羅 兵 鄧 榮

(海軍蚌埠士官學(xué)校兵器系 蚌埠 233012)

初速對射擊精度的影響及測速雷達(dá)在艦炮武器系統(tǒng)中的應(yīng)用*

羅 兵 鄧 榮

(海軍蚌埠士官學(xué)校兵器系 蚌埠 233012)

論文闡述了測速雷達(dá)原理及其在艦炮武器系統(tǒng)中的應(yīng)用,介紹了采用測速雷達(dá)進(jìn)行閉環(huán)校射來提高艦炮武器系統(tǒng)射擊精度的方法。

艦炮武器系統(tǒng); 測速雷達(dá); 初速預(yù)測

Class Number TN95

1 引言

艦炮具有反應(yīng)速度快、射擊死區(qū)小、持續(xù)射擊時(shí)間長、不受干擾、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),能夠伴隨水面艦艇對敵實(shí)施持續(xù)攻擊和防御,可以有效完成對岸火力支援、對海攻擊和防空反導(dǎo)任務(wù),是水面艦艇的一種具有較強(qiáng)綜合作戰(zhàn)能力的艦載武器。

彈丸初速指彈丸出炮口瞬間的速度,艦炮在對敵方目標(biāo)瞄準(zhǔn)射擊時(shí),彈丸初速是解命中計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),它的準(zhǔn)確與否直接影響艦炮的命中概率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,為了提高艦炮射擊精度,各國開始發(fā)展應(yīng)用先進(jìn)的測速雷達(dá)測量彈丸初速。測速雷達(dá)由于具有受天氣影響小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高等優(yōu)點(diǎn),目前已成為測量艦炮彈丸初速的主要手段。

2 初速對艦炮射擊精度的影響

艦炮的作用主要可分為三個(gè)方面:對海攻擊、對岸火力支援和近程防空反導(dǎo)。尤其在近程防空反導(dǎo)中,情況更為復(fù)雜,目標(biāo)機(jī)動性強(qiáng)。為了命中目標(biāo),首先需要確定艦炮射擊時(shí)的射擊諸元,也就是解命中問題。解命中時(shí),目標(biāo)的航路機(jī)動是未知的,需要我方進(jìn)行預(yù)測判定,因此,解命中問題的一般步驟如下:

1) 測定目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)坐標(biāo);

2) 對目標(biāo)運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行假設(shè)并平滑求取目標(biāo)運(yùn)動要素;

3) 確定發(fā)射瞬間目標(biāo)現(xiàn)在坐標(biāo)和目標(biāo)提前點(diǎn)坐標(biāo);

4) 修正非標(biāo)準(zhǔn)彈道氣象條件的影響,計(jì)算非

標(biāo)準(zhǔn)條件下的相對提前點(diǎn)和彈道點(diǎn)坐標(biāo);

5) 求取射擊諸元。

艦炮的射擊特點(diǎn)是目標(biāo)通常高速運(yùn)動,并且艦炮隨艦艇也一起運(yùn)動、搖擺,在這種情況下,艦炮要發(fā)射炮彈命中目標(biāo),就要精確計(jì)算出彈丸和目標(biāo)的相會點(diǎn)坐標(biāo)。例如射擊的目標(biāo)是飛機(jī),首先要計(jì)算出飛機(jī)的坐標(biāo)和航路,根據(jù)射擊諸元調(diào)整艦炮射擊方向,使發(fā)射的炮彈,飛行一段時(shí)間后,正好與飛機(jī)飛行這段時(shí)間后,在空中的某一點(diǎn)相遇,以達(dá)到摧毀目標(biāo)的目的。這是個(gè)復(fù)雜的過程,命中精度與許多因素有關(guān),初速是其中一個(gè)重要的因素,在求取射擊諸元時(shí),必須知道彈丸初速。以往艦炮沒有裝備測速雷達(dá),其彈丸初速都以射表數(shù)據(jù)置入,而射表數(shù)據(jù)與實(shí)際初速是有差別的。因?yàn)橛绊懗跛俚脑蚝芏?如藥溫、裝藥量、彈重、藥室的燒蝕程度以及炮管的壽命等。實(shí)踐也表明,實(shí)際初速與標(biāo)定初速確實(shí)是有差別的,有時(shí)甚至差別較大。而測速雷達(dá)可以實(shí)時(shí)修正這項(xiàng)誤差。

距離與初速的關(guān)系為

式中:S為距離;V0為初速;t為彈丸飛行時(shí)間;a為負(fù)加速度。

對上式求微分得:

dS=t×dV0

式中:dS為距離變化量;dV0為初速變化量;t為彈丸飛行時(shí)間。

假設(shè)飛機(jī)以一定的速度向艦炮方向飛行,要想將其擊落,艦炮就要瞄準(zhǔn)飛機(jī)航路前方的某一點(diǎn)射擊,使彈丸飛行一段時(shí)間后,正好與飛機(jī)相遇,將其摧毀。假設(shè)艦炮射擊后,彈丸初速為980m/s,負(fù)加速度為100m/s2,彈丸飛行2s后與目標(biāo)相遇,此時(shí)目標(biāo)與艦炮相距1760m,若初速誤差為-10m/s,即實(shí)際初速為970m/s,仍按此方向射擊,彈丸與飛機(jī)將無法相遇,距離誤差為20m。因?yàn)榫嚯x誤差與彈丸飛行時(shí)間成正比,所以時(shí)間越長距離誤差越大。即在同等的初速偏差下,要截?fù)舻哪繕?biāo)越遠(yuǎn),產(chǎn)生的距離誤差越大。因?yàn)槌跛偈谴_定彈跡的最重要因素,分析得知,當(dāng)表定初速大于實(shí)際初速時(shí),彈跡相對目標(biāo)偏低落后。當(dāng)表定初速小于實(shí)際初速時(shí),彈跡偏高超前。所以只有當(dāng)初速較精確時(shí),脫靶量才會很小,從而大大提高命中率和射擊效力。在艦炮武器系統(tǒng)全系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型中所有誤差源不變,僅初速誤差用兩種不同的方法仿真:一是以測速雷達(dá)瞬時(shí)測的初速預(yù)測下一發(fā)彈的初速,提供給指揮儀解命中;二是用火炮射擊的彈發(fā)數(shù)的累積數(shù)總和估算初速,并提供給指揮儀解命中。共模擬了200個(gè)航次,每個(gè)航次射擊18發(fā)彈。仿真結(jié)果表明,全航路至少命中1發(fā)的概率,前者為0.81,后者僅為0.59。僅這一項(xiàng)誤差就使命中率降低了約20%。可見初速在提高火炮射擊精度中的重要作用。

3 測速雷達(dá)的原理及應(yīng)用

測速雷達(dá)作為艦炮武器系統(tǒng)的組成部分之一,作用是在閉環(huán)校射過程中實(shí)時(shí)地為火控分系統(tǒng)提供精確的火炮彈丸的初速,以提高火炮的射擊精度。

測速雷達(dá)采用連續(xù)波、單天線、零中頻、多普勒效應(yīng)體制,終端采用專用數(shù)字信號處理器進(jìn)行頻譜分析,計(jì)算出彈丸回波的多普勒頻率,再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算出初速。測速雷達(dá)由終端機(jī)和高頻頭組成。高頻頭固定在艦炮炮管的根部,可以隨艦炮一起做俯仰和水平方向的轉(zhuǎn)動,天線始終與炮口指向一致。終端機(jī)固定在主炮控制室內(nèi),通過電纜與高頻頭相連。測速雷達(dá)的加電可由火控系統(tǒng)控制,加電后自動預(yù)置參數(shù)并進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài),艦炮射擊后,測速雷達(dá)可自動錄取數(shù)據(jù)。艦炮射擊瞬間,高頻頭可感知彈丸出炮口的火光,從而給出彈丸出炮口的時(shí)間信息,并接收彈丸回波信號,將檢測出的多普勒信號通過電纜傳輸給終端機(jī),終端機(jī)計(jì)算出初速后,再計(jì)算預(yù)測初速,然后將這兩種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給火控分系統(tǒng)。

要想提高射擊精度,就要預(yù)先知道彈丸的初速,而測速雷達(dá)測量初速要等到彈丸發(fā)射以后才能給出,所以要將測速雷達(dá)應(yīng)用到艦炮上必須解決初速預(yù)測問題,即根據(jù)以往的測量結(jié)果預(yù)測出下一發(fā)彈的初速,來修正艦炮的射擊諸元。下面介紹一種初速預(yù)測方法,該方法已成功運(yùn)用在某型號艦炮武器系統(tǒng)中,實(shí)踐證明效果良好。經(jīng)過對某型號艦炮實(shí)彈射擊70發(fā)數(shù)據(jù)的分析,當(dāng)采用當(dāng)前測量值與前9發(fā)平均值進(jìn)行累加平均獲得的預(yù)測初速,最接近實(shí)際初速。預(yù)測初速平均值與實(shí)際測量初速平均值十分接近,僅差0.22m/s,預(yù)測后初速偶然誤差下降了近四倍,預(yù)測初速誤差平均值為0.27m/s。

1) 平均值計(jì)算

由當(dāng)前測量值與前9發(fā)平均值進(jìn)行累加平均獲得。當(dāng)前測量值超差或未處理出數(shù)據(jù),則平均值仍采用原先平均值替代。

2) 預(yù)測值計(jì)算

當(dāng)彈發(fā)數(shù)小于10時(shí),采用3發(fā)彈滑動平均預(yù)測。當(dāng)彈發(fā)數(shù)大于等于10時(shí),采用當(dāng)前發(fā)與前9發(fā)彈丸的平均值進(jìn)行預(yù)測。

式中,i為射擊序號;Vn為雷達(dá)表定初速;Vi為測速雷達(dá)測得的第i發(fā)彈的初速;Vi預(yù)測為第i發(fā)彈初速的預(yù)測值。

3) 異常值判定

圖1 初速預(yù)測方法流程

初速預(yù)測方法的成功應(yīng)用提高了艦炮射擊精度和命中率,并在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。專家對測速雷達(dá)的重要作用給予了很高的評價(jià)。

4 結(jié)語

理論和實(shí)踐都充分證明了在艦炮武器系統(tǒng)中,正確使用測速雷達(dá)可以提高艦炮的命中率。初速預(yù)測方法解決了測速雷達(dá)在艦炮中的應(yīng)用問題。因此,無論是在艦炮上,還是在其他火炮上,應(yīng)用測速雷達(dá)的重要性已引起了有關(guān)方面的高度重視,這將對初速雷達(dá)研發(fā)能力的加強(qiáng)、性能的提高以及應(yīng)用方法的研究起到極大的促進(jìn)作用。

[1] 汪德虎,譚周壽,王建明等.艦炮射擊基礎(chǔ)理論[M].北京:海潮出版社,1998

[2] 張錦斌.火炮測速雷達(dá)的最小測量點(diǎn)數(shù)和作用距離[J].無線電工程.1999,29(2):5-10

[3] 郝曉劍.測量轉(zhuǎn)管炮炮口初速的一種新方法[J].華北工學(xué)院學(xué)報(bào),2000,21(2):114-117

[4] 汪藻.炮口初速建模初探[J].艦船科學(xué)技術(shù),1999(6):25-30

[5] 王秀玲.基于炮口雷達(dá)的初速綜合預(yù)測技術(shù)[J].火力與指揮控制,2009,34(7):165-167

[6] 劉海林.獲取測速雷達(dá)時(shí)間零點(diǎn)的幾種方法[J].無線電工程,2008,38(3):61-64

[7] 馬玲.毫米波測速雷達(dá)的測量原理[J].彈道學(xué)報(bào),2003,15(4):87-91

[8] 張錦斌.火炮測速雷達(dá)的應(yīng)用與發(fā)展[J].無線電工程,1994,24(1):9-19

[9] 張錦斌.火炮初速測量方法淺析[J].無線電通信技術(shù),1993,19(4):23-30.

[10] 劉海林.測速雷達(dá)在艦炮武器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].無線電工程,2008,38(Ⅱ):55-57.

Influence of Muzzle Ve1ocity on Shooting Accuracy and Application of Speed Measurement Radars in Shipborne Gun System

LUO Bing DENG Rong

(Weapon Department, Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

System operation theory and application of speed measurement radars in shipborne gun system are described. And a new approach is proposed to improve shooting accuracy of shipborne guns by implementing a closed loop shooting calibralion.

shjpborne gun system, speed measurement radar, muzzle ve1ocity predjction

2013年8月5日,

2013年9月13日

羅兵,男,講師,研究方向:艦炮火控系統(tǒng)。鄧榮,男,碩士,助理講師,研究方向:艦炮火控系統(tǒng)。

TN95

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.020