水下舰船对准要求研究*

2016-01-04谢国善

舰船电子工程 2016年3期

关键词：对准误差设计

谢国善

(海军驻武汉七一九所军事代表室　武汉　430205)

水下舰船对准要求研究*

谢国善

(海军驻武汉七一九所军事代表室武汉430205)

摘要论文首先阐述了水下舰艇对准存在的问题,分析目前行业内发展现状及影响因素,最后提出了可能需要的解决方案及在总体设计时需要考虑设计要求。

关键词对准; 基准传递; 误差; 设计

Alignment Requirements Investigation for Undersea Shipboard

XIE Guoshan

(Navy Representative Office in 719 Research Institute, Wuhan430205)

AbstractAt first, this paper expounds the underwater ship aimed at the existing problems and analyzes the present situation in the industry and its influencing factors, finally proposes the solution may need and needs to be considered in the overall design of the design requirements.

Key Wordsalignment, standard transmission, error, design

Class NumberU666.12

1引言

核“三位一体”在核武器领域,指一国同时具备有陆基洲际弹道导弹、潜射弹道导弹和战略轰炸机三种核打击方式的能力。当一国拥有三位一体的核打击能力时等同于具有全面的核威慑能力。因为具备了在承受第一次打击后还能反击的能力,再没有一国能够一次性摧毁对方核打击能力,并不受对方的核报复。目前公认拥有有三位一体的核打击能力的国家是美国与俄罗斯。中国为下一个具有三位一体的核打击能力的国家,其拥有东风-3X洲际弹道导弹和09X型核水下舰艇、轰6轰炸机分别具有核武器投送能力。作为核“三位一体”的重要组成部分,核水下舰艇的安全隐蔽航行能力是区别于其它手段的重要特征。随着我国海军建设的战略转型,对未来新型水下舰艇的远海突防核打击能力提出了更高的要求。未来核水下舰艇为了适应和满足我国新时期海上战略需求,必须具备更长的水下自持能力和更精确的打击能力,而这些均与舰艇的导航能力息息相关。导航系统不仅为水下舰艇的水下隐蔽航行提供安全保障,还为导弹武器系统提供初始发射信息保障,导弹武器系统使用导航信息的前提是必须实现两系统的基准对准统一[1]。为了确保未来新型舰艇总体作战技术性能,除了提高导航设备的性能外,还必须着力确保水下舰艇导航系统与导弹武器系统之间的对准精度,使得导弹武器系统有效使用导航信息,为导弹武器系统发挥预定作战效能提供保障[2]。

2舰艇对准要求存在的主要问题

传递对准是一种不同于光瞄技术的基准统一方法,主要依靠惯性测量与匹配算法实现基准的对准,对准过程中往往需要水下舰艇进行机动航行。为了保证其对准精度,除了需要研究采用高精度的标校对准手段解决导航系统和导弹武器系统之间的初始安装基准的统一问题外,还需要针对在设定对准方式和水下舰艇机动航行谱线条件下导弹武器系统与导航系统之间的传递对准精度,找出高精度、短时间对准要求下的水下舰艇运行工况,以及该运行工况下开展导航系统实际可达精度评估技术研究,确保导航系统对导弹武器系统信息支持的有效、可信[3]。

为了解决上述问题,需要利用光学基准对准标校、陆上姿态测量等技术手段开展相关研究与试验验证。目前我国舰船武器系统对准标校所采用的基本技术是自准直技术,利用光学自准直原理将角度测量转换为线性测量,通过测量目标的反射光线,得到目标的姿态。在舰艇上实际运用时根据实际情况设计不同的测量方案。以此为基础的基准传递技术在实际应用中有一些缺点和不便[4]:

1) 传递距离近。目前自准直测量中大部分采用高斯型光学系统,测量距离在20m以内。而在实际应用中由于艇体布置的原因,两个待比较的基准之间可会超出此范围。

2) 适应性差。自准直测量原理决定了传递光路必然沿着甲板坐标系X轴、Y轴或Z轴方向,而舰上需要高精度对准的设备如惯导、雷弹武器系统等分散布置于不同的区域。为此,基准传递光路需做适应性改进,增加过渡光路,而这往往会引入新的误差。

3) 方位基准大高差垂直传递困难。自准直基准传递技术利用光沿直线传播的原理,以光的指向性表征基准方向。但当方位基准进行垂直传递时,传递方向不与光的传播方向一致,就需要使用过渡基准。一般高差较小时,采用光学平晶作为过渡基准。良好的光学加工工艺可以保证在光学平晶长度范围内,其反射面法线方向的不一致性引入的误差可以忽略不计。当高差较大时,要控制由于过渡基准形变导致的误差将会对加工工艺及工装精度提出非常苛刻的要求,甚至无法实现[5]。

4) 自准直误差的来源:(1)测角公式的近似所带来的原理误差、出射光非严格平行光线所引起的误差以及光学系统的畸变;(2)人眼瞄准和读数会产生瞄准误差及估读误差;(3)光电探测器灵敏度非均匀性以及响应非线性误差[6]。

3解决舰艇对准要求的主要措施

目前在大地测量运用中,远距离基准传递的方法通常有四种:静力水准法、动力水准法、GPS水准法及常规大地测量法。

舰艇对准主要是在此基础上,利用先进测量手段进行传递对准的基础理论和方法;确定影响传递对准精度的因素及作用机理,结合舰船运动特性及实际布置情况,开展传递对准应用技术研究和误差机理分析研究,从而形成一套完善的高精度的传递对准方案。主要内容包括四个方面: 1) 大跨度远距离基准传递技术; 2) 基准垂直纵向传递技术; 3) 远距离基准失调监测技术; 4) 传递误差机理分析研究[7]。

为解决上述关键技术,舰船总体设计时,应按相关标准的规定、系统及设备对准技术要求以及布置位置进行对准设计,设计内容包括:

1) 对准方案及测试方法;

2) 基准的选用及布置;

3) 舰船上的基座、通光孔、支架的定位及安装;

4) 对准测量专用工装设计。

对准设计时,应确定主基准面及首尾线基准,作为各系统对准时统一坐标的主基准;另外还应确定武器控制基准面,作为武器系统对准的过渡基准;根据需要还可设其他辅基准及标志,主基准和辅基准,主基准和辅基准永久保留并应设有保护罩[8]。

对于精度要求高的系统及设备,应采用码头对准方案,此时: 1) 首尾线基准、武器控制基准面及甲板经纬仪应处在舰艇的中线面内或平行于中线面的同一平面内; 2) 应确保甲板经纬仪支撑结构的稳定性,视界广,要能看到对准的设备、方位标或舱内的首尾线基准,如有看不到的设备再设辅助经纬仪,使上甲板以上部位要对准的设备能与其中一台经纬仪通视[9]。

选用静态对准方案时,应采用基准平台作为主基准面和武器控制基准面。用装在上甲板以上的方位标作首尾线基准,方位标和甲板经纬仪设在中线面内或与其平行的同一平面内,两者不小于5m的距离。

需明确的是:在对准设计时应规定测试数据的采集及处理方法。选定的对准方案及测试方法的精度必须满足舰艇总体、系统及设备对准的技术要求。对准误差应包括测试传递过程中的方法误差、仪器误差、操作误差及状态环境引起的误差等,其综合极限误差不大于该项误差的1/5时可以忽略。

对准时环境也有一定特殊要求,应在环境、气温比较稳定的时间内进行;露天对准一般应在阴天无雨或夜间进行[10]。

4结语

舰艇对准关系到总体设计实现,其对准精度也直接影响水下舰船导弹武器系统发挥预定作战效能发挥。本文主要分析目前行业内发展现状及存在的主要问题,提出了必须考虑的设计要求及解决方案,在总体顶层设计时,能够利用先进的测量理论、测量技术设备等研究出一套特定的舰艇对准测量方案,在工程实践中也可为总体设计、建造及质量控制提供依据,确保水下舰艇导航等系统信息的有效性。

参考文献

[1] 欧同庚,陈志高,杨博雄.光电自准直仪工作原理及误差源分析[J].大地测量与地球动力学,2007,27(6):98-100.

[2] 邹九贵,甘俊红,季国定.高精度二维自准直仪的研制[J].计测技术,2006,26(5):19-20,26.

[3] 张继友,范天泉,曹学东.光电自准仪研究现状与展望[J].计量技术,2004(7):27-29.

[4] 李噗,王丹丹.速度加姿态匹配的传递对准算法研究[J].导弹与航天运载技术,2009(5):9-12.

[5] 林玉池,于建.光电自准直仪现状与展望[J].宇航计测技术,1999,19(6):30-32.

[6] 王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002:5-7.

[7] 吴文明,高立名,吴易明.利用三次样条插值提高自准直仪的准确度[J].光子学报,36(8):1561-1564.

[8] 王可,邓正隆.一种新的动基座快速对准方案机器仿真研究[J].宇航学报,2005(3):321-325,1991.

[9] 黄昆,单福林,杨功流.舰载角速度匹配对准传递方案研究[J].中国惯性技术学报,2005,13(4):1-5.

[10] 李胜芳,刘玉龙.舰船系统对准要求[S].国防科学技术工业委员会,1991:13-17.

中图分类号U666.12