初速对射击精度的影响及测速雷达在舰炮武器系统中的应用*

罗 兵 邓 荣

(海军蚌埠士官学校兵器系 蚌埠 233012)

初速对射击精度的影响及测速雷达在舰炮武器系统中的应用*

罗 兵 邓 荣

(海军蚌埠士官学校兵器系 蚌埠 233012)

论文阐述了测速雷达原理及其在舰炮武器系统中的应用,介绍了采用测速雷达进行闭环校射来提高舰炮武器系统射击精度的方法。

舰炮武器系统; 测速雷达; 初速预测

Class Number TN95

1 引言

舰炮具有反应速度快、射击死区小、持续射击时间长、不受干扰、易于维护等优点,能够伴随水面舰艇对敌实施持续攻击和防御,可以有效完成对岸火力支援、对海攻击和防空反导任务,是水面舰艇的一种具有较强综合作战能力的舰载武器。

弹丸初速指弹丸出炮口瞬间的速度,舰炮在对敌方目标瞄准射击时,弹丸初速是解命中计算的一个关键参数,它的准确与否直接影响舰炮的命中概率。随着计算机技术的发展,为了提高舰炮射击精度,各国开始发展应用先进的测速雷达测量弹丸初速。测速雷达由于具有受天气影响小、结构简单、成本低、精度高等优点,目前已成为测量舰炮弹丸初速的主要手段。

2 初速对舰炮射击精度的影响

舰炮的作用主要可分为三个方面:对海攻击、对岸火力支援和近程防空反导。尤其在近程防空反导中,情况更为复杂,目标机动性强。为了命中目标,首先需要确定舰炮射击时的射击诸元,也就是解命中问题。解命中时,目标的航路机动是未知的,需要我方进行预测判定,因此,解命中问题的一般步骤如下:

1) 测定目标现在点坐标;

2) 对目标运动规律进行假设并平滑求取目标运动要素;

3) 确定发射瞬间目标现在坐标和目标提前点坐标;

4) 修正非标准弹道气象条件的影响,计算非

标准条件下的相对提前点和弹道点坐标;

5) 求取射击诸元。

舰炮的射击特点是目标通常高速运动,并且舰炮随舰艇也一起运动、摇摆,在这种情况下,舰炮要发射炮弹命中目标,就要精确计算出弹丸和目标的相会点坐标。例如射击的目标是飞机,首先要计算出飞机的坐标和航路,根据射击诸元调整舰炮射击方向,使发射的炮弹,飞行一段时间后,正好与飞机飞行这段时间后,在空中的某一点相遇,以达到摧毁目标的目的。这是个复杂的过程,命中精度与许多因素有关,初速是其中一个重要的因素,在求取射击诸元时,必须知道弹丸初速。以往舰炮没有装备测速雷达,其弹丸初速都以射表数据置入,而射表数据与实际初速是有差别的。因为影响初速的原因很多,如药温、装药量、弹重、药室的烧蚀程度以及炮管的寿命等。实践也表明,实际初速与标定初速确实是有差别的,有时甚至差别较大。而测速雷达可以实时修正这项误差。

距离与初速的关系为

式中:S为距离;V0为初速;t为弹丸飞行时间;a为负加速度。

对上式求微分得:

dS=t×dV0

式中:dS为距离变化量;dV0为初速变化量;t为弹丸飞行时间。

假设飞机以一定的速度向舰炮方向飞行,要想将其击落,舰炮就要瞄准飞机航路前方的某一点射击,使弹丸飞行一段时间后,正好与飞机相遇,将其摧毁。假设舰炮射击后,弹丸初速为980m/s,负加速度为100m/s2,弹丸飞行2s后与目标相遇,此时目标与舰炮相距1760m,若初速误差为-10m/s,即实际初速为970m/s,仍按此方向射击,弹丸与飞机将无法相遇,距离误差为20m。因为距离误差与弹丸飞行时间成正比,所以时间越长距离误差越大。即在同等的初速偏差下,要截击的目标越远,产生的距离误差越大。因为初速是确定弹迹的最重要因素,分析得知,当表定初速大于实际初速时,弹迹相对目标偏低落后。当表定初速小于实际初速时,弹迹偏高超前。所以只有当初速较精确时,脱靶量才会很小,从而大大提高命中率和射击效力。在舰炮武器系统全系统的数字仿真模型中所有误差源不变,仅初速误差用两种不同的方法仿真:一是以测速雷达瞬时测的初速预测下一发弹的初速,提供给指挥仪解命中;二是用火炮射击的弹发数的累积数总和估算初速,并提供给指挥仪解命中。共模拟了200个航次,每个航次射击18发弹。仿真结果表明,全航路至少命中1发的概率,前者为0.81,后者仅为0.59。仅这一项误差就使命中率降低了约20%。可见初速在提高火炮射击精度中的重要作用。

3 测速雷达的原理及应用

测速雷达作为舰炮武器系统的组成部分之一,作用是在闭环校射过程中实时地为火控分系统提供精确的火炮弹丸的初速,以提高火炮的射击精度。

测速雷达采用连续波、单天线、零中频、多普勒效应体制,终端采用专用数字信号处理器进行频谱分析,计算出弹丸回波的多普勒频率,再进行数据处理,计算出初速。测速雷达由终端机和高频头组成。高频头固定在舰炮炮管的根部,可以随舰炮一起做俯仰和水平方向的转动,天线始终与炮口指向一致。终端机固定在主炮控制室内,通过电缆与高频头相连。测速雷达的加电可由火控系统控制,加电后自动预置参数并进入准备状态,舰炮射击后,测速雷达可自动录取数据。舰炮射击瞬间,高频头可感知弹丸出炮口的火光,从而给出弹丸出炮口的时间信息,并接收弹丸回波信号,将检测出的多普勒信号通过电缆传输给终端机,终端机计算出初速后,再计算预测初速,然后将这两种数据实时传输给火控分系统。

要想提高射击精度,就要预先知道弹丸的初速,而测速雷达测量初速要等到弹丸发射以后才能给出,所以要将测速雷达应用到舰炮上必须解决初速预测问题,即根据以往的测量结果预测出下一发弹的初速,来修正舰炮的射击诸元。下面介绍一种初速预测方法,该方法已成功运用在某型号舰炮武器系统中,实践证明效果良好。经过对某型号舰炮实弹射击70发数据的分析,当采用当前测量值与前9发平均值进行累加平均获得的预测初速,最接近实际初速。预测初速平均值与实际测量初速平均值十分接近,仅差0.22m/s,预测后初速偶然误差下降了近四倍,预测初速误差平均值为0.27m/s。

1) 平均值计算

由当前测量值与前9发平均值进行累加平均获得。当前测量值超差或未处理出数据,则平均值仍采用原先平均值替代。

2) 预测值计算

当弹发数小于10时,采用3发弹滑动平均预测。当弹发数大于等于10时,采用当前发与前9发弹丸的平均值进行预测。

式中,i为射击序号;Vn为雷达表定初速;Vi为测速雷达测得的第i发弹的初速;Vi预测为第i发弹初速的预测值。

3) 异常值判定

图1 初速预测方法流程

初速预测方法的成功应用提高了舰炮射击精度和命中率,并在实践中得到了验证。专家对测速雷达的重要作用给予了很高的评价。

4 结语

理论和实践都充分证明了在舰炮武器系统中,正确使用测速雷达可以提高舰炮的命中率。初速预测方法解决了测速雷达在舰炮中的应用问题。因此,无论是在舰炮上,还是在其他火炮上,应用测速雷达的重要性已引起了有关方面的高度重视,这将对初速雷达研发能力的加强、性能的提高以及应用方法的研究起到极大的促进作用。

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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

罗兵,男,讲师,研究方向:舰炮火控系统。邓荣,男,硕士,助理讲师,研究方向:舰炮火控系统。

TN95

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.020