火炮末敏子彈藥彈道參數(shù)測(cè)試技術(shù)*

姜東陽(yáng)，陳俊彪，穆高超，吳建敏

(中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院， 陜西渭南 714200)

0 引言

末敏彈藥是充分體現(xiàn)精確打擊、重點(diǎn)目標(biāo)毀傷的智能彈藥，也是我國(guó)陸軍列裝的重要型號(hào)，其中火炮末敏彈藥外形尺寸小，末端彈道復(fù)雜，依次完成開(kāi)艙，開(kāi)減速傘，近地射流攻擊等工作工況。一般的連續(xù)波雷達(dá)只能跟蹤火炮末敏彈藥至開(kāi)艙，光電經(jīng)緯儀對(duì)此火炮彈藥也不具備自動(dòng)跟蹤能力，因此靶場(chǎng)對(duì)火炮末敏子彈藥跟蹤測(cè)試難度較大。由于缺少末敏子彈藥靶場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，研制人員只能依據(jù)末敏子彈落點(diǎn)推測(cè)其工作過(guò)程，這一定程度影響了研制進(jìn)度。

1 靶場(chǎng)測(cè)試難點(diǎn)分析

靶場(chǎng)測(cè)試難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面：1)由于火炮末敏彈外形尺寸小、目標(biāo)特性弱、初速較高，光電經(jīng)緯儀不具備自動(dòng)跟蹤能力；2)由于開(kāi)艙后末敏子彈藥外形更小、目標(biāo)特性更弱、速度變化迅速，一般的連續(xù)波雷達(dá)只能跟蹤至開(kāi)艙，很難繼續(xù)跟蹤末敏子彈藥；3)由于近地光學(xué)背景復(fù)雜，光電經(jīng)緯儀實(shí)時(shí)識(shí)別此類(lèi)弱暗目標(biāo)難度較大。

2 測(cè)試系統(tǒng)

2.1 測(cè)試系統(tǒng)組成

測(cè)試系統(tǒng)由引導(dǎo)雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀測(cè)試分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)構(gòu)成。光電經(jīng)緯儀測(cè)試分系統(tǒng)由不少于3臺(tái)光電經(jīng)緯儀構(gòu)成；指揮控制分系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理中心構(gòu)成。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)布局是測(cè)試能力的重要決定因素。設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)布局主要是根據(jù)靶場(chǎng)試驗(yàn)、通信等條件，設(shè)計(jì)光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局及確定引導(dǎo)雷達(dá)布設(shè)位置。

依據(jù)雷達(dá)捕獲條件、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域等確定引導(dǎo)雷達(dá)位置，一般選擇在炮位后方500 m處。

綜合分析光電經(jīng)緯儀探測(cè)器性能、視場(chǎng)大小、目標(biāo)成像、觀測(cè)角度、跟蹤角速度、跟蹤策略、人工單桿跟蹤條件、跟蹤模式切換條件、交會(huì)條件[2]、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、光學(xué)背景等，設(shè)計(jì)光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局。

2.2.2 基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像分析

為了滿(mǎn)足末敏子彈藥目標(biāo)成像和跟蹤測(cè)量的要求，光電經(jīng)緯儀測(cè)試分系統(tǒng)布局需滿(mǎn)足以下要求：光電經(jīng)緯儀觀測(cè)距離2～6 km；光電經(jīng)緯儀交會(huì)角30°～150°；光電經(jīng)緯儀基線(xiàn)距離1～8 km；光電經(jīng)緯儀理論成像不小于1像素×1像素；由其它跟蹤模式切換至人工單桿跟蹤時(shí)的角速度≤1°/s，在人工單桿跟蹤過(guò)程中的角速度≤5°/s。

火炮發(fā)射末敏彈后，引導(dǎo)雷達(dá)捕獲跟蹤目標(biāo)，實(shí)時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)(T,R,A,E)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心；數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時(shí)處理生成引導(dǎo)數(shù)據(jù)(T,X,Y,Z),然后傳輸至各個(gè)光電經(jīng)緯儀；光電經(jīng)緯儀利用引導(dǎo)數(shù)據(jù)捕獲跟蹤末敏彈，工作流程如圖3所示。

測(cè)試系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要研究?jī)?nèi)容是：基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像和跟蹤角速度分析，兼顧解決光電經(jīng)緯儀近距離觀測(cè)和跟蹤角速度過(guò)大之間的矛盾。

2.2.1 光電經(jīng)緯儀測(cè)試分系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)要求

這種方法是用來(lái)恢復(fù)指定頻率的諧波。一種簡(jiǎn)單有效的方式恢復(fù)語(yǔ)音諧波是對(duì)應(yīng)用非線(xiàn)性函數(shù)NL。這樣,由人工恢復(fù)的信號(hào)可由式(12)得到,

按照引導(dǎo)雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀和指揮控制系統(tǒng)的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、接入方式等具體要求，將引導(dǎo)雷達(dá)和各個(gè)光電經(jīng)緯儀接入指揮控制系統(tǒng)，搭建測(cè)試系統(tǒng)通信鏈路。

圖1 全彈道目標(biāo)成像分析

2.2.3 基于理論彈道的光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度分析

光電經(jīng)緯儀人工單桿跟蹤的一般要求：由其它跟蹤模式切換至人工單桿跟蹤時(shí)的角速度≤1°/s，在人工單桿跟蹤過(guò)程中的角速度≤5°/s。因此設(shè)計(jì)光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局時(shí)，需要根據(jù)光電經(jīng)緯儀站址、理論彈道、射擊諸元建立數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算，分析各個(gè)光電經(jīng)緯儀跟蹤過(guò)程中的角速度。圖2是1臺(tái)光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度的仿真結(jié)果。

干旱在我國(guó)每年都會(huì)發(fā)生，平均2～3年就會(huì)發(fā)生一次嚴(yán)重的干旱災(zāi)害；1951—2006年我國(guó)年均干旱受災(zāi)面積為2 194.3萬(wàn)hm2，是同期年均雨澇受災(zāi)面積的2.25倍。我國(guó)干旱發(fā)生的頻率、影響范圍與影響程度均呈快速增加趨勢(shì)，1990—1999年和2000—2006年年均干旱受災(zāi)面積較1951—2006年分別增加了13.5%和17.2%；1990年以來(lái)，我國(guó)年均因旱災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占同期GDP的1%以上，遇嚴(yán)重干旱年景，該比例超過(guò)2%。如何應(yīng)對(duì)變化環(huán)境、即由人類(lèi)活動(dòng)和自然過(guò)程相互交織的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所引起的一系列陸地、大氣與水循環(huán)變化下的干旱，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

薪資管理模塊實(shí)現(xiàn)了薪資多次發(fā)放、其他薪資和勞務(wù)費(fèi)單獨(dú)發(fā)放功能，系統(tǒng)自動(dòng)合并計(jì)稅及一次性獎(jiǎng)金計(jì)稅管理，解決了手工計(jì)稅煩瑣、人為錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，為工資管理人員管理工資發(fā)放提供智能化的工具。系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)生成個(gè)人所得稅申報(bào)表，實(shí)現(xiàn)與地稅系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能。

圖2 光電經(jīng)緯儀跟蹤角速度分析

2.3 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建

一般只有成像不小于1像素×1像素，光電經(jīng)緯儀才能實(shí)時(shí)識(shí)別跟蹤目標(biāo)。因此設(shè)計(jì)光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)布局時(shí)，需要根據(jù)光電經(jīng)緯儀站址、光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)、目標(biāo)尺寸、射擊諸元和理論彈道等，建立數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算，分析各個(gè)光電經(jīng)緯儀在跟蹤過(guò)程中的成像質(zhì)量。圖1是1臺(tái)光電經(jīng)緯儀目標(biāo)成像的仿真結(jié)果。

3 跟蹤策略設(shè)計(jì)

跟蹤策略也是系統(tǒng)測(cè)試能力的重要決定因素。針對(duì)末敏子彈藥的目標(biāo)特性和彈道特性，綜合運(yùn)用雷達(dá)跟蹤、數(shù)據(jù)引導(dǎo)、光電經(jīng)緯儀跟蹤等靶場(chǎng)測(cè)試手段，設(shè)計(jì)采用雷達(dá)引導(dǎo)捕獲目標(biāo)與人工單桿相結(jié)合的跟蹤策略。所設(shè)計(jì)跟蹤策略主要包括以下兩部分。

1)雷達(dá)引導(dǎo)光電經(jīng)緯儀捕獲跟蹤目標(biāo)

據(jù)《溫州府志》記載，“永嘉水則：平字上高七寸合開(kāi)陡門(mén)，至平字諸鄉(xiāng)合宜，平字下低三寸合閘陡門(mén)”，宋元祐三年（1088年）立在譙樓前五福橋西北第二間石柱上。而位于瞿嶼古閘中孔上游右墩上呈豎直排列的“開(kāi)平閘”三個(gè)古漢字，經(jīng)測(cè)量其頂部高程分別為 3.55 m、3.33 m、3.22 m，即豎直排列的字體間距；“開(kāi)”字頂部橫劃與“平”字頂部橫劃間距為七寸，“平”字頂部橫劃與“閘”字頂部橫劃間距為三寸，與“永嘉水則”描述的高七寸和低三寸完全吻合。因此，可以斷定“開(kāi)平閘”即“永嘉水則”。 “永嘉水則”為“平字水則”的最早水則，而“開(kāi)平閘”石刻為“永嘉水則”現(xiàn)存的唯一實(shí)物見(jiàn)證，具有較高的研究?jī)r(jià)值。

這樣,控制方程式(7)、初始條件式(8)、邊界條件式(9)和連接條件式(11)以及式(13)或(15)構(gòu)成FRP布加固簡(jiǎn)支裂紋黏彈性梁彎曲變形的初邊值問(wèn)題.

大家在思維上有一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為發(fā)展新能源汽車(chē)就是為了環(huán)保，然而新能源和環(huán)保只是從某一個(gè)層面來(lái)講有了關(guān)聯(lián)，實(shí)質(zhì)上它們沒(méi)有必然聯(lián)系。比如使用純電動(dòng)汽車(chē)，汽車(chē)的排放等于零，但電廠的排放不等于零，仍然會(huì)產(chǎn)生污染。發(fā)展新能源汽車(chē)的本質(zhì)是受到國(guó)家能源政策的指導(dǎo)。在國(guó)外，有很多種類(lèi)的新能源汽車(chē)，比如混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)、氫能源汽車(chē)。目前，我國(guó)很多專(zhuān)家也在討論，純電動(dòng)汽車(chē)到底是不是我國(guó)發(fā)展新能源汽車(chē)的終極路線(xiàn)，只能說(shuō)如今我們還處于嘗試階段。

根據(jù)2011年國(guó)務(wù)院批復(fù)的《全國(guó)重要江河湖泊水功能區(qū)劃》，長(zhǎng)江流域及西南諸河共劃定了1 521個(gè)水功能區(qū)（其中長(zhǎng)江流域1 363個(gè)、西南諸河1 58個(gè)），并根據(jù)每個(gè)水功能區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀水質(zhì)和開(kāi)發(fā)利用程度以及規(guī)劃用水需求確定了每個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)管理目標(biāo)。對(duì)于需要保護(hù)和嚴(yán)格控制開(kāi)發(fā)的水功能區(qū)，確定了較嚴(yán)格的水質(zhì)管理目標(biāo)；對(duì)于要承載開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的水功能區(qū)，則以用水水質(zhì)要求做作為管理目標(biāo)。這些制度體現(xiàn)了水功能區(qū)管理統(tǒng)籌兼顧、分類(lèi)指導(dǎo)的原則。

圖3 雷達(dá)引導(dǎo)光電經(jīng)緯儀工作流程

2)設(shè)計(jì)人工跟蹤切換時(shí)機(jī)

人工跟蹤切換時(shí)機(jī)是光電經(jīng)緯儀跟蹤測(cè)試成功的關(guān)鍵。根據(jù)理論彈道、炮位坐標(biāo)、射向射角、光電經(jīng)緯儀站址仿真計(jì)算光電經(jīng)緯儀對(duì)目標(biāo)的理論跟蹤角速度，然后選擇光電經(jīng)緯儀理論跟蹤角速度最小時(shí)刻為人工跟蹤切換時(shí)機(jī)。

4 靶場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

兵器常規(guī)武器靶場(chǎng)采用上述測(cè)試系統(tǒng)布局和跟蹤策略，測(cè)試某型火炮末敏子彈藥18發(fā)，圖像測(cè)試成功率88.9%，彈道參數(shù)測(cè)試成功率77.8%。

5 事后數(shù)據(jù)處理

事后數(shù)據(jù)處理主要處理光電經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)。一般采用異面直線(xiàn)交會(huì)的方法處理軌跡參數(shù)[3]，然后采用中心二階平滑算法處理速度參數(shù)[4-6]。

由于存在火工品及減速傘作用，末敏子彈藥速度迅速變化，采用一般的中心二階平滑算法處理速度參數(shù)存在較大的數(shù)據(jù)平滑誤差和傳遞誤差，不能精確描述末敏子彈藥的工作特性。因此需要采用以開(kāi)艙點(diǎn)為界線(xiàn)的數(shù)據(jù)分段處理，并且正確選擇中心二階平滑點(diǎn)數(shù)處理速度參數(shù)，才能保障數(shù)據(jù)處理的精度。

采用分段處理數(shù)據(jù)，平滑點(diǎn)數(shù)選擇13, 處理某火炮末敏子彈藥速度參數(shù)如圖4所示。

圖4 某末敏子彈藥速度時(shí)間曲線(xiàn)

6 結(jié)束語(yǔ)

文中分析了火炮末敏子彈藥的靶場(chǎng)測(cè)試難點(diǎn)，設(shè)計(jì)由引導(dǎo)雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、指揮控制系統(tǒng)組成的測(cè)試系統(tǒng)及其跟蹤策略；論述了光電經(jīng)緯儀分系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)及要求，并且針對(duì)末敏子彈藥彈道特性建議提出數(shù)據(jù)處理方法。目前正在建設(shè)該項(xiàng)測(cè)試技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以為國(guó)內(nèi)靶場(chǎng)對(duì)彈徑小、速度高、多次分離、彈道復(fù)雜的火炮彈藥類(lèi)試驗(yàn)測(cè)試提供一定的技術(shù)參考。