基于多虛擬目標模型的榴彈炮炸偏修正方法

韓克壯，趙建新，舒 領，解志斌，和 崢

（北方自動控制技術研究所，太原 030006）

0 引言

榴彈炮射擊目標時，首發計算的諸元，由于氣象數據、彈藥條件、火炮坐標、目標坐標等條件有誤差，一般會存在炸點與目標偏離的情況。炸點與目標的偏差定義為射擊誤差。根據觀測的射擊誤差對射擊諸元進行調整的過程，稱為射擊修正，高質量的射擊修正可提高后續射擊的命中率。射擊誤差包括諸元誤差和散布誤差。炮兵射擊修正的實質為根據觀察到的射擊誤差進行反向修正，最終把諸元誤差盡可能完全修正。

傳統的修正方法由炸點與目標的偏差量算出方向偏差量和距離偏差量，最終得到射角、方向的修正量。當炸點偏離目標較遠或者炮目距離接近最大射程時，高角距變和偏流變化幅度較大，會引起較大的諸元誤差，且高角距變和偏流的變化都屬于系統誤差，應該予以消除，但是傳統的修正方法在上述情況下存在缺陷。本文提出了一種基于多虛擬目標模型的方法，先根據炸點與目標的偏差量建立多個虛擬目標數學模型，在此基礎上通過彈道解算獲取多個虛擬目標的射擊參數，使用首發射擊參數和虛擬目標的射擊參數，得到高角距變和偏流完成諸元修正，該方法可以有效地提高射擊諸元修正精度。

1 傳統射擊修正流程

傳統射擊修正基本流程為確定射擊目標后，輸入射擊條件，解算出射角（EL）、射向（AZ）、高角距變（gjjb0）、偏流（dift0）等射擊參數。在榴彈炮完成裝填、調炮后進行一發試射。通過激光測距機等方式獲取炸點坐標，再根據陣地坐標、目標坐標，計算出炮目距離Dpm、炮目方向Fpm、炮炸距離Dpz、炮炸方向Fpz，以及相對于炮目方向的距離偏差量ΔDzm和方向偏差量ΔFzm，如圖1 所示。

圖1 距離偏差量ΔDz'm 和方向偏差量ΔFzm

距離偏差量ΔDz'm（單位：m）和方向偏差量ΔFzm（單位：mil）的解算公式：

2 傳統修正方法的缺點

榴彈炮進行射角修正時，假定目標在一定范圍內高變量是不變的，在確定射擊條件的最大射程一定比例范圍內且偏差量不是很大時，這種假定對修正的精度影響有限，但是炸點偏離目標較遠或接近炮目距離接近最大射程時，高角距變有較大幅度的變化，依據該型榴彈炮某型彈藥射表（如表1 所示）繪制出炮目距離與高角距變二者關系曲線，如圖2所示。

表1 距離與高角距變數據表

圖2 炮目距離與高角距變關系圖

由于榴彈炮炮彈飛行時的繞心運動，會導致炮彈偏離初始飛行方向，對于右（左）旋彈丸會偏向彈道右（左）方，也就是偏流的產生。假設由動力平衡角產生的側向升力形成了向右的平均加速度?1/2，則在全彈道上形成的偏流近似公式就是

利用真空彈道中全飛行時間T2與射程X 的關系，T2=2Xtgθ/g，得：

通過上式可知，射程越大，射角越大，偏流也迅速增大，這是偏流的定性特點。近似公式中的系數?1由偏流實驗確定，θ 表示射角，g 表示重力加速度。

同一射擊條件下，射角的變化會導致炮彈的飛行時間產生變化，特別是在最大射角附近，射角的變化會引起偏流的迅速變化。但是傳統的方向修正沒有考慮偏流，特別是在偏差量比較大或者靠近最大射程時，會很大程度上影響方向的準確度。某型榴彈炮在當前射擊條件下，最大射程為23 km，炮目距離從10 km 增加到23 km，炸點與目標的距離偏差量為炮目距離的1%、3%、5%、6%時的偏流偏差量如圖3 所示。

圖3 距離偏差與偏流偏差關系曲線

由圖3 可知，在炮目距離小于20 km 的情況下，當炸點與目標的距離偏差量小于3%時，偏流偏差量對距離偏差不敏感；但是，在炮目距離超過20 km的情況下，偏流偏差量對距離偏差較為敏感，特別是距離偏差大于3%時，偏流偏差量隨距離偏差的變化存在顯著差異，所以在這種情況下，應該把距離偏差引起的較大偏流偏差量進行技術處理。

3 基于多虛擬目標的修正方法

3.1 修正方法的模型與原理

為了解決傳統修正方法的缺點，提出一種基于多虛擬目標模型的榴彈炮修正方法。如果炸點與目標的距離偏差量不大時，則按傳統流程進行修正；否則，基于多虛擬目標模型的修正方法進行修正，具體步驟如下所示：

2）根據目標坐標、炸點坐標、炮目距離Dpm、炮目方向Fpm、炮炸距離Dpz、炮炸方向Fpz，以及ΔDi和方向偏差量ΔFzm，推出多個虛擬目標Mi，如圖4 所示。

圖4 虛擬目標示意圖

虛擬目標Mi的坐標（Xi，Yi）解算方法如下所示：

3）虛擬目標Mi在當前射擊條件下，依次解彈道方程獲取Mi的高角距變gjjbi值和偏流difti；

4）將n 個分點對應虛擬目標的射角修正量算數求和，可得最終射角修正量ΔEL：

5）將第n 個虛擬目標Mn的偏流與目標的偏流作差，可得偏流偏差量Δdift：

6）由5）中得到的偏流偏差量Δdift 解算方向修正量：

3.2 修正方法的工程實現

在實際作戰中，有時會存在調炮不到位、炸點測量錯誤等各種原因，導致用于修正的炸點信息不正確，遇到這種情況時，系統需要進行對異常炸點進行剔除或者進行提示指揮員注意排查問題，然后進行修正。

3.2.1 異常炸點判斷

排除異常炸點主要是通過判斷距離偏差量與炮目距離的比例值、方向偏差量的范圍來完成的。判斷異常炸點中使用的距離偏差量與炮目距離的比例值和方向偏差量偏差范圍使用的參數值，需要根據實際的火炮確定。

3.2.2 正常炸點的修正流程

正常炸點修正時，根據距離偏差量來確定使用傳統修正方法還是使用基于多目標模型的方法，具體實現流程如圖5 所示。

圖5 改進的修正方法流程圖

3.3 基于多虛擬目標模型修正方法修正結果分析

某型榴彈炮在確定射擊條件下分別使用傳統修正方法，和基于多虛擬目標模型的修正方法進行修正，方向偏差量對比數據見表2，對比圖如圖6 所示，方向修正偏差量對比數據見表3，對比圖如圖7所示，可以通過射角、方向對比圖，清晰地得到優化后修正方法偏差量明顯小于傳統修正方法。標準射角和方向通過查射表方式得到。

圖6 方向偏差量對比圖

圖7 射角偏差量對比圖

表2 兩種修正方法方向偏差量對比表

表3 兩種方法射角偏差量對比表

4 結論

本文針對傳統修正方法在炮目距離接近最大射程或炸點偏離目標較遠的情況下，高角距變變化迅速和沒有考慮距離變化引起的偏流變化的缺點，提出一種基于多目標模型的榴彈炮炸偏修正方法。該方法根據炸點和目標的偏差量得到多個虛擬目標，并計算多個虛擬目標的射擊參數，利用多個虛擬目標的射擊參數，得到最終的射角修正量和方向修正量，有效地提高了榴彈炮炸偏修正精度。