊修正基本流程為確定射擊目標(biāo)后，輸入射擊條件，解算出射角（EL）、射向（AZ）、高角距變（gjjb0）、偏流（dift0）等射擊參數(shù)。在榴彈炮完成裝填、調(diào)炮后進(jìn)行一發(fā)試射。通過(guò)激光測(cè)距機(jī)等方式獲取炸點(diǎn)坐標(biāo)，再根據(jù)陣地坐標(biāo)、目標(biāo)坐標(biāo)，計(jì)算出炮目距離Dpm、炮目方向Fpm、炮炸距離Dpz、炮炸方向Fpz，以及相對(duì)于炮目方向的距離偏差量ΔDzm和方向偏差量ΔFzm，如圖1 所示。

圖1 距離偏差量ΔDz'm 和方向偏差量ΔFzm

距離偏差量ΔDz'm（單位：m）和方向偏差量ΔFzm（單位：mil）的解算公式：

2 傳統(tǒng)修正方法的缺點(diǎn)

榴彈炮進(jìn)行射角修正時(shí)，假定目標(biāo)在一定范圍內(nèi)高變量是不變的，在確定射擊條件的最大射程一定比例范圍內(nèi)且偏差量不是很大時(shí)，這種假定對(duì)修正的精度影響有限，但是炸點(diǎn)偏離目標(biāo)較遠(yuǎn)或接近炮目距離接近最大射程時(shí)，高角距變有較大幅度的變化，依據(jù)該型榴彈炮某型彈藥射表（如表1 所示）繪制出炮目距離與高角距變二者關(guān)系曲線，如圖2所示。

表1 距離與高角距變數(shù)據(jù)表

圖2 炮目距離與高角距變關(guān)系圖

由于榴彈炮炮彈飛行時(shí)的繞心運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致炮彈偏離初始飛行方向，對(duì)于右（左）旋彈丸會(huì)偏向彈道右（左）方，也就是偏流的產(chǎn)生。假設(shè)由動(dòng)力平衡角產(chǎn)生的側(cè)向升力形成了向右的平均加速度?1/2，則在全彈道上形成的偏流近似公式就是

利用真空彈道中全飛行時(shí)間T2與射程X 的關(guān)系，T2=2Xtgθ/g，得：

通過(guò)上式可知，射程越大，射角越大，偏流也迅速增大，這是偏流的定性特點(diǎn)。近似公式中的系數(shù)?1由偏流實(shí)驗(yàn)確定，θ 表示射角，g 表示重力加速度。

同一射擊條件下，射角的變化會(huì)導(dǎo)致炮彈的飛行時(shí)間產(chǎn)生變化，特別是在最大射角附近，射角的變化會(huì)引起偏流的迅速變化。但是傳統(tǒng)的方向修正沒(méi)有考慮偏流，特別是在偏差量比較大或者靠近最大射程時(shí)，會(huì)很大程度上影響方向的準(zhǔn)確度。某型榴彈炮在當(dāng)前射擊條件下，最大射程為23 km，炮目距離從10 km 增加到23 km，炸點(diǎn)與目標(biāo)的距離偏差量為炮目距離的1%、3%、5%、6%時(shí)的偏流偏差量如圖3 所示。

圖3 距離偏差與偏流偏差關(guān)系曲線

由圖3 可知，在炮目距離小于20 km 的情況下，當(dāng)炸點(diǎn)與目標(biāo)的距離偏差量小于3%時(shí)，偏流偏差量對(duì)距離偏差不敏感；但是，在炮目距離超過(guò)20 km的情況下，偏流偏差量對(duì)距離偏差較為敏感，特別是距離偏差大于3%時(shí)，偏流偏差量隨距離偏差的變化存在顯著差異，所以在這種情況下，應(yīng)該把距離偏差引起的較大偏流偏差量進(jìn)行技術(shù)處理。

3 基于多虛擬目標(biāo)的修正方法

3.1 修正方法的模型與原理

為了解決傳統(tǒng)修正方法的缺點(diǎn)，提出一種基于多虛擬目標(biāo)模型的榴彈炮修正方法。如果炸點(diǎn)與目標(biāo)的距離偏差量不大時(shí)，則按傳統(tǒng)流程進(jìn)行修正；否則，基于多虛擬目標(biāo)模型的修正方法進(jìn)行修正，具體步驟如下所示：

2）根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)、炸點(diǎn)坐標(biāo)、炮目距離Dpm、炮目方向Fpm、炮炸距離Dpz、炮炸方向Fpz，以及ΔDi和方向偏差量ΔFzm，推出多個(gè)虛擬目標(biāo)Mi，如圖4 所示。

圖4 虛擬目標(biāo)示意圖

虛擬目標(biāo)Mi的坐標(biāo)（Xi，Yi）解算方法如下所示：

3）虛擬目標(biāo)Mi在當(dāng)前射擊條件下，依次解彈道方程獲取Mi的高角距變gjjbi值和偏流difti；

4）將n 個(gè)分點(diǎn)對(duì)應(yīng)虛擬目標(biāo)的射角修正量算數(shù)求和，可得最終射角修正量ΔEL：

5）將第n 個(gè)虛擬目標(biāo)Mn的偏流與目標(biāo)的偏流作差，可得偏流偏差量Δdift：

6）由5）中得到的偏流偏差量Δdift 解算方向修正量：

3.2 修正方法的工程實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際作戰(zhàn)中，有時(shí)會(huì)存在調(diào)炮不到位、炸點(diǎn)測(cè)量錯(cuò)誤等各種原因，導(dǎo)致用于修正的炸點(diǎn)信息不正確，遇到這種情況時(shí)，系統(tǒng)需要進(jìn)行對(duì)異常炸點(diǎn)進(jìn)行剔除或者進(jìn)行提示指揮員注意排查問(wèn)題，然后進(jìn)行修正。

3.2.1 異常炸點(diǎn)判斷

排除異常炸點(diǎn)主要是通過(guò)判斷距離偏差量與炮目距離的比例值、方向偏差量的范圍來(lái)完成的。判斷異常炸點(diǎn)中使用的距離偏差量與炮目距離的比例值和方向偏差量偏差范圍使用的參數(shù)值，需要根據(jù)實(shí)際的火炮確定。

3.2.2 正常炸點(diǎn)的修正流程

正常炸點(diǎn)修正時(shí)，根據(jù)距離偏差量來(lái)確定使用傳統(tǒng)修正方法還是使用基于多目標(biāo)模型的方法，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖5 所示。

圖5 改進(jìn)的修正方法流程圖

3.3 基于多虛擬目標(biāo)模型修正方法修正結(jié)果分析

某型榴彈炮在確定射擊條件下分別使用傳統(tǒng)修正方法，和基于多虛擬目標(biāo)模型的修正方法進(jìn)行修正，方向偏差量對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，對(duì)比圖如圖6 所示，方向修正偏差量對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，對(duì)比圖如圖7所示，可以通過(guò)射角、方向?qū)Ρ葓D，清晰地得到優(yōu)化后修正方法偏差量明顯小于傳統(tǒng)修正方法。標(biāo)準(zhǔn)射角和方向通過(guò)查射表方式得到。

圖6 方向偏差量對(duì)比圖

圖7 射角偏差量對(duì)比圖

表2 兩種修正方法方向偏差量對(duì)比表

表3 兩種方法射角偏差量對(duì)比表

4 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)修正方法在炮目距離接近最大射程或炸點(diǎn)偏離目標(biāo)較遠(yuǎn)的情況下，高角距變變化迅速和沒(méi)有考慮距離變化引起的偏流變化的缺點(diǎn)，提出一種基于多目標(biāo)模型的榴彈炮炸偏修正方法。該方法根據(jù)炸點(diǎn)和目標(biāo)的偏差量得到多個(gè)虛擬目標(biāo)，并計(jì)算多個(gè)虛擬目標(biāo)的射擊參數(shù)，利用多個(gè)虛擬目標(biāo)的射擊參數(shù)，得到最終的射角修正量和方向修正量，有效地提高了榴彈炮炸偏修正精度。