多氣象通報保障炮兵射擊問題研究?

張志遠 劉玉文

（陸軍軍官學院 合肥 230031）

1 引言

在傳統炮兵射擊中，采用氣象站或氣象分隊為炮兵射擊提供所需的氣象情報，由于氣象站只能探測一點的氣象諸元，以此點的氣象諸元代替整個彈道上的氣象諸元必然有一定誤差，即使在氣象條件穩定的情況下，這種誤差也會造成實際的射程與射表上的射程5%～10%的偏差［1～3］。特別是在炮兵實施遠程打擊時，氣象諸元的誤差產生的誤差也將隨著射程的增加而增大，而且，由于射程較大，炮彈飛經的戰場幅員廣闊，炮陣地與目標點之間的戰場氣象可能出現較大變化，單純的采用一點的氣象諸元代替整個彈道上的氣象諸元所產生的偏差會更大。

本文嘗試通過使用多份氣象資料保障炮兵射擊，以減小氣象準備因時間和地點不一致而產生的誤差［4～5］，提高氣象保障的精度。

2 多份氣象資料的獲取

如何獲取多份氣象資料是使用多份氣象通報提高火炮射擊精度的前提，因此，我們首先要獲得多份氣象資料。

2.1 炮兵多份氣象資料獲取來源

目前，炮兵對于多份氣象資料的獲取主要通過多氣象保障分隊在同一時段探測得到整個彈道區間內的多氣象資料。這里所說的同一時段是指在某一時刻左右半小時之內的時間。為了利用多個氣象分隊的氣象資料來保障遠程火炮彈道區間內氣象數據，在多個氣象分隊的保障下，各氣象分隊在上級給定的時間段內，在指定的地點統一進行氣象探測。各氣象分隊完成給定時間段里的氣象探測后，立即匯報至上級指揮部門進行綜合分析和運用。

但是利用炮兵氣象分隊獲取戰場的氣象資料需要的人員多，統一配置難以協調，而且氣象車是利用光學經緯儀跟蹤氣球測定風速、風向，探測高度受能見度影響，并且容易丟球，探測周期較長，且容易暴露，不能靠近目標區域進行氣象探測，很難滿足利用多份氣象資料保障炮兵射擊的需要［6］。為此，我們提出利用無人氣象飛機在兩側機翼上攜帶下投式GPS探空儀，在彈道區間均勻的散布，實現對整個彈道區間多份氣象資料的獲取。

2.2 下投式探空儀氣象資料的探測

2.2.1 溫濕壓原理

GPS探空儀采用數字電子探空儀，采用模塊化結構，由單片機和測量電路組成，可以完成氣象數據的采集、處理和發送一系列任務。據采集、處理、發送任務。探空儀中溫度傳感器采用熱敏電阻，能夠有效避免長波輻射對溫度測量的影響。濕度傳感器采用濕敏電阻，能夠保證良好的測量精度，并具有長期穩定性，滯后相對較小。氣壓則利用硅單晶空盒氣壓傳感器進行直接測量［7～8］。

2.2.2 GPS探空儀測風原理

GPS探空儀在下降過程中，在降落傘作用下，近似勻速下降，當有四顆以上有效衛星時，GPS系統通過擴頻通信技術測量得到GPS衛星到探空儀GPS接收機的距離，然后解算出探空儀的三維坐標值以及此刻時間，通過這些信息即可解算出探空儀在不同高度的水平運動方向和運動方向，即風速和風向。

首先，根據測量得到的衛星到GPS接收機的偽距離，根據衛星的位置，可得出如下方程：

其中，Xi、Yi、Zi是第i顆衛星的坐標，Ri是t時刻接收機到第i顆衛星的距離。只需要三顆衛星，就可以聯立解出接收機的三維坐標。由于接收機時鐘與衛星上的時鐘存在偏差，所以常常通過四顆及以上衛星的資料解算探空儀在空間直角系中的坐標。為了求解風速和風向，首先要把坐標變化到GPS接收機為原點的站心坐標系中，坐標變化如下

式中：X′i、Y′i、Z′i為 GPS探空儀在站心坐標系下的坐標；Xi、Yi、Zi為 GPS探空儀在 WGS－84坐標系下的坐標；X0、Y0、Z0為 GPS 探空儀接收機在WGS－84坐標系中的坐標；λ、φ為GPS探空儀接收機所在大地位置的緯度和經度。

然后通過探空儀在下降過程中的相鄰兩點相對于基站的坐標（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），則可以計算出實際風速和風向：

3 多份氣象通報的求解彈道諸元模擬計算

3.1 利用計算機氣象通報計算彈道諸元原理

3.1.1 彈丸運動數學模型

在計算機條件下，通常采用積分法解彈道方程來求解彈道諸元，其采用的彈丸運動的數學模型為

式中各字母的含義以及積分初始條件參見文獻［9］。在計算氣象條件非標準情況時，積分彈道數學模型只需把地形條件和彈道條件的非標準的數據進行相應的處理即可。

3.1.2 計算機條件下的彈道諸元計算原理

在計算機條件下，通常采用計算機氣象通報進行彈道諸元的計算。在使用計算機氣象通報計算彈道諸元時，計算機根據積分的步長，在氣象通報中實時查取相應高度的氣象諸元，并將真實的氣象諸元采用點插值代入非標準條件下彈丸運動數學模型（5）進行積分。根據虛溫和風的分布規律，虛溫在9300m以下呈線性分布，風的分布有很大的隨機性，因此在進行插值時，對虛溫采用線性插值，對風采用拋物線插值［10］。

3.2 兩點氣象通報保障炮兵射擊精度分析

在炮兵射擊時，我們可以根據射程把彈道分成兩段，甚至更多，每一段都用其中點的氣象通報代替該段的氣象通報，然后使用多份氣象通報保障炮兵射擊。以把彈道分劃成兩段為例，如圖1所示。

圖1是用兩個點代替整個彈道的氣象諸元，我們以彈道最高點為分界點，將彈道分成兩個部分，每一個部分的氣象諸元就用該段中點的氣象諸元代替，如圖1中點①、點②所示。同理，兩個以上點的氣象通報也可用類似方法獲得。

下面以1966年152mm式加農榴彈炮為對象，對一點氣象通報和兩點氣象通報保障炮兵射擊的精度進行定量分析。根據探測得到的彈道中點氣象通報和同時探測得到的彈道上升段、下降段氣象通報，分別計算在不同初速和不同射角時，采用一點氣象通報和兩點氣象通報計算射擊距離和側偏的結果。

其中一組氣象通報如下：

· 彈道中點氣象通報：

· 彈道上升段氣象通報：

· 彈道下降段氣象通報：

圖1 兩點氣象通報

理論上，兩點氣象通報能夠更真實地反映整條彈道的真實氣象條件，因此，以兩點氣象通報計算得到的射擊距離和側偏作為準確值，分析一點氣象通報計算得到射擊距離、側偏與兩點氣象通報計算得到的結果的偏差情況。通過彈道諸元計算軟件，在不同裝藥號、不同射角時射擊距離和側偏計算結果如表1～表6所示（表3～表6略）。

表1 全號裝藥不同射擊對比

表2 一號裝藥不同射擊對比

從表中可以看出：

1）采用一點氣象通報和兩點氣象通報計算得到的射擊距離和側偏普遍存在偏差，偏差量最大達到77m，且偏差量總體上是隨射擊距離的增大呈現逐漸增大趨勢，說明采用多點氣象通報保障炮兵射擊很有必要，能夠有效提高炮兵射擊精度；

2）從表1、表2可以看出，偏差量并不是嚴格隨射擊距離的增大而逐漸增大，而是存在一定的隨機性，這也說明了氣象條件在射彈飛行軌跡上由于受到地形等其他因素的影響是隨機變化的，通過增大下投探空儀的密度，能夠較好地反映出氣象條件的變化，有效減小氣象條件隨機變化對射擊精度的影響；

3）隨著射程的減小，采用一點氣象通報和兩點氣象通報計算得到的射擊距離和側偏的偏差量很小，甚至為零。這是由于探空儀探測間隔較近，氣象條件變化量不大，又經過氣象通報編制過程中的取舍誤差，導致得到的氣象通報變化很小。

4 結語

在分析傳統氣象保障影響射擊精度的基礎上，提出了采用無人機獲取全彈道區間內多份氣象資料，并使用多份氣象通報保障炮兵射擊的方法，以降低應探測地點與射擊地點不一致產生的氣象誤差，提高炮兵射擊的精度。通過模擬計算，使用兩點氣象通報明顯提高了射擊精度，特別是射程較遠時，效果顯著。得出使用多份氣象通報保障炮兵射擊能夠提高射擊精度，減小試射次數并取得突然襲擊的效果，具有良好的軍事效益。

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［6］李福林.軍事氣象［M］.北京：中國大百科全書出版社，2007：222－224.

［7］董鴻志.GPS定位系統在炮兵防空兵氣象探測裝備中的應用［J］.氣象水文裝各，2008（1）：49－50.

［8］王榮華，張鵬銳.機載GPS下投式探空儀發展及展望［J］.空軍裝備研究，2010，6（3）：63－64.

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