孫 強(qiáng),余家祥,王 瑋

(海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

隨著作戰(zhàn)節(jié)奏的加快、海戰(zhàn)環(huán)境和戰(zhàn)略格局的不斷變化,艦炮作戰(zhàn)方法和火控系統(tǒng)工作方式也需要不斷創(chuàng)新和完善以充分發(fā)揮艦炮反應(yīng)速度快、作戰(zhàn)靈活和火力密度大等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。例如，文獻(xiàn)[3]提出的基于綜合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)岸無瞄準(zhǔn)點(diǎn)目標(biāo)的射擊方法,文獻(xiàn)[4]提出的裝定坐標(biāo)法射擊方法。

艦炮對(duì)空射擊時(shí),若目標(biāo)貼海面等高運(yùn)動(dòng),例如掠海飛行的反艦導(dǎo)彈,雷達(dá)將進(jìn)入低角跟蹤狀態(tài),此時(shí)雷達(dá)俯仰角測(cè)量精度易受到海雜波[5]的影響,導(dǎo)致俯仰角測(cè)量誤差過大,影響諸元解算精度。針對(duì)這類目標(biāo),艦炮火控系統(tǒng)采用裝定高度法解算射擊諸元。裝定高度法,其與直接瞄準(zhǔn)法[6]不同之處在于目標(biāo)的高度不是通過觀測(cè)器材測(cè)量得到的,而是由火力支援單位提供或人工修正后的濾波高度直接裝定在火控系統(tǒng)中。為了評(píng)估裝定高度法諸元計(jì)算的精度,作者分析了目標(biāo)高度、射擊距離和裝定誤差對(duì)該方法諸元計(jì)算精度的影響,并與直接瞄準(zhǔn)法進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)艦炮使用決策、指揮工作方式具有重要意義。

1 裝定高度法

1.1 工作原理

當(dāng)發(fā)射艦受領(lǐng)作戰(zhàn)任務(wù),艦炮采取裝定高度法射擊時(shí),首先通過火力支援單位獲取目標(biāo)高度h,并裝定在火控系統(tǒng)中;同時(shí)艦載雷達(dá)連續(xù)測(cè)量目標(biāo)位置信息,如圖1所示:Mi為目標(biāo)的位置,Pi為發(fā)射艦的位置,其觀測(cè)坐標(biāo)為(Di，εi，Qi),經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、平滑濾波、觀炮間隔修正和旋轉(zhuǎn)變換[7]后得到發(fā)射瞬間目標(biāo)現(xiàn)在坐標(biāo)(xi，yi，zi),以此得到裝定高度法中目標(biāo)現(xiàn)在坐標(biāo)(xi，yi，h);最后保持發(fā)射艦的穩(wěn)定航行,艦炮火控系統(tǒng)求取射擊諸元并控制艦炮發(fā)射。

圖1 裝定高度法示意圖

1.2 諸元計(jì)算精度影響分析

從裝定高度法的工作過程看,影響諸元計(jì)算精度的原因主要有:

1)oz軸的目標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)分量直接在火控系統(tǒng)中裝定的,這個(gè)高度不論是由火力支援單位提供,還是參考轉(zhuǎn)入“裝定高度法”時(shí)的目標(biāo)高度濾波值,或是指揮員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定,都存在一定的誤差;

2)ox軸、oy軸的目標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)分量是由雷達(dá)觀測(cè)再經(jīng)濾波處理求得,依然受到雷達(dá)觀測(cè)誤差的影響,導(dǎo)致目標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)分量存在誤差,這一誤差在彈著點(diǎn)的散布中體現(xiàn);

3)射擊諸元的求取建立在發(fā)射瞬間目標(biāo)現(xiàn)在坐標(biāo)(xi，yi，h)的基礎(chǔ)上,在進(jìn)行解命中計(jì)算中,如圖2所示。

圖2 射擊諸元計(jì)算流程

圖2中ε表示彈丸飛行時(shí)間的計(jì)算精度要求,為滿足彈丸飛行時(shí)間和穩(wěn)定高低瞄準(zhǔn)角的精度要求,火控計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代計(jì)算時(shí)需要根據(jù)基本射表給出的函數(shù)關(guān)系建立彈丸飛行時(shí)間Tf和穩(wěn)定高低瞄準(zhǔn)角φ對(duì)彈道點(diǎn)斜距Dbi逼近公式[8]表達(dá)式如下:

式中,a0～a11、b0～b11為逼近公式系數(shù),斜距Dbi的表達(dá)式如下:

式中，dbi為彈道點(diǎn)的水平距離,Δh為裝定誤差。

由此可見,穩(wěn)定高低瞄準(zhǔn)角的計(jì)算精度受到射擊距離、目標(biāo)高度和裝定的高度誤差的影響。

2 仿真

2.1 諸元計(jì)算精度仿真分析

以某新型艦炮火控系統(tǒng)為例,假定目標(biāo)以速度100 m/s向正東方向等高勻速運(yùn)動(dòng);發(fā)射艦以速度10.3 m/s(20 kn)向北偏東30°勻速運(yùn)動(dòng)。

為分析射擊距離、目標(biāo)高度和裝定的高度誤差對(duì)諸元計(jì)算精度的影響,仿真流程如下:

1)首先按照敵我真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況計(jì)算每個(gè)時(shí)刻射擊諸元理論值;

2)然后計(jì)算在目標(biāo)高度一定時(shí),不同的射擊距離、不同的裝定誤差下的射擊諸元計(jì)算值,求得諸元誤差如表1所示;

表1 目標(biāo)高度一定時(shí),射擊距離和裝定誤差引起的諸元計(jì)算誤差

3)最后計(jì)算在射擊距離一定時(shí),不同的目標(biāo)高度、不同的裝定誤差下的射擊諸元計(jì)算值,求得諸元誤差如表2所示。

表2 射擊距離一定時(shí),目標(biāo)高度和裝定誤差引起的諸元計(jì)算誤差

分析表1可得當(dāng)目標(biāo)高度和射擊距離一定時(shí),裝定誤差增大1倍,諸元誤差也增大1倍;當(dāng)目標(biāo)高度和裝定誤差一定時(shí),諸元誤差隨射擊距離的增加而減小。

分析表2可得當(dāng)射擊距離和裝定誤差一定時(shí),諸元誤差隨目標(biāo)高度的增加先增后減,但變化幅度較小。

2.2 諸元計(jì)算精度對(duì)比

裝定高度法與直接瞄準(zhǔn)法相比,射擊諸元計(jì)算精度的區(qū)別在于前者oz軸上的相對(duì)坐標(biāo)是直接裝定的,而后者是通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和濾波處理得到的。

為了比較兩種方法諸元計(jì)算精度的效果,考慮剛性彈道原理[9-10],假定目標(biāo)高度為50 m,裝定誤差為5 m,艦炮火控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入裝定高度法工作時(shí)目標(biāo)位于發(fā)射艦右舷50°、距離5 000 m,雷達(dá)距離和方位角的測(cè)量無誤差,俯仰角測(cè)量誤差均值為零、方差分別為3.0 mil～8.0 mil時(shí)仿真200次的結(jié)果如表3所示。

表3 兩種方法諸元計(jì)算精度對(duì)比分析

從表3可得：1)通過直接瞄準(zhǔn)法濾波計(jì)算得到的目標(biāo)高度誤差方差和諸元誤差方差隨俯仰角測(cè)量誤差方差的增大而增大。而射擊諸元誤差方差越大,彈丸炸點(diǎn)散布誤差越大,將導(dǎo)致校射的精度降低。2)當(dāng)目標(biāo)實(shí)際運(yùn)動(dòng)高度一定時(shí),由于裝定的高度值也是一個(gè)固定值,那么裝定的誤差就是一定的,在計(jì)算射擊時(shí)屬于系統(tǒng)誤差。因此,雖然諸元誤差均值較大,但方差較小,通過校射可有效地使彈著點(diǎn)的分布中心趨近于目標(biāo),提高射擊精度。

3 結(jié)束語

為了評(píng)估裝定高度法諸元計(jì)算精度,分析了各參數(shù)對(duì)諸元計(jì)算精度的影響,并與直接瞄準(zhǔn)法諸元計(jì)算精度進(jìn)行了對(duì)比,得到如下結(jié)論:1)裝定高度法諸元計(jì)算誤差隨裝定誤差的增加而增大、隨射擊距離的增加而減小、隨目標(biāo)高度的增加先增后減;2)當(dāng)艦載雷達(dá)受海雜波等因素影響導(dǎo)致俯仰角測(cè)量誤差過大時(shí),采用裝定高度法可顯著提高艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。后續(xù)研究將繼續(xù)研究新型艦炮火控系統(tǒng)工作方式的優(yōu)化使用,以充分發(fā)揮艦炮反應(yīng)速度快、作戰(zhàn)靈活和火力密度大等優(yōu)點(diǎn)。