海上對空彈目偏差精度試驗的設計分析與應用

郝繼平，李昕澤，杜成功

（解放軍92941部隊94分隊，遼寧 葫蘆島 125001）

艦炮武器系統對空射擊的彈目偏差測量[1]被列入靶場試驗重點攻關項目。對于常見的各類口徑艦炮均無可用的測量真值設備，形成了靶場測量技術的短板。尤其最近的小口徑系統［2］和新的中大口徑艦炮武器系統試驗中需求十分迫切。海軍常用的小口徑火控雷達系列和中大口徑的火控雷達技術成熟，能進行彈丸跟蹤，相應設備對彈目偏差具有測量功能，需靶場設備提供偏差測量真值。通常用于炮彈，也可用于導彈等小目標。

1 彈目偏差試驗設備原理和方法

1.1 需求

1）測量對象

目標為高亞音速靶標、低空的仿飛魚掠海拖靶，模擬小目標或飛機。彈丸彈徑通常為中小口徑，彈丸速度遠大于聲速。

2）測量參數

脫靶向量包括脫靶的距離和方向，通常使用傳感器陣坐標系K系，目標（靶標）坐標系T系，炮手(Q平面)坐標系P系。

偏差量使用方位偏差角βp和高低偏差角αp表示。在P系下使用的X、Y。

3）測量范圍和精度

射擊距離范圍，艦炮回轉中心到靶標幾何中心距離。測量距離范圍：數百米-數千米；

偏差角測量范圍：方位角和高低角在幾個到十幾個毫弧度。

測量精度：系統誤差和隨機誤差取樣本均值和樣本標準差[2]，不同系統要求有區別，一般為一個毫弧度左右。

彈目偏差測量誤差：大約在距離的千分之幾。

1.2 原理

脫靶向量指的是彈丸離目標最近時彈丸在目標坐標系中的坐標向量。

基本測試原理：是彈道上的每一點，彈丸都將產生一個運動方向和波前成直角并以聲速運動的壓力波，通常稱為N波。N波的壓力幅值和時間寬度與N波的傳播距離存在一定的關系，只要能測到N波的信息，便能得到彈目偏差。設立空間聲傳感器陣測量彈目偏差向量，必須測量多點的N波信號并設法提取所需N波的時間寬度和各N波出現的時間，計算機根據數學模型按一定的程序處理和計算，最后得到以瞄準中心為坐標原點目標系的坐標量并轉換成炮手坐標系的彈目偏差角。計算過程中用到大量參數。

1.3 計算參數

1）計算彈目偏差向量需要的參數dB

見圖1，彈丸產生的N波4’到達傳感器陣5’時刻，5’與該N波產生點（稱砰發點）PB之間的距離dB；

圖1 對空彈目偏差計算示意圖

需要計算的參數還有 d5，彈道上另一砰發點 P5所產生的N波與傳感器 M5的相遇點 M5′到該砰發點P5之間的距離；N波陣面負法線方向單位矢量k；彈丸彈道反方向單位矢量b；N波到達某些點的時間：彈丸頭尾波首先通過傳感器 M1～M4中某個傳感器所經歷的時間寬度 TFi，通過傳感器的頭，尾波時間寬度 TF5；N波錐面到達傳感器陣各個傳感器的時刻 ti；彈丸出炮口到N波首先與傳感器陣某個傳感器（例如M2）相迂所經歷的時間Δt5；N波首先碰到M2（假定）最后碰到 M5所經歷的時間 t5；炮目方位角ψ和炮目高低角γ；標定系數 C1和 C2；彈丸飛行時間Δt5；其它氣象、航路、物理坐標變換等參數不詳細敘述。

距離 dB的確定是通過測量到的N波的時間寬度TFi和 TF5來計算的。

其中，C1、C2為彈形系數是常數，彈丸在目標附近的飛行速度,馬赫數MP由射表獲得。從K系到T系轉換的實質是考慮了系有滾動角的影響。從T系到P系轉換的是考慮T系相對于P系有旋轉。

2）彈目偏差角計算

精確測量彈丸激波信號的時間寬度和到達各傳感器的時間是本系統的關鍵技術。

1.4 數學修正和校準

校準系數和彈丸特性是彈目偏差向量測試系統最基本的兩個參數，對系統測試精度的影響是至關重要的。對不同口徑類型的彈丸對應有不同的校準系數。必須對各類常用艦炮的彈丸特性進行專門測試，并將測試結果存檔，以備試驗時根據需要向計算程序里裝定。

對于運動目標時，必須修正 TFi和 TF5。；式中MM=VMC靶速的馬赫數。

2 海上對空彈目偏差精度試驗應用的數據結果和技術分析

2.1 原始數據（經過脫密處理的原始數據）

某雷達對仿飛魚拖靶連發射擊的測偏范圍和測偏精度試驗情況。連發射擊前，首先進行彈丸存速測量精度試驗和單發射擊測偏精度試驗，設備正常均滿足指標要求。然后系統對仿飛魚拖靶進行射擊試驗。實驗數據表1。

表1 對空射擊功能試驗數據

2.2 真值測量情況（經過脫密處理的真值測量數據）

真值測量數據見表2。

表2 試驗真值測量

2.3 散布圖

由實驗結果得散布圖，見圖2。

圖2 實驗散步圖

2.4 結果分析

由真值設備錄取到脫靶量數據，實時統計結果。真值系統誤差為方位－3.96 mrad、俯仰 0.88 mrad,距離4.08。均方差方位1.24 mrad、俯仰1.71 mrad,距離0.92。

雷達錄取了大量偏差量有效數據。雷達測偏精度的系統誤差方位優于指標要求、俯仰優于指標要求。首發相遇點距離 1000m左右，雷達方位最大值 14 mrad，滿足測量范圍大于指標要求。測彈數量大約占85%，滿足系統使用要求。

在試驗過程中發現，在某種條件下，噪聲很大，影響了試驗有效數據的讀取，由于試驗環境噪聲和測量范圍和精度的相互作用，若提高設備的測量范圍和精度時，噪聲增多，回波正確的數據少，有時不能正常使用。后來，通過減小測量范圍和適當調低精度的要求，設備工作的效果要高很多。數據正確率得到大幅提高。所以在一定噪聲環境條件下，要適當調整測量范圍和精度的要求。測量范圍和精度也相互影響，若提高精度，范圍應減小。反之增大測量范圍時精度也應調低些。

射擊測偏的結果，主要用來修正方位和俯仰的系統誤差。在射擊試驗過程中，由于采用了測偏結果，使得系統射擊時直接命中目標，得到優異試驗效果。

3 結束語

提供高精度的對空彈目偏差測量設備，對動目標具有閉環校射功能的艦炮武器系統和跟蹤雷達、光電跟蹤儀定型試驗是必不可少的。脫靶向量是定量分析艦炮武器系統最重要的性能――射擊效力，即命中概率和毀傷概率的依據，沒有這些數據就難以做出科學準確的結論?？梢哉f，靶場擁有測量系統，提高試驗質量和綜合試驗能力，對促進靶場現代化建設具有重要作用。

海上對空精度試驗，把事后處理的方法提高為實時處理，把標量的方式轉換為矢量方式，把單發測量轉換為連發測量，從低速目標提高到高速目標，技術難度增大，資金投入需求多，海上對空動目標彈目偏差精度測量試驗也是初級階段，雖然多次試驗結果很好，但需要大量試驗數據進一步完善。

[1]黃守訓,等.艦炮武器系統試驗與鑒定[M].北京：國防工業出版社,2005.

[2]郝繼平,等.提高光電跟蹤儀作用距離的方法及測試[J].中北大學學報，2007,28（4）:356-359.

[3]吳翊,等.應用數理統計[M].長沙：國防科技大學出版社.