协同制导试验中测控设备传递误差计算与分析*

赵永铁　王永杰

(92941部队　葫芦岛　125001)



协同制导试验中测控设备传递误差计算与分析*

赵永铁王永杰

(92941部队葫芦岛125001)

测控设备传递误差计算和分析是防空导弹武器系统协同制导试验中的重要工作，针对协同制导试验的需要，为减少误差的产生，建立了一种不需转化为大地直角坐标的传递误差计算方法及其转化模型。对四种典型航路进行了传递误差计算，并分析了其共同点和不同点，给出了协同制导试验中有关测控设备传递误差的建议。

协同制导试验; 传递误差; 坐标转换

Class NumberTN95

1　引言

具有协同制导功能的防空导弹武器系统作战时，导弹武器系统在目标超视距或者协同探测设备具有更佳的观测位置时，需要采用非本武器平台的目标指示信息来引导导弹的发射。在此武器系统做协同制导功能鉴定时，也同样需要将各测控设备的观测数据发送给防空导弹武器系统，防空导弹武器系统将数据进行时间对齐和坐标转化后，作为目标指示信息来引导防空导弹拦截来袭目标[1～3]。而坐标转换造成的传递误差，其大小和变化直接关系到数据能否满足协同制导试验要求、测控设备可用性站点布设位置等工作，所以有必要将协同制导试验中测控由坐标转换造成的传递误差进行分析，以利于后续试验工作的计划和安排。

2　测控设备传递误差计算

2.1测量数据的时间统一

如果测量设备系统时间上不能够统一，则会造成测量数据时空的不一致，误差变得很大，甚至不能够使用。由于在协同试验中，测控设备一般都采用时间统一设备来授时，各设备的时间差距在μs级别。设目标速度为200m/s，30μs的时间误差造成的距离误差在0.006m，对于防空导弹武器系统来说，时间统一的影响基本可以忽略。

2.2测控设备传递误差计算模型

传递误差分为系统传递误差和随机传递误差。系统传递误差公式为[4]

式中f为测控设备测量的目标坐标转换成导弹武器系统所用坐标的转换公式。x1,x2,…,xn为各个直接测量误差，y为系统传递误差。

随机传递误差公式为

式中σx1,σx2,…,σxn为各个直接测量误差的方差，σy为随机传递误差。

由于协同制导部分是为解决超视距制导问题，转换公式涉及到大地曲率，一般采用大地坐标与站心坐标转换的方法。转化方法有很多，这里推导出一种作为传递误差的计算方法，此方法不需要将坐标转化为大地直角坐标，减少了转换误差。可设武器系统原点坐标A点(L0、B0、H0)，测控设备坐标B点(L1、B1、H1)，雷达测量目标坐标为(α1，e1，R1)。转化步骤见图1[5]。

图1　坐标转换步骤

具体模型为

1)首先需要将测控设备的测量数据从站心极坐标转换为站心直角坐标，公式如下：

式中R1、e1、α1为目标距离测控设备斜距、俯仰和方位。x1、y1、z1为目标距离测控设备的北、天、东方向坐标。

则传递误差公式为

2)其次将上式得到的x1、y1、z1进行坐标旋转和坐标平移，转换成以防空导弹武器系统为原点的直角坐标，可按下列公式进行计算[6～7]：

式中：x′、y′、z′是测控设备原点在以武器系统为原点的北天东坐标系中的坐标天、北和东坐标，测控设备一般布设于陆地上，如防空导弹武器系统需固定发射，或者武器系统载体则x′、y′、z′为一定值；θ为L1-L0。

3)最后将北天东坐标转换为极坐标：

传递误差为

3　协同制导试验中典型航路传递误差分析

3.1典型航路设计

通过上面的推导，传递误差的测控设备测量误差的影响涉及因素较多，因素之间互相制约，不便用解析式的方法进行解析。可采用典型航路的方法来分析传递误差的影响，按照测控设备和导弹系统在航路一侧还是两侧，以及不同的航路捷径，分别计算传递误差[8]。航路、测控设备和导弹武器系统如图2所示，试验参数如表1所示，其中武器系统设置点的经度、纬度和高度均为已知[9～10]。

图2　航路示意图

航路序号航路相对测控设备和导弹武器位置相对导弹武器系统位置测控设备航路起始点航路退出点测控设备测量精度系统误差随机误差航路捷径1一侧方位(°)15301700.0140.0145.7km俯仰(°)00.655.50.0140.014斜距(m)300006000010000532两侧方位(°)70301700.0140.0145.7km俯仰(°)-0.2020.655.50.0140.014斜距(m)600006000010000533一侧方位(°)1530300.0140.0140km俯仰(°)00.6528.840.0140.014斜距(m)30000600002000534一侧方位(°)1530300.020.020km俯仰(°)00.6528.840.020.02斜距(m)3000060000200053

3.2结果分析

四个典型航路的系统误差和随机传递误差如图3～6所示(单位为m和°，次坐标轴为斜距误差)。

从图可以看出：

1)传递误差是一个动态的过程，不是一常数，且变化规律较复杂。

2)当航路不变时，误差变化较相似，但误差大小变化较大；当航路变化时，误差变化较大。

3)当目标距离导弹武器系统较远时，角度传递误差很小，接近0°，斜距传递误差较大；当目标距离导弹武器系统较近时，角度传递误差变大，航捷点附近出现极值，斜距传递误差在离航捷点有一定距离时出现极值，但不一定变小。

4)传递误差在航捷点附近变化较大，一般会出现极值，但极值方向不定。

5)测控设备测控精度的变化导致传递误差变化，精度高时传递误差小，精度低时传递误差大。

6)测控设备布设位置对传递误差的幅度也有影响，如航路1和航路2，区别是测控设备位置的变化，但航路1的系统传递误差较航路2大，而其随机传递误差较航路2小。

4　结语

不同试验规划的协同制导试验中的测控设备传递误差，因为测控设备测量误差、站点设置和转换方法的差异而不同，且目标在航线上每个位置的测量误差经转化后的误差也是有差异的，所以要针对具体的协同制导试验要求而具体分析。在误差大小满足试验要求的前提下，合理计划航路，并安排测控设备的布设位置，使角度误差和斜距误差均较小。测控设备也要提高探测精度和作用范围，以利于试验航路设计。

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Transfer Errors Calculating and Analysis of Measurement and Control Equipment in Collaborative Guidance Test

ZHAO YongtieWANG Yongjie

(No. 92941 Troops of PLA, Huludao125001)

Transfer errors calculating and analysis of measurement and control equipment are important work of anti-defense missile weapon system collaborative guidance test. A transfer errors calculating method and whose transmission model which don’t need geodetic coordinate transformation is established for collaborative guidance test need and decrease error. Four typical air route transfer error are calculated, their common ground and differentia are analyzed. At the end, the measurement and control equipment transfer error advice is presented in collaborative guidance test.

collaborative guidance test, transfer error, coordinate transformation

2016年4月10日,

2016年5月30日

赵永铁,男,工程师,研究方向：目标跟踪与制导控制。王永杰,男,高级工程师，研究方向：导弹武器系统试验。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.033