黃 義,汪德虎,余家祥,王連柱,解維河

(海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

一維彈道修正彈是為了提高密集度而采用阻力修正原理進(jìn)行縱向距離修正的一種低成本彈藥[1],作戰(zhàn)效費(fèi)比高、發(fā)展前景大。由于該彈工作原理與傳統(tǒng)無(wú)控彈不同,射擊諸元不僅包括發(fā)射諸元還包括修正諸元,僅改變發(fā)射諸元的傳統(tǒng)射擊校正方法[2]不再適用于一維彈道修正彈。為提高艦炮使用一維彈道修正彈射擊精度和作戰(zhàn)效能,必須針對(duì)該彈工作原理,分析射擊誤差,研究射擊校正新方法。

1 艦炮使用一維彈道修正彈射擊原理

艦炮使用一維彈道修正彈射擊的原理是:在目標(biāo)(或提前點(diǎn))基礎(chǔ)上增加射程擴(kuò)展量進(jìn)行射擊諸元計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)射擊預(yù)定彈道遠(yuǎn)于目標(biāo)(或提前點(diǎn)),跟蹤雷達(dá)測(cè)量一段外彈道參數(shù),火控設(shè)備進(jìn)行彈跡濾波,預(yù)測(cè)彈著點(diǎn),并求出其與目標(biāo)(或提前點(diǎn))偏差,解算射程修正量,形成修正指令,指令發(fā)送裝置向飛行中的修正彈發(fā)送修正指令;彈上修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制阻力環(huán)適時(shí)張開(kāi),實(shí)現(xiàn)打遠(yuǎn)修近[3]。其工作過(guò)程如圖1所示。

圖1中,坐標(biāo)系O-XYZ為以發(fā)射點(diǎn)為原點(diǎn)的相對(duì)地球靜止的直角坐標(biāo)系,Si(i = 1,2,3,…)為發(fā)射后雷達(dá)所在位置,表示雷達(dá)測(cè)量的彈道坐標(biāo)向量,用虛線表示的未修正彈道是指如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作的一段彈道。

2 射擊誤差和射擊觀測(cè)

2.1 射擊誤差

根據(jù)艦炮使用一維彈道修正彈的工作原理,射擊誤差主要包括預(yù)測(cè)誤差和修正誤差。預(yù)測(cè)誤差指火控設(shè)備預(yù)測(cè)如果修正機(jī)構(gòu)不工作的彈著點(diǎn)誤差,主要包括雷達(dá)測(cè)量外彈道坐標(biāo)誤差、我艦狀態(tài)誤差、不開(kāi)環(huán)狀態(tài)彈道系數(shù)誤差和氣象誤差等。其中,我艦狀態(tài)誤差是指搖擺角測(cè)量誤差和航速航向測(cè)量誤差,雷達(dá)測(cè)量外彈道坐標(biāo)是相對(duì)量,需要由火控設(shè)備進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和彈跡濾波,所以,我艦狀態(tài)誤差影響外彈道坐標(biāo)精度。修正誤差指修正機(jī)構(gòu)的工作誤差,主要包括阻力環(huán)張開(kāi)時(shí)間誤差[4]和開(kāi)環(huán)狀態(tài)彈道系數(shù)誤差。

圖1 艦炮發(fā)射修正彈工作過(guò)程示意圖

2.2 射擊觀測(cè)

射擊校正需要通過(guò)射擊觀測(cè)獲取誤差值,艦炮使用一維彈道修正彈射擊誤差的獲取較傳統(tǒng)無(wú)控彈困難。如圖2所示,O點(diǎn)為發(fā)射點(diǎn),OX表示射擊方向,P點(diǎn)為目標(biāo)(或提前點(diǎn)),C點(diǎn)為實(shí)際的修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的觀測(cè)彈著點(diǎn),Sn點(diǎn)為火控設(shè)備根據(jù)雷達(dá)測(cè)量的一段彈道坐標(biāo)預(yù)測(cè)修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作的彈著點(diǎn),Cn點(diǎn)為假設(shè)修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作的實(shí)際彈著點(diǎn)。向量CnSn即為火控設(shè)備預(yù)測(cè)如果修正機(jī)構(gòu)不工作的彈著點(diǎn)誤差,由于無(wú)法直接獲取Cn點(diǎn)位置,所以,預(yù)測(cè)誤差CnSn無(wú)法直接獲取;SnP為預(yù)期的修正量,CnC為實(shí)際修正量,所以,修正誤差為(CnC-SnP)=(CnSn-CP),其中,誤差CP可以通過(guò)射擊觀測(cè)獲取。但是,由于無(wú)法直接獲取預(yù)測(cè)誤差CnSn,所以,修正誤差亦無(wú)法直接獲取。

圖2 預(yù)測(cè)誤差和修正誤差示意圖

3 射擊校正方法

根據(jù)艦炮使用一維彈道修正彈射擊原理、誤差組成和射擊觀測(cè)特點(diǎn),本文提出先校正預(yù)測(cè)誤差、再校正修正誤差的射擊校正方法。

3.1 校正預(yù)測(cè)誤差

獲取預(yù)測(cè)誤差的方法是,修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作,發(fā)射n發(fā)彈,逐發(fā)預(yù)測(cè)彈著點(diǎn),逐發(fā)觀測(cè)彈著點(diǎn),將觀測(cè)彈著點(diǎn)與預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)偏差平均值作為預(yù)測(cè)誤差。如圖3所示,O點(diǎn)為發(fā)射點(diǎn),OX表示射擊方向,S點(diǎn)為預(yù)測(cè)彈著點(diǎn),C為觀測(cè)彈著點(diǎn),SC為預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)誤差;P點(diǎn)為目標(biāo)(或提前點(diǎn)),與預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)不重合。

圖3 提前點(diǎn)、預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)、觀測(cè)彈著點(diǎn)示意圖

校正預(yù)測(cè)誤差的方法是,修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作,將火控設(shè)備預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)減去通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作獲取的預(yù)測(cè)誤差作為新的預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)。

3.2 校正修正誤差

校正修正誤差原理是:由于艦炮使用一維彈道修正彈射擊誤差包括預(yù)測(cè)誤差和修正誤差,所以,校正預(yù)測(cè)誤差后,觀測(cè)彈著點(diǎn)相對(duì)目標(biāo)(或提前點(diǎn))誤差僅為修正誤差,取前n發(fā)觀測(cè)彈著點(diǎn)相對(duì)目標(biāo)(或提前點(diǎn))誤差的平均值作為修正誤差,校正后續(xù)射彈射程修正量,形成修正指令,可以提高后續(xù)彈射擊精度。

獲取修正誤差的方法是,修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作,發(fā)射n發(fā)彈,逐發(fā)校正預(yù)測(cè)誤差,逐發(fā)觀測(cè)彈著點(diǎn)相對(duì)目標(biāo)(或提前點(diǎn))偏差,取其平均值作為修正誤差。校正預(yù)測(cè)誤差后,圖2中的Sn點(diǎn)和Cn點(diǎn)重合,如圖4所示,SnP為修正量的理論值,SnC為實(shí)際修正量,修正誤差為(SnC-SnP)=-CP,可以通過(guò)射擊觀測(cè)獲取。圖2中為遠(yuǎn)彈,修正誤差為負(fù)值,表示修近了。

圖4 修正誤差示意圖

校正修正誤差的方法是,獲取修正誤差后,逐發(fā)發(fā)射修正彈,逐發(fā)預(yù)測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作的彈著點(diǎn),求出與目標(biāo)(或提前點(diǎn))的偏差,減去修正誤差作為射程修正量,形成修正指令。

4 彈道模型

一維彈道修正彈預(yù)測(cè)修正機(jī)構(gòu)不工作的彈著點(diǎn)以及根據(jù)射程修正量形成修正指令采用的彈道模型為[4-5]:

式中,C為彈道系數(shù),阻力環(huán)閉合狀態(tài)和張開(kāi)狀態(tài)取不同的值,空氣密度函數(shù),τ表示虛溫,y表示彈道高,氣壓函數(shù),p(y)表示“氣壓函數(shù)”,p0N表示“標(biāo)準(zhǔn)氣壓”,表示“標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù)”,馬赫數(shù)Ma=V/cs,,g表示“重力加速度”,Wx表示縱風(fēng),V為彈丸在彈道切線方向上的速度,Vx和Vy為V在水平和垂直方向上的速度分量。

5 仿真計(jì)算

以某型一維彈道修正彈為例,對(duì)射程 25km、縱深為50m的目標(biāo)發(fā)射100發(fā)炮彈,采用Monte-Carlo法仿真10000次。雷達(dá)測(cè)距誤差均值和均方差為10m,測(cè)角誤差均值和均方差為 1.0mrad;艦艇搖擺角測(cè)量誤差均值和均方差為1.0 mrad,艦艇航速測(cè)量誤差均值和均方差為 0.8kn,艦艇航向測(cè)量誤差均值和均方差為1.0 mrad;阻力環(huán)打開(kāi)時(shí)間誤差均值和均方差為1ms;彈道系數(shù)誤差均值和均方差為標(biāo)準(zhǔn)值的 0.5%;虛溫誤差均值和均方差為 0.1°K,氣壓誤差均值和均方差為0.1%p0N。校正預(yù)測(cè)誤差和校正修正誤差均采用4發(fā)彈誤差平均值。不進(jìn)行射擊校正和按本文方法射擊校正距離上命中彈數(shù)的均值和均方差以及命中概率如表1所示。

表1 不校正和校正命中彈數(shù)對(duì)比表

從表1可知,按本文方法射擊校正,校正后能夠提高命中概率。

6 結(jié)束語(yǔ)

艦炮使用傳統(tǒng)無(wú)控彈射擊校正方法不適用于艦炮使用一維彈道修正彈,本文根據(jù)艦炮使用一維彈道修正彈工作原理,分析射擊誤差構(gòu)成和射擊觀測(cè)特點(diǎn),將射擊誤差分為預(yù)測(cè)誤差和修正誤差,首次提出先校正預(yù)測(cè)誤差、后校正修正誤差的射擊校正方法,仿真證明采用本文的射擊校正方法能夠顯著提高射擊精度。

[1]史金光,王中原,等.一維彈道修正彈氣動(dòng)力計(jì)算方法和射程修正量分析[J].火力與指揮控制,2010,35(7):80-83.

[2]汪德虎,戴耀,王建明.艦炮彈道觀測(cè)校正研究[J].彈道學(xué)報(bào),2002,14(2):48-51,56

[3]王中原,史金光,李鐵鵬.彈道修正中的控制算法[J].彈道學(xué)報(bào),2011,23(2):19-21,27

[4]陶陶,王海川.一維彈道修正彈阻力環(huán)修正控制算法研究[J].指揮控制與仿真,2009,31(3):88-90.

[5]韓子鵬.彈箭外彈道學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.