初速對射擊精度的影響及測速雷達在艦炮武器系統中的應用*

羅 兵 鄧 榮

(海軍蚌埠士官學校兵器系 蚌埠 233012)

初速對射擊精度的影響及測速雷達在艦炮武器系統中的應用*

羅 兵 鄧 榮

(海軍蚌埠士官學校兵器系 蚌埠 233012)

論文闡述了測速雷達原理及其在艦炮武器系統中的應用,介紹了采用測速雷達進行閉環校射來提高艦炮武器系統射擊精度的方法。

艦炮武器系統; 測速雷達; 初速預測

Class Number TN95

1 引言

艦炮具有反應速度快、射擊死區小、持續射擊時間長、不受干擾、易于維護等優點,能夠伴隨水面艦艇對敵實施持續攻擊和防御,可以有效完成對岸火力支援、對海攻擊和防空反導任務,是水面艦艇的一種具有較強綜合作戰能力的艦載武器。

彈丸初速指彈丸出炮口瞬間的速度,艦炮在對敵方目標瞄準射擊時,彈丸初速是解命中計算的一個關鍵參數,它的準確與否直接影響艦炮的命中概率。隨著計算機技術的發展,為了提高艦炮射擊精度,各國開始發展應用先進的測速雷達測量彈丸初速。測速雷達由于具有受天氣影響小、結構簡單、成本低、精度高等優點,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方面:對海攻擊、對岸火力支援和近程防空反導。尤其在近程防空反導中,情況更為復雜,目標機動性強。為了命中目標,首先需要確定艦炮射擊時的射擊諸元,也就是解命中問題。解命中時,目標的航路機動是未知的,需要我方進行預測判定,因此,解命中問題的一般步驟如下:

1) 測定目標現在點坐標;

2) 對目標運動規律進行假設并平滑求取目標運動要素;

3) 確定發射瞬間目標現在坐標和目標提前點坐標;

4) 修正非標準彈道氣象條件的影響,計算非

標準條件下的相對提前點和彈道點坐標;

5) 求取射擊諸元。

艦炮的射擊特點是目標通常高速運動,并且艦炮隨艦艇也一起運動、搖擺,在這種情況下,艦炮要發射炮彈命中目標,就要精確計算出彈丸和目標的相會點坐標。例如射擊的目標是飛機,首先要計算出飛機的坐標和航路,根據射擊諸元調整艦炮射擊方向,使發射的炮彈,飛行一段時間后,正好與飛機飛行這段時間后,在空中的某一點相遇,以達到摧毀目標的目的。這是個復雜的過程,命中精度與許多因素有關,初速是其中一個重要的因素,在求取射擊諸元時,必須知道彈丸初速。以往艦炮沒有裝備測速雷達,其彈丸初速都以射表數據置入,而射表數據與實際初速是有差別的。因為影響初速的原因很多,如藥溫、裝藥量、彈重、藥室的燒蝕程度以及炮管的壽命等。實踐也表明,實際初速與標定初速確實是有差別的,有時甚至差別較大。而測速雷達可以實時修正這項誤差。

距離與初速的關系為

式中:S為距離;V0為初速;t為彈丸飛行時間;a為負加速度。

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為彈丸飛行時間。

假設飛機以一定的速度向艦炮方向飛行,要想將其擊落,艦炮就要瞄準飛機航路前方的某一點射擊,使彈丸飛行一段時間后,正好與飛機相遇,將其摧毀。假設艦炮射擊后,彈丸初速為980m/s,負加速度為100m/s2,彈丸飛行2s后與目標相遇,此時目標與艦炮相距1760m,若初速誤差為-10m/s,即實際初速為970m/s,仍按此方向射擊,彈丸與飛機將無法相遇,距離誤差為20m。因為距離誤差與彈丸飛行時間成正比,所以時間越長距離誤差越大。即在同等的初速偏差下,要截擊的目標越遠,產生的距離誤差越大。因為初速是確定彈跡的最重要因素,分析得知,當表定初速大于實際初速時,彈跡相對目標偏低落后。當表定初速小于實際初速時,彈跡偏高超前。所以只有當初速較精確時,脫靶量才會很小,從而大大提高命中率和射擊效力。在艦炮武器系統全系統的數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:一是以測速雷達瞬時測的初速預測下一發彈的初速,提供給指揮儀解命中;二是用火炮射擊的彈發數的累積數總和估算初速,并提供給指揮儀解命中。共模擬了200個航次,每個航次射擊18發彈。仿真結果表明,全航路至少命中1發的概率,前者為0.81,后者僅為0.59。僅這一項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 測速雷達的原理及應用

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

測速雷達采用連續波、單天線、零中頻、多普勒效應體制,終端采用專用數字信號處理器進行頻譜分析,計算出彈丸回波的多普勒頻率,再進行數據處理,計算出初速。測速雷達由終端機和高頻頭組成。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動,天線始終與炮口指向一致。終端機固定在主炮控制室內,通過電纜與高頻頭相連。測速雷達的加電可由火控系統控制,加電后自動預置參數并進入準備狀態,艦炮射擊后,測速雷達可自動錄取數據。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,終端機計算出初速后,再計算預測初速,然后將這兩種數據實時傳輸給火控分系統。

要想提高射擊精度,就要預先知道彈丸的初速,而測速雷達測量初速要等到彈丸發射以后才能給出,所以要將測速雷達應用到艦炮上必須解決初速預測問題,即根據以往的測量結果預測出下一發彈的初速,來修正艦炮的射擊諸元。下面介紹一種初速預測方法,該方法已成功運用在某型號艦炮武器系統中,實踐證明效果良好。經過對某型號艦炮實彈射擊70發數據的分析,當采用當前測量值與前9發平均值進行累加平均獲得的預測初速,最接近實際初速。預測初速平均值與實際測量初速平均值十分接近,僅差0.22m/s,預測后初速偶然誤差下降了近四倍,預測初速誤差平均值為0.27m/s。

1) 平均值計算

由當前測量值與前9發平均值進行累加平均獲得。當前測量值超差或未處理出數據,則平均值仍采用原先平均值替代。

2) 預測值計算

當彈發數小于10時,采用3發彈滑動平均預測。當彈發數大于等于10時,采用當前發與前9發彈丸的平均值進行預測。

式中,i為射擊序號;Vn為雷達表定初速;Vi為測速雷達測得的第i發彈的初速;Vi預測為第i發彈初速的預測值。

3) 異常值判定

圖1 初速預測方法流程

初速預測方法的成功應用提高了艦炮射擊精度和命中率,并在實踐中得到了驗證。專家對測速雷達的重要作用給予了很高的評價。

4 結語

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

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

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

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

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

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

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

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

[8] 張錦斌.火炮測速雷達的應用與發展[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,1993,19(4):23-30.

[10] 劉海林.測速雷達在艦炮武器系統中的應用[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。鄧榮,男,碩士,助理講師,研究方向:艦炮火控系統。

TN95

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.020