海上对空弹目偏差精度试验的设计分析与应用

郝继平，李昕泽，杜成功

（解放军92941部队94分队，辽宁 葫芦岛 125001）

舰炮武器系统对空射击的弹目偏差测量[1]被列入靶场试验重点攻关项目。对于常见的各类口径舰炮均无可用的测量真值设备，形成了靶场测量技术的短板。尤其最近的小口径系统［2］和新的中大口径舰炮武器系统试验中需求十分迫切。海军常用的小口径火控雷达系列和中大口径的火控雷达技术成熟，能进行弹丸跟踪，相应设备对弹目偏差具有测量功能，需靶场设备提供偏差测量真值。通常用于炮弹，也可用于导弹等小目标。

1 弹目偏差试验设备原理和方法

1.1 需求

1）测量对象

目标为高亚音速靶标、低空的仿飞鱼掠海拖靶，模拟小目标或飞机。弹丸弹径通常为中小口径，弹丸速度远大于声速。

2）测量参数

脱靶向量包括脱靶的距离和方向，通常使用传感器阵坐标系K系，目标（靶标）坐标系T系，炮手(Q平面)坐标系P系。

偏差量使用方位偏差角βp和高低偏差角αp表示。在P系下使用的X、Y。

3）测量范围和精度

射击距离范围，舰炮回转中心到靶标几何中心距离。测量距离范围：数百米-数千米；

偏差角测量范围：方位角和高低角在几个到十几个毫弧度。

测量精度：系统误差和随机误差取样本均值和样本标准差[2]，不同系统要求有区别，一般为一个毫弧度左右。

弹目偏差测量误差：大约在距离的千分之几。

1.2 原理

脱靶向量指的是弹丸离目标最近时弹丸在目标坐标系中的坐标向量。

基本测试原理：是弹道上的每一点，弹丸都将产生一个运动方向和波前成直角并以声速运动的压力波，通常称为N波。N波的压力幅值和时间宽度与N波的传播距离存在一定的关系，只要能测到N波的信息，便能得到弹目偏差。设立空间声传感器阵测量弹目偏差向量，必须测量多点的N波信号并设法提取所需N波的时间宽度和各N波出现的时间，计算机根据数学模型按一定的程序处理和计算，最后得到以瞄准中心为坐标原点目标系的坐标量并转换成炮手坐标系的弹目偏差角。计算过程中用到大量参数。

1.3 计算参数

1）计算弹目偏差向量需要的参数dB

见图1，弹丸产生的N波4’到达传感器阵5’时刻，5’与该N波产生点（称砰发点）PB之间的距离dB；

图1 对空弹目偏差计算示意图

需要计算的参数还有 d5，弹道上另一砰发点 P5所产生的N波与传感器 M5的相遇点 M5′到该砰发点P5之间的距离；N波阵面负法线方向单位矢量k；弹丸弹道反方向单位矢量b；N波到达某些点的时间：弹丸头尾波首先通过传感器 M1～M4中某个传感器所经历的时间宽度 TFi，通过传感器的头，尾波时间宽度 TF5；N波锥面到达传感器阵各个传感器的时刻 ti；弹丸出炮口到N波首先与传感器阵某个传感器（例如M2）相迂所经历的时间Δt5；N波首先碰到M2（假定）最后碰到 M5所经历的时间 t5；炮目方位角ψ和炮目高低角γ；标定系数 C1和 C2；弹丸飞行时间Δt5；其它气象、航路、物理坐标变换等参数不详细叙述。

距离 dB的确定是通过测量到的N波的时间宽度TFi和 TF5来计算的。

其中，C1、C2为弹形系数是常数，弹丸在目标附近的飞行速度,马赫数MP由射表获得。从K系到T系转换的实质是考虑了系有滚动角的影响。从T系到P系转换的是考虑T系相对于P系有旋转。

2）弹目偏差角计算

精确测量弹丸激波信号的时间宽度和到达各传感器的时间是本系统的关键技术。

1.4 数学修正和校准

校准系数和弹丸特性是弹目偏差向量测试系统最基本的两个参数，对系统测试精度的影响是至关重要的。对不同口径类型的弹丸对应有不同的校准系数。必须对各类常用舰炮的弹丸特性进行专门测试，并将测试结果存档，以备试验时根据需要向计算程序里装定。

对于运动目标时，必须修正 TFi和 TF5。；式中MM=VMC靶速的马赫数。

2 海上对空弹目偏差精度试验应用的数据结果和技术分析

2.1 原始数据（经过脱密处理的原始数据）

某雷达对仿飞鱼拖靶连发射击的测偏范围和测偏精度试验情况。连发射击前，首先进行弹丸存速测量精度试验和单发射击测偏精度试验，设备正常均满足指标要求。然后系统对仿飞鱼拖靶进行射击试验。实验数据表1。

表1 对空射击功能试验数据

2.2 真值测量情况（经过脱密处理的真值测量数据）

真值测量数据见表2。

表2 试验真值测量

2.3 散布图

由实验结果得散布图，见图2。

图2 实验散步图

2.4 结果分析

由真值设备录取到脱靶量数据，实时统计结果。真值系统误差为方位－3.96 mrad、俯仰 0.88 mrad,距离4.08。均方差方位1.24 mrad、俯仰1.71 mrad,距离0.92。

雷达录取了大量偏差量有效数据。雷达测偏精度的系统误差方位优于指标要求、俯仰优于指标要求。首发相遇点距离 1000m左右，雷达方位最大值 14 mrad，满足测量范围大于指标要求。测弹数量大约占85%，满足系统使用要求。

在试验过程中发现，在某种条件下，噪声很大，影响了试验有效数据的读取，由于试验环境噪声和测量范围和精度的相互作用，若提高设备的测量范围和精度时，噪声增多，回波正确的数据少，有时不能正常使用。后来，通过减小测量范围和适当调低精度的要求，设备工作的效果要高很多。数据正确率得到大幅提高。所以在一定噪声环境条件下，要适当调整测量范围和精度的要求。测量范围和精度也相互影响，若提高精度，范围应减小。反之增大测量范围时精度也应调低些。

射击测偏的结果，主要用来修正方位和俯仰的系统误差。在射击试验过程中，由于采用了测偏结果，使得系统射击时直接命中目标，得到优异试验效果。

3 结束语

提供高精度的对空弹目偏差测量设备，对动目标具有闭环校射功能的舰炮武器系统和跟踪雷达、光电跟踪仪定型试验是必不可少的。脱靶向量是定量分析舰炮武器系统最重要的性能――射击效力，即命中概率和毁伤概率的依据，没有这些数据就难以做出科学准确的结论。可以说，靶场拥有测量系统，提高试验质量和综合试验能力，对促进靶场现代化建设具有重要作用。

海上对空精度试验，把事后处理的方法提高为实时处理，把标量的方式转换为矢量方式，把单发测量转换为连发测量，从低速目标提高到高速目标，技术难度增大，资金投入需求多，海上对空动目标弹目偏差精度测量试验也是初级阶段，虽然多次试验结果很好，但需要大量试验数据进一步完善。

[1]黄守训,等.舰炮武器系统试验与鉴定[M].北京：国防工业出版社,2005.

[2]郝继平,等.提高光电跟踪仪作用距离的方法及测试[J].中北大学学报，2007,28（4）:356-359.

[3]吴翊,等.应用数理统计[M].长沙：国防科技大学出版社.