多气象通报保障炮兵射击问题研究❋

张志远 刘玉文

（陆军军官学院 合肥 230031）

1 引言

在传统炮兵射击中，采用气象站或气象分队为炮兵射击提供所需的气象情报，由于气象站只能探测一点的气象诸元，以此点的气象诸元代替整个弹道上的气象诸元必然有一定误差，即使在气象条件稳定的情况下，这种误差也会造成实际的射程与射表上的射程5%～10%的偏差［1～3］。特别是在炮兵实施远程打击时，气象诸元的误差产生的误差也将随着射程的增加而增大，而且，由于射程较大，炮弹飞经的战场幅员广阔，炮阵地与目标点之间的战场气象可能出现较大变化，单纯的采用一点的气象诸元代替整个弹道上的气象诸元所产生的偏差会更大。

本文尝试通过使用多份气象资料保障炮兵射击，以减小气象准备因时间和地点不一致而产生的误差［4～5］，提高气象保障的精度。

2 多份气象资料的获取

如何获取多份气象资料是使用多份气象通报提高火炮射击精度的前提，因此，我们首先要获得多份气象资料。

2.1 炮兵多份气象资料获取来源

目前，炮兵对于多份气象资料的获取主要通过多气象保障分队在同一时段探测得到整个弹道区间内的多气象资料。这里所说的同一时段是指在某一时刻左右半小时之内的时间。为了利用多个气象分队的气象资料来保障远程火炮弹道区间内气象数据，在多个气象分队的保障下，各气象分队在上级给定的时间段内，在指定的地点统一进行气象探测。各气象分队完成给定时间段里的气象探测后，立即汇报至上级指挥部门进行综合分析和运用。

但是利用炮兵气象分队获取战场的气象资料需要的人员多，统一配置难以协调，而且气象车是利用光学经纬仪跟踪气球测定风速、风向，探测高度受能见度影响，并且容易丢球，探测周期较长，且容易暴露，不能靠近目标区域进行气象探测，很难满足利用多份气象资料保障炮兵射击的需要［6］。为此，我们提出利用无人气象飞机在两侧机翼上携带下投式GPS探空仪，在弹道区间均匀的散布，实现对整个弹道区间多份气象资料的获取。

2.2 下投式探空仪气象资料的探测

2.2.1 温湿压原理

GPS探空仪采用数字电子探空仪，采用模块化结构，由单片机和测量电路组成，可以完成气象数据的采集、处理和发送一系列任务。据采集、处理、发送任务。探空仪中温度传感器采用热敏电阻，能够有效避免长波辐射对温度测量的影响。湿度传感器采用湿敏电阻，能够保证良好的测量精度，并具有长期稳定性，滞后相对较小。气压则利用硅单晶空盒气压传感器进行直接测量［7～8］。

2.2.2 GPS探空仪测风原理

GPS探空仪在下降过程中，在降落伞作用下，近似匀速下降，当有四颗以上有效卫星时，GPS系统通过扩频通信技术测量得到GPS卫星到探空仪GPS接收机的距离，然后解算出探空仪的三维坐标值以及此刻时间，通过这些信息即可解算出探空仪在不同高度的水平运动方向和运动方向，即风速和风向。

首先，根据测量得到的卫星到GPS接收机的伪距离，根据卫星的位置，可得出如下方程：

其中，Xi、Yi、Zi是第i颗卫星的坐标，Ri是t时刻接收机到第i颗卫星的距离。只需要三颗卫星，就可以联立解出接收机的三维坐标。由于接收机时钟与卫星上的时钟存在偏差，所以常常通过四颗及以上卫星的资料解算探空仪在空间直角系中的坐标。为了求解风速和风向，首先要把坐标变化到GPS接收机为原点的站心坐标系中，坐标变化如下

式中：X′i、Y′i、Z′i为 GPS探空仪在站心坐标系下的坐标；Xi、Yi、Zi为 GPS探空仪在 WGS－84坐标系下的坐标；X0、Y0、Z0为 GPS 探空仪接收机在WGS－84坐标系中的坐标；λ、φ为GPS探空仪接收机所在大地位置的纬度和经度。

然后通过探空仪在下降过程中的相邻两点相对于基站的坐标（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），则可以计算出实际风速和风向：

3 多份气象通报的求解弹道诸元模拟计算

3.1 利用计算机气象通报计算弹道诸元原理

3.1.1 弹丸运动数学模型

在计算机条件下，通常采用积分法解弹道方程来求解弹道诸元，其采用的弹丸运动的数学模型为

式中各字母的含义以及积分初始条件参见文献［9］。在计算气象条件非标准情况时，积分弹道数学模型只需把地形条件和弹道条件的非标准的数据进行相应的处理即可。

3.1.2 计算机条件下的弹道诸元计算原理

在计算机条件下，通常采用计算机气象通报进行弹道诸元的计算。在使用计算机气象通报计算弹道诸元时，计算机根据积分的步长，在气象通报中实时查取相应高度的气象诸元，并将真实的气象诸元采用点插值代入非标准条件下弹丸运动数学模型（5）进行积分。根据虚温和风的分布规律，虚温在9300m以下呈线性分布，风的分布有很大的随机性，因此在进行插值时，对虚温采用线性插值，对风采用抛物线插值［10］。

3.2 两点气象通报保障炮兵射击精度分析

在炮兵射击时，我们可以根据射程把弹道分成两段，甚至更多，每一段都用其中点的气象通报代替该段的气象通报，然后使用多份气象通报保障炮兵射击。以把弹道分划成两段为例，如图1所示。

图1是用两个点代替整个弹道的气象诸元，我们以弹道最高点为分界点，将弹道分成两个部分，每一个部分的气象诸元就用该段中点的气象诸元代替，如图1中点①、点②所示。同理，两个以上点的气象通报也可用类似方法获得。

下面以1966年152mm式加农榴弹炮为对象，对一点气象通报和两点气象通报保障炮兵射击的精度进行定量分析。根据探测得到的弹道中点气象通报和同时探测得到的弹道上升段、下降段气象通报，分别计算在不同初速和不同射角时，采用一点气象通报和两点气象通报计算射击距离和侧偏的结果。

其中一组气象通报如下：

· 弹道中点气象通报：

· 弹道上升段气象通报：

· 弹道下降段气象通报：

图1 两点气象通报

理论上，两点气象通报能够更真实地反映整条弹道的真实气象条件，因此，以两点气象通报计算得到的射击距离和侧偏作为准确值，分析一点气象通报计算得到射击距离、侧偏与两点气象通报计算得到的结果的偏差情况。通过弹道诸元计算软件，在不同装药号、不同射角时射击距离和侧偏计算结果如表1～表6所示（表3～表6略）。

表1 全号装药不同射击对比

表2 一号装药不同射击对比

从表中可以看出：

1）采用一点气象通报和两点气象通报计算得到的射击距离和侧偏普遍存在偏差，偏差量最大达到77m，且偏差量总体上是随射击距离的增大呈现逐渐增大趋势，说明采用多点气象通报保障炮兵射击很有必要，能够有效提高炮兵射击精度；

2）从表1、表2可以看出，偏差量并不是严格随射击距离的增大而逐渐增大，而是存在一定的随机性，这也说明了气象条件在射弹飞行轨迹上由于受到地形等其他因素的影响是随机变化的，通过增大下投探空仪的密度，能够较好地反映出气象条件的变化，有效减小气象条件随机变化对射击精度的影响；

3）随着射程的减小，采用一点气象通报和两点气象通报计算得到的射击距离和侧偏的偏差量很小，甚至为零。这是由于探空仪探测间隔较近，气象条件变化量不大，又经过气象通报编制过程中的取舍误差，导致得到的气象通报变化很小。

4 结语

在分析传统气象保障影响射击精度的基础上，提出了采用无人机获取全弹道区间内多份气象资料，并使用多份气象通报保障炮兵射击的方法，以降低应探测地点与射击地点不一致产生的气象误差，提高炮兵射击的精度。通过模拟计算，使用两点气象通报明显提高了射击精度，特别是射程较远时，效果显著。得出使用多份气象通报保障炮兵射击能够提高射击精度，减小试射次数并取得突然袭击的效果，具有良好的军事效益。

［1］郭锡福.远程火炮武器系统射击精度分析［M］.北京：国防工业出版社，2004，2：222－244.

［2］张晓轩.对炮兵实施精确打击气象保障问题的思考［J］.射击学报，2005（3）：42－43.

［3］王宏，靳利霞.气象资料在现代战争中的地位和作用［J］.导弹气象，2005（4）：31－32.

［4］王兆胜.气象条件的时空变化对射击精度的影响［J］.弹道学报，2006（1）：46－47.

［5］王锐，吕涛.对炮兵气象保障时效性和地域性间题的几点思考［J］.装备与技术，2008（5）：119－120.

［6］李福林.军事气象［M］.北京：中国大百科全书出版社，2007：222－224.

［7］董鸿志.GPS定位系统在炮兵防空兵气象探测装备中的应用［J］.气象水文装各，2008（1）：49－50.

［8］王荣华，张鹏锐.机载GPS下投式探空仪发展及展望［J］.空军装备研究，2010，6（3）：63－64.

［9］吴正龙.决定诸元理论［M］.合肥：陆军军官学院出版社，2007：85－86.

［10］刘怡昕，刘玉文.外弹道学［M］.北京：海潮出版社，1998：45－48.