末制導(dǎo)炮彈輔助諸元對(duì)激光制導(dǎo)的影響分析＊

王代智 戴 俊

（1.陸軍軍官學(xué)院指揮二系 合肥 230031）（2.陸軍軍官學(xué)院研究生管理大隊(duì) 合肥 230031）

1 引言

為了使激光末制導(dǎo)炮彈精確進(jìn)入慣性制導(dǎo)段并適時(shí)接收激光目標(biāo)指示器照射目標(biāo)后的反射激光信號(hào)，除了要精確決定目標(biāo)射擊開(kāi)始諸元（表尺、方向），還要決定炮彈的輔助諸元（程裝、延時(shí)等），使激光末制導(dǎo)炮彈可靠命中目標(biāo)。本文主要分析末制導(dǎo)炮彈輔助諸元的作用及其對(duì)制導(dǎo)的影響。

2 末制導(dǎo)炮彈輔助諸元

為了保證末制導(dǎo)炮彈能夠準(zhǔn)確命中目標(biāo)，制導(dǎo)炮彈射擊時(shí)裝定的輔助諸元有：程裝、助推發(fā)動(dòng)機(jī)密封蓋調(diào)整、制導(dǎo)系統(tǒng)工作方式、引信、延時(shí)等，對(duì)制導(dǎo)彈道影響較大主要是程裝和延時(shí)[2]。

程裝是個(gè)時(shí)鐘控制裝置，在彈丸飛行過(guò)程中，確定彈載電池觸發(fā)脈沖、慣性陀螺工作、鼻錐部拋撒、方向舵展開(kāi)等彈上動(dòng)作的時(shí)刻和程序，主要用于控制炮彈開(kāi)始制導(dǎo)的時(shí)間。射表中程裝的單位是用“分劃”來(lái)表征的，是裝定在彈上的一項(xiàng)重要諸元。末制導(dǎo)炮彈對(duì)應(yīng)射程較近和較遠(yuǎn)時(shí)，制導(dǎo)系統(tǒng)有“近區(qū)域”和“遠(yuǎn)區(qū)域”兩種工作方式，此時(shí)，程裝的數(shù)值也有很大差異。另一個(gè)重要的輔助諸元是激光指示器上裝定的“延遲時(shí)間”。該項(xiàng)諸元用于控制激光指示器照射的時(shí)機(jī)，以確保在制導(dǎo)炮彈拋開(kāi)鼻錐部并打開(kāi)光瞳后能可靠接收反射激光，使炮彈能準(zhǔn)確命中目標(biāo)。

3 程裝與延遲時(shí)間對(duì)彈道的影響

3.1 程裝分析

圖1 其它諸元相同程裝越小射距離越大

分析末制導(dǎo)炮彈彈道和高低云層射表數(shù)據(jù)可知，程裝分劃數(shù)值的大小與射距離有密切關(guān)系，根據(jù)射表數(shù)值給出末制導(dǎo)炮彈裝定同一諸元和不同程裝分劃情況下射距離的變化情況（圖1）。彈道1和彈道2分別是同一諸元，但裝定不同數(shù)值程裝時(shí)的兩條彈道，A點(diǎn)是彈道1的程裝工作開(kāi)始點(diǎn)，B是彈道2程裝工作開(kāi)始點(diǎn)。前已述及，程裝是控制末制導(dǎo)炮彈自動(dòng)駕駛儀中慣性陀螺工作的，當(dāng)?shù)竭_(dá)待發(fā)程序裝置裝定的“啟動(dòng)”時(shí)刻，慣性陀螺的轉(zhuǎn)子解脫并高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并保持與此時(shí)刻彈丸的彈軸方向一致，同時(shí)彈丸開(kāi)始由最高點(diǎn)開(kāi)始下降，并不斷改變彈丸縱軸的方向，當(dāng)慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸與彈丸縱軸夾角達(dá)到α的瞬間，彈丸縱軸不再改變方向，使彈丸沿一確定角度飛行，此時(shí)慣性制導(dǎo)段開(kāi)始。在圖3中，A1是彈道1程裝啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)A的切線，也是慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸的方向（在此忽略從程裝開(kāi)始工作到慣性陀螺正常工作的微小時(shí)間差），A2是彈丸縱軸與慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸夾角達(dá)到α瞬間點(diǎn)的切線，B1是彈道2程裝啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)B的切線，B2是彈丸縱軸與慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸夾角達(dá)到α瞬間點(diǎn)的切線，由于彈道1的程裝工作點(diǎn)比彈道2早，即彈道1程裝分劃比彈道2程裝分劃小，導(dǎo)致慣性制導(dǎo)階段彈道1的速度方向的彈軸傾角（彈軸與水平面夾角）比彈道2小，從而使彈道1的射距離增大。

我們得到一個(gè)重要結(jié)論：在其他諸元相同條件下，改變程裝分劃可以得到不同的彈道。程裝越小射距離越大，這樣，可以通過(guò)調(diào)節(jié)程裝來(lái)控制末制導(dǎo)炮彈的彈道和射距離。

3.2 延遲時(shí)間分析

3.2.1 對(duì)延遲時(shí)間的說(shuō)明

延遲時(shí)間用于確定激光指示器的接通時(shí)間。通常在末制導(dǎo)炮彈飛至目標(biāo)約剩余t時(shí)，激光指示器開(kāi)機(jī)并指示目標(biāo)，直至射彈命中目標(biāo)，延遲時(shí)間等于飛行時(shí)間減照射時(shí)間。激光指示器可持續(xù)照射tz即一個(gè)照射周期為tz。實(shí)際上確定延遲時(shí)間，盡量減小激光指示器照射時(shí)間，否則會(huì)造成因?yàn)檎丈鋾r(shí)間長(zhǎng)而暴露照射手位置和攻擊企圖；也不可提前結(jié)束照射，否則會(huì)使炮彈過(guò)早結(jié)束制導(dǎo)而未能精確導(dǎo)向目標(biāo)，造成無(wú)法精確命中目標(biāo)的情況。

3.2.2 表定延遲時(shí)間的求取

末制導(dǎo)炮彈在進(jìn)入慣性制導(dǎo)，拋撒鼻錐的時(shí)刻，就可以接收激光信號(hào)。只要有激光反射信號(hào)，同時(shí)在末制導(dǎo)炮彈導(dǎo)引頭作用范圍內(nèi)，導(dǎo)引頭就能接收到激光信號(hào)進(jìn)入制導(dǎo)段飛行。因此，延遲時(shí)間的求取，關(guān)鍵是要確定慣性制導(dǎo)段的開(kāi)始點(diǎn)時(shí)刻的時(shí)間。

根據(jù)末制導(dǎo)炮彈飛行原理，慣性制導(dǎo)段的開(kāi)始時(shí)刻與程裝密切相關(guān)，因此，利用程裝可以確定慣性制導(dǎo)段開(kāi)始時(shí)刻時(shí)間。前文已對(duì)程裝的確定作了詳盡的分析，當(dāng)程序裝置開(kāi)始工作時(shí)，慣性陀螺啟動(dòng)，當(dāng)慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸與不斷改變飛行姿態(tài)的彈丸彈軸夾角達(dá)到α?xí)r，彈丸不再改變運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)方向舵打開(kāi)，進(jìn)入慣性制導(dǎo)段。而慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸與彈軸夾角達(dá)到α這一點(diǎn)的時(shí)刻，便是要求取的慣性制導(dǎo)段開(kāi)始點(diǎn)的時(shí)刻。

這里存在兩種情況，1）當(dāng)慣性制導(dǎo)段飛行時(shí)間大于或者等于tz時(shí)，照射時(shí)間為tz；2）當(dāng)慣性制導(dǎo)段飛行時(shí)間小于tz時(shí)，照射時(shí)間即為這慣性制導(dǎo)段的飛行時(shí)間。

當(dāng)飛行時(shí)間與慣性制導(dǎo)段開(kāi)始時(shí)刻的時(shí)間之差小于tz時(shí)，慣性制導(dǎo)段開(kāi)始時(shí)刻的時(shí)間作為延遲時(shí)間，見(jiàn)圖2，圖中慣性制導(dǎo)段開(kāi)始點(diǎn)時(shí)間to1為延遲時(shí)間；當(dāng)飛行時(shí)間與慣性制導(dǎo)段開(kāi)始時(shí)刻的時(shí)間之差大于等于tz時(shí)，延遲時(shí)間為飛行時(shí)間減去tz，圖3中延遲時(shí)間為T－tz。據(jù)此，計(jì)算延遲tY時(shí)間的計(jì)算公式：

圖2 T－to1≤tz時(shí)，to1為延遲時(shí)間

圖3 T－to1＞tz時(shí)，T－tz為延遲時(shí)間

4 程裝與延遲時(shí)間的使用

4.1 高低云層時(shí)程裝的應(yīng)用

4.1.1 云層下限高度

在激光末制導(dǎo)炮彈射表使用中，必須根據(jù)云層高度確定使用高云層射表還是低云層射表。發(fā)射激光末制導(dǎo)炮彈時(shí)，由于激光制導(dǎo)信號(hào)受云層遮隔而影響末制導(dǎo)炮彈接收制導(dǎo)信號(hào)，因此，末制導(dǎo)炮彈射擊時(shí)規(guī)定云層高度低于某個(gè)下限值時(shí)，便不宜進(jìn)行射擊。解決的辦法是云層高度大于表中數(shù)值時(shí)，則選用高云層射表，否則選用低云層射表。

4.1.2 云層高度對(duì)制導(dǎo)精度的影響

圖4是末制導(dǎo)炮彈彈道示意圖，圖中A點(diǎn)是末制導(dǎo)炮彈拋撒鼻錐部后，打開(kāi)方向舵的時(shí)刻，此時(shí)，A點(diǎn)的高度為h1。在高云層或是無(wú)云的條件下，當(dāng)激光指示器開(kāi)始照射，末制導(dǎo)炮彈便可以接收來(lái)自目標(biāo)M的反射激光信號(hào)。當(dāng)有云層阻隔時(shí)，末制導(dǎo)炮彈接收不到激光制導(dǎo)信號(hào)，在慣性力和重力作用下，便繼續(xù)沿某一恒定角θ（彈軸傾角）飛行，直至飛到A′點(diǎn)，才能接收到激光制導(dǎo)信號(hào)。此時(shí)，末制導(dǎo)炮彈的高度為h2。然后射彈在制導(dǎo)信號(hào)的作用下攻擊目標(biāo)。h2即為云層下限高度。

圖4 末制導(dǎo)炮彈彈道示意圖

目前，解決低云層的辦法是通過(guò)減小表尺，降低彈道，同時(shí)減小程裝，使射彈提前進(jìn)入慣性制導(dǎo)段，延長(zhǎng)制導(dǎo)時(shí)間。

4.2 延遲時(shí)間修正原則

延遲時(shí)間，其中標(biāo)定延遲時(shí)間要根據(jù)開(kāi)始距離在射表中“延遲時(shí)間”一欄中查取。當(dāng)由于氣象彈道條件不標(biāo)準(zhǔn)引起的延遲時(shí)間修正量和因?yàn)樾拚谀扛叩鸵鸬难舆t時(shí)間修正量，都須在射表中查取。

由延遲時(shí)間計(jì)算方法不難看出，延遲時(shí)間是由多個(gè)不同修正量綜合而成，在計(jì)算過(guò)程中必然會(huì)有小數(shù)部分。由延遲時(shí)間分析可知：延遲時(shí)間需要保證照射時(shí)既要炮彈在制導(dǎo)段飛行，又要保證炮彈命中時(shí)有激光照射。即，既不要做無(wú)用的照射，以免暴露我方照射站位置和減少照射器使用時(shí)間和壽命；也不要提前結(jié)束照射，以免炮彈尚未精確導(dǎo)向目標(biāo)就失去導(dǎo)引而錯(cuò)過(guò)目標(biāo)，尤其在對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)射擊時(shí)這點(diǎn)尤為重要。所以在處理延遲時(shí)間的小數(shù)部分時(shí)，不采用簡(jiǎn)單的四舍五入，而是根據(jù)具體情況決定取適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間值。

當(dāng)T－to1≤tz時(shí)，可以確保照射周期不會(huì)提前結(jié)束，如果在不影響隱蔽的前提下舍去延遲尾數(shù)，可以獲得較好是制導(dǎo)精度；當(dāng)決定諸元精度較高且打擊不動(dòng)目標(biāo)時(shí)，可以舍去尾數(shù)取整延遲時(shí)間以減少照射時(shí)間，獲得更好的隱蔽性。

當(dāng)T－to1＞tz，此時(shí)需要保證照射不會(huì)提前結(jié)束，所以建議采用包尾數(shù)取延遲時(shí)間，以獲得較好的制導(dǎo)精度。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)程裝的原理分析，可通過(guò)改變程裝來(lái)獲得不同的彈道，以適應(yīng)不同的環(huán)境和作戰(zhàn)要求。據(jù)此，根據(jù)不同作戰(zhàn)環(huán)境采用更加具有針對(duì)性的彈道方案，提高激光末制導(dǎo)炮彈命中精度，發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。對(duì)延遲時(shí)間確定原理的分析，提出了延遲時(shí)間確定的一些原則，利于獲得最佳的生存條件和命中精度。為末制導(dǎo)炮彈更好地發(fā)揮作戰(zhàn)效能提供了有益的借鑒。

[1]王代智，戴俊.霾、霧環(huán)境下激光末制導(dǎo)炮彈作戰(zhàn)研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2012，11（11）：32－34.

[2]王代智.激光末制導(dǎo)炮彈武器系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].1997.

[3]周永生.“紅土地”末制導(dǎo)炮彈彈道模型研究與射擊諸元計(jì)算[D].合肥：炮兵學(xué)院，2004.

[4]劉怡聽(tīng)，鐘宜興.末制導(dǎo)炮彈射擊學(xué)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1996.

[5]劉怡聽(tīng)，劉玉文.外彈道學(xué)[M].北京：海潮出版社，1998.

[6]祁載康.制導(dǎo)彈藥技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

[7]靳樹(shù)昌，陳春，許梅生，等.現(xiàn)代炮兵射擊學(xué)[M].北京：軍事科學(xué)出版社，1999.

[8]程國(guó)采.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈導(dǎo)引方法[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996.

[9]曹化飛，朱博榮，姚菲等.激光制導(dǎo)炸彈的彈道解算與仿真[J].海軍航空兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，19（1）：171－174.

[10]劉志國(guó)，張金生，王仕成，等.基于SIMULINK的激光制導(dǎo)炸彈彈道仿真實(shí)現(xiàn)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：528－531.