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2018 , Vol. 40 >Issue 5: 122 - 124

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2018.05.024

工程实践

舰炮对水线上海目标射击水柱校射方法

  • 王茂林
展开
  • 中国人民解放军92941部队, 辽宁 葫芦岛 125001

王茂林(1976-),男,吉林东丰人,硕士,研究方向为舰炮火控系统试验与鉴定。

收稿日期: 2018-07-12

  修回日期: 2018-08-07

  网络出版日期: 2022-05-12

收起

The Method of Warship Gun Fire Correction for the Sea Target of Having Height

  • WANG Mao-lin
Expand
  • 92941 Troops of PLA, Huludao 125001, China

Received date: 2018-07-12

  Revised date: 2018-08-07

  Online published: 2022-05-12

Fold

摘要

传统测量距离方向法对海射击水柱校射时,目标瞄准点和水柱均位于海平面。通过火控滤波解算预测目标未来点位置作为理论水柱位置,结合航程修正至射击时刻的实测水柱位置进行计算,获取水柱校射偏差。当设定对海目标瞄准点高度时,理论水柱位置相对目标未来点发生位移。分析对海射击时目标高度对水柱校射的影响,根据瞄准点处弹道倾角预测理论水柱位置。仿真分析表明,该方法在打击目标具有高度时,能够提高校射精度。

关键词： 水柱校射; 距离方位法; 目标高度

本文引用格式

王茂林 . 舰炮对水线上海目标射击水柱校射方法[J]. 指挥控制与仿真, 2018 , 40(5) : 122 -124 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2018.05.024

Abstract

In the traditional firing correction model, the aiming point and water column locate in the same sea level, using the theoretic water column by filter and the actual water column to calculate the firing correction error. When aiming at the point above the sea level, the theoretic water column is not the position of the target future point. This paper analyzes the effect of firing correction for aiming at the point above the sea level, using the ammo trajectory angle to calculate the theoretic water column position. The result show this method can resolve the problem and increase the correction precision.

Key words： water correction; measuring distance and direction; target height

测量距离方向法射击是舰炮武器系统对海射击校射时最常用的校射方法,主要用于目标作不稳定运动的情况[1-2]。它的实质是不管目标何种机动,总能将弹道气象准备误差从射击准备误差中分离出来,并单独校正[3]。
测量距离方向法射击,就是在对海上目标射击时,经过弹丸飞行时间后,利用跟踪雷达测量炮弹落水瞬时的水柱相对于目标的距离偏差和舷角偏差,经过火控进行校射处理,获得水柱相对于射击击发时刻的预测落点(目标自动滤波外推点)的距离偏差和方向偏差,即为系统射击偏差,以相反的符号进行后续射击修正。此时目标瞄准点和水柱均位于海平面,此时射击,弹丸瞄准目标舰水线位置。
为达到舰炮武器系统对海目标精确打击,需要将目标瞄准点锁定在水线上的目标上层建筑位置,方可实现目标有效毁伤。此时弹丸会穿越上层建筑落水,理论水柱位置相对目标未来点发生位移,若仍采用传统目标未来点位置和实测水柱进行测量距离方向法水柱校射,会产生很大的校射偏差,所以需研究对水线上海目标射击水柱校射方法。

1 校射偏差计算原理

图1表示从射击开始至弹丸落水时刻的我舰、目标舰及水柱的相关位置图。
图1 水柱的相关位置图
图1中, W 0 、 M 0为射击时刻我舰和目标舰的实际位置;M'0为射击时刻火控滤波得到目标现在位置;W1、M1为弹丸落水时刻我舰和目标舰的位置;M'1为射击时刻时火控滤波解算的目标未来点位置;M″1为当瞄准点为目标舰某一高度时,M″1为穿越目标预测落水点位置;P为弹丸落水水柱的平均位置;d、dp为弹丸落水时刻目标距离及水柱距离;qw、qwp为落水时的我舰舷角及水柱我舰舷角; V → m、 V → m a为目标实际速度向量和滤波速度向量;tf为弹丸飞行时间。
从图1中可以看出,弹丸落水时,平均弹着点P对目标M1的误差矢量为 M 1 P →。该误差矢量是误差矢量 M 1 M ' 1 →与 M ' 1 P →之和, M 1 M ' 1 →显然就是火控滤波解算目标未来点坐标的误差,为滤波解算目标速度向量的误差Δ V → m= V → m a- V → m引起的目标运动提前量误差 V → m a·tf- V → m·tf;而误差矢量 M ' 1 P →则是弹道气象条件误差引起的平均弹着点对解算的目标未来点的误差。因为如果弹道气象准备没有误差,则中央弹道应通过M'1点,即P与M'1重合。
测量距离方向法射击所校正的为射击平均弹着点的距离偏差量(ΔdP)和方向偏差量(ΔfP)。图中ΔdP及ΔfP是误差矢量 M ' 1 P →在距离和方向上的两个分量( M ' 1 P →误差矢量是水柱相当于射击时刻位置 W 0 P →和滤波预测目标未来点 W 0 M ' →之差,其中 W 0 M ' →为 W 0 W 1 →(航程累计)和 W 1 P →(水柱距离dp)之和)。由于射击诸元是根据提前点位置经过弹道气象修正后得到的弹道点确定的,因此如果弹道气象修正完全准确没有误差,弹丸落水时中央弹道将通过M'1点,如果中央弹道没有通过M'1点,则中央弹道对于M'1点的偏差量即为弹道气象修正的误差,因此,通过射击观测平均弹着点,就将弹道气象准备的误差从射击准备误差中分离出来。
所以,测量距离方向法射击的实质就是取数次射击平均偏差量作为弹道气象准备的误差单独加以校正[4-5]。测量距离方向法射击时,只校正弹道气象准备的误差,而目标运动提前量的误差则使用其他方法进行校正。
该方法既可应用于试射中,也可应用于效力射中;当用于试射时,既可直接对目标进行,又可以对虚拟试射点进行,其原理基本相同[6-7],仅工程实现与实施不同。
以上校射偏差计算针对打击目标高度锁定于海平面情况。当设定打击目标高度,还采用以上方法进行校射时,由于理论落水点已经从目标未来点M'1变为弹丸穿过目标落水点M″1,校射偏差不能如实反映弹道气象准备的误差。

2 对海跟踪解算的目标高度定高处理影响

当火控解算时预测命中目标的高度Hm为设定高度时,即火控系统瞄准点为目标设定高度而不是海平面时,弹丸穿过预测命中点后还需飞行一段距离才能落水。图2为弹丸穿越目标水柱示意图。
图2 弹丸穿越目标水柱示意图
图2中,W0、M0为射击时刻我舰和目标舰的实际位置;A0、Hm为海目标瞄准点位置和高度;P为弹丸穿越目标落水水柱的平均位置;从图中可以看出,由于目标瞄准点存在高度,所以理论落水点与目标的存在距离偏差。

3 目标高度定高水柱测偏校射方法

对海目标增加瞄准点海拔高度装定选项,火控解算时预测命中目标的高度 H m为装定高度(消除地球曲率影响),故弹丸穿过预测命中点后还需飞行一段距离才能落水,这段距离的大小与目标命中距离d的远近、弹道倾角有紧密关系。
设采用弹道微分方程解命中,计算弹丸在目标命中点位置:弹丸存速(Vx、Vh、Vz),参数分别为弹丸存速在射向的水平方向、垂向及侧向的分量;或弹道倾角θ, θ = a r c t a n ( V x 2 + V z 2 , V h )。依上参数得出理论落水点与目标的距离偏差 d ~:
d ~ = V x 2 + V z 2 × t , 其 中 t = H m V h
或
d ~ = t a n θ × H m
故理论弹着点距离上需要叠加 d ˙。即在图1中M'1点(火控滤波解算得出目标的未来点)还需叠加弹丸穿过预测命中点飞行一段距离到落水的距离,最终得到理论弹着点M″1。
所以理论水柱计算计算方法为:在击发时刻,根据目标运动参数预估弹丸命中点坐标,即经过飞行时间 t f后的命中目标点坐标数据(Xg、Yg、Hg)。
(Xg、Yg、Hg)=(Xm、Ym、Hm)+(Vmx、Vmy、Vmh) tf+ 1 2(Amx、Amy、Amh) t f 2
从而,由(Xg、Yg、Hg)计算得到理论水柱数据(d、Q)。
d= X g 2 + Y g 2 + H g 2 + d ~
Q=arctan X g Y g-Cw+ Q ~
式中的 d ˙和 Q ˙,表示弹着落水点相对于预测命中目标点的距离偏差和方向偏差(方向偏差是一个小量,可简化忽略不计)。可根据射击时刻预估的弹丸存速或弹道倾角进行计算得到。
得到理论水柱位置(d、Q),替代第1节中目标未来点水柱位置,采用测量距离方位法完成具有目标高度的海目标精确水柱校射。

4 校射精度分析

本文针对某型中大口径舰炮,设定打击目标距离8 000 m,控制舰炮瞄准的是目标相对海面高度与本舰舰炮高度等高的10 m高度。依据本舰舰炮高度、弹道气象、目标运动参数、舰艇姿态等参数采用弹道微分方程解命中,计算出火控解算瞄准点位置弹丸存速射向的水平分量为458 m/s,垂向分量为-56 m/s。从而计算得出理论落水点相对目标未来点距离偏差为+82 m。
打击目标距离5 000 m,控制舰炮瞄准的是目标相对海面高度与本舰舰炮高度等高的10 m高度。火控解算瞄准点位置弹丸存速射向的水平分量为597 m/s,垂向分量-31 m/s。计算得出理论落水点相对目标未来点距离偏差为+192 m。
图3~4为某中大口径舰炮在对海射击设定目标高度时,落水点距离误差与目标距离的关系曲线。可以看出目标越近,水柱距离目标的偏差越大,此时若直接采用雷达测量的水柱偏差进行距离方向法水柱校射,则产生很大的误差。所以需根据瞄准点弹丸存速或弹道倾角,采用改进测量距离方向法。
图3 中口径舰炮落水点距离误差曲线
图4 大口径舰炮落水点距离误差曲线
典型舰炮武器系统跟踪雷达对弹丸水柱测距范围为±1 000 m。依据图3~4落水点距离误差与目标距离的关系曲线综合分析,对打击目标舰上层建筑位置,舰炮对水线上海目标射击水柱校射方法使用约束条件为打击近界约为3 km。
对距离本舰5 000 m的典型敌驱护舰类目标,为实现对敌舰上层建筑的有效毁伤,诸元解算锁定目标高度为10 m。弹丸发射后,由于弹道气象准备误差、目标高等因素影响,雷达水柱测量偏差实测为+300 m。采用传统测量距离方向法将雷达水柱测量偏差+300 m折合至发射时刻炮位进行距离方位法距离校正,弹丸偏近,无法实现对需打击目标高度位置的有效命中;通过本文改进测量距离方向法,在目标高度10 m时依据瞄准点弹丸存速或弹道倾角计算理论落水点相对目标未来点距离偏差为+192 m。将+(300-192)m折合至发射时刻炮位进行距离校正,弹丸夹中,可实现对需打击目标高度位置的有效命中。

5 结束语

本文在传统测量距离方位法基础上,考虑舰炮对海射击中瞄准点目标高度对水柱测偏校射的影响。根据目标瞄准点处弹丸存速或弹道倾角精确计算弹丸落水点理论位置,从而结合实测水柱数据,完成对海射击水柱精确校射。
该方法的使用对提高舰炮对海校射精度,增强舰炮武器系统的作战效能具有重要意义。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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