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指挥控制与仿真

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2019 , Vol. 41 >Issue 3: 113 - 115

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2019.03.024

工程实践

弹丸初速预测误差分析及模型改进研究

  • 解维河 1 ,
  • 孙卫国 2 ,
  • 孙东彦 1
展开
  • 1.海军大连舰艇学院, 辽宁 大连 116018
  • 2.中国人民解放军92995部队, 山东 青岛 266000

解维河(1981-),男,辽宁大连人,博士研究生,研究方向为舰炮武器作战使用。

孙卫国(1978-),男,讲师。

Copy editor: 胡志强

收稿日期: 2018-10-06

  修回日期: 2018-11-10

  网络出版日期: 2022-05-16

收起

Research on Error Analysis and Model Improvement of Initial Velocity Prediction of Projectile

  • XIE Wei-he 1 ,
  • SUN Wei-guo 2 ,
  • SUN Dong-yan 1
Expand
  • 1. Dalian Naval Academy, Dalian 116018
  • 2. The troop 92995 of PLA, Qingdao 266000, China

Received date: 2018-10-06

  Revised date: 2018-11-10

  Online published: 2022-05-16

Fold

摘要

针对舰炮弹丸初速预测中由于冷膛修正量和使用上次射击弹丸历史初速数据对初速预测值造成的误差影响,分析误差产生原理,建立误差模型,提出预测改进模型。通过计算证明,该预测方法能够大大提高前4发弹丸的射击精度,解决部队使用测速雷达时由于预测弹丸初速误差影响舰炮射击精度的难题。

关键词： 测速雷达; 误差; 舰炮

本文引用格式

解维河 , 孙卫国 , 孙东彦 . 弹丸初速预测误差分析及模型改进研究[J]. 指挥控制与仿真, 2019 , 41(3) : 113 -115 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2019.03.024

Abstract

In view of the problem of error effects in due to the cold chamber correction projecttile velocity prediction and use historical data of velocity prediction, the cause of error about the initial velocity of shell is analyzed, error model is established and improved prediction model is putforward, proved by calulation, the prediction method can greatly improve the first 4 projectile firing accuracy and solve the problem about the difficult to predict the initial velocity of projectile accurately.

Key words： radar of measuring velocity; error; shipborn-gun

新型舰炮都使用测速雷达,测速雷达能够根据发射的弹丸初速测量结果预测下一发弹丸的初速[1-2],以便于进行火控解算和偏差修正,测速雷达预测初速的基本方法是:发射弹丸在10发以内,以预测值前3发取平均值,即
Vy/n=((Vc/n-3+Vc/n-2+Vc/n-1),n≥4;
当n=1,Vy/1=Vy/1;
n=2,Vy/2=(Vy/1+Vy/1+Vc/1)/3;
n=3,Vy/3=(Vy/1+Vc/2+Vc/1)/3;
n=4,Vy/34=(Vc/3+Vc/2+Vc/1)/3
发射弹丸满足发射10发弹后,以10发弹取平均值。在这个过程中,有两个因素影响初速预测精度:一是首发弹丸初速和后续弹丸初速存在误差;二是测速雷达使用的预测模型中初速值通常取上次射击最后弹丸初速值。由于首发初速的误差和两次射击的条件误差,造成误差影响。因此,需要对预测方法进行研究。

1 初速预测误差分析

在使用测速雷达情况下,为了有效使用测速雷达,首先对射击精度影响因素进行分析,以便找到降低射击误差的措施和提高射击精度的办法。
测速雷达前4发预测初速的误差。根据预测初速Vy/i+1的原理,在测速雷达输出的前4发弹丸初速中,存在三种误差。

1.1 使用上次储存值时首发初速预测值Vy/1引起的误差

在预测第2至3发弹丸初速中,都使用上一次射击结束最后一发实测弹丸保存在测速雷达中存储单元中初速数据Vy/1,Vy/1对应上一次射击中的炮弹药温和弹重,它与本次射击药温、弹重、弹种不同时,产生两次药温差、弹重差和弹种不同时引起的弹丸初速差等误差。

1.2 首发测量值Vc/1影响的误差

在预测第2至4发弹丸初速中,每次都使用首发实测弹丸初速Vc/1,根据前面所述,Vc/1含有冷膛修正量误差[3-4],从而造成第2至4发弹丸预测初速误差。
由于火控设备从第2发弹丸开始使用测速雷达送来的弹丸预测初速解算诸元,因此,射击诸元也存在由此造成的误差。

1.3 使用装定值时引起的误差

在测速雷达初速值可以进行首发初速装定值时,假设装定的初速考虑到冷膛的影响,而在第二发、第三发和第四发预测值时都包含了第一发测量值冷膛的因素,那么对前四发的预测值时也都包含首发测量值冷膛量的影响。

2 初速预测误差模型

以使用上次历史数据作为首发预测量的值进行分析。测速雷达的弹丸初速预估模型使用中,存在预估误差,预估误差可以表示为“预估误差=预估值-真实值”。在分析预估误差中,将冷膛修正量表示为ΔV0l,取正值;药温修正量表示为ΔV0y,取本次射击药温与上次射击药温之差值;将弹重差记为ΔVoq,将弹种差记为ΔVoz。

2.1 首发弹丸预测值误差分析

首发弹丸预测值是根据上次射击最后发射的弹丸初速确定,由于上次射击最后发射的弹丸是在非冷膛情况下实施的,且上次射击与本次射击的弹药温度条件不同,同时存在使用弹种和弹种不同引起的误差[5],因此,预测的首发弹丸初速预测误差为
ΔVw/1=ΔV0l-ΔV0y+ΔVoq+ΔVoz

2.2 第二发弹丸初速预测误差分析

第二发弹丸初速预测值为Vy/2=((Vy/1+Vy/1+Vc/1),在第二发弹丸发射时,已经无冷膛因素影响,第二发弹丸初速预测模型中,其中值Vy/1部分的误差为两次射击的药温差值ΔV0y;第二发弹丸初速预测值中使用了第一发弹丸初速的实际测量值Vc/1,第一发弹丸初速测量值与第二发弹丸初速的误差主要为冷膛修正量ΔV0l,因此第二发弹丸初速预测值的误差为
ΔVw/2=(-2ΔV0y-ΔV0l+2ΔVoq+2ΔVoz

2.3 第三发弹丸初速预测误差分析

第三发弹丸初速预测值为Vy/3=(Vc/1+Vc/2+Vy/1)/3,其中值Vy/1的误差为药温修正量ΔV0y,Vc/1部分的误差为ΔV0l,因此,第三发弹丸初速预测值误差为
ΔVw/3=(-ΔV0y-ΔV0l+ΔVoq+ΔVoz

2.4 第四发弹丸初速预测误差分析

第四发弹丸初速的预测值为Vy/3=(Vc/1+Vc/2+Vc/3),其中误差为第一发弹丸初速的测量值Vc/1误差,即冷膛量,误差表示为
ΔVw/4=-ΔV0l/3

2.5 第五发弹丸初速的预测值为

V5Y=(V2C+V3C+V4C,可见只有从第五发弹丸开始,冷膛和药温的因素才对预测值无影响,即不存在误差。

3 预测模型改进

根据上述分析,除了第1发弹丸外,都是使用测速雷达预测值。前面已经论证,测速雷达预测值前4发初速都存在误差。
冷膛量值在相关文献中可以确定[6],第一发弹丸初速可以通过既定方法预测得出。由于冷膛影响,首发实测初速V1c/1中含有冷膛误差ΔV0l,因此,解算第2~4发射击诸元应采取如下公式。
第2发射击诸元计算预测初速
Vy/2'=V1c/1+ΔV0l
第3发射击诸元计算预测初速
Vy/3'=(V1c/1+ΔV0l+V1c/2)/2
第4发射击诸元计算预测初速
Vy/4'=(V1c/1+ΔV0l+V1c/2+V1c/3)/3
第i发(i≥5)射击诸元计算预测初速
Vy/i'= 1 3 ∑ n = 0 2V1C/i-n

4 校正初速预测误差后的效果

4.1 计算过程及结果

通过修正了初速预测模型和正确使用初速数据后,使得测速雷达原理的原理性误差得到了修正,按照上述计算条件,计算修正误差后对射击效果的影响。假设在原预测方式下,使用相同弹种和弹重的弹药,药温差为本次射击和上次射击差值设为X,(由资料可得,药温每变化9~10 ℃(具体数值见基本射表)相当于初速变化1%)。修正的测速雷达预测初速误差在不同距离上的散布距离可表示为:
首发预测误差在距离上的散布误差为(1-0.1X)· ∂ d ∂ v 0, ∂ d ∂ v 0为单位初速变化V0%引起的距离误差;
第二发弹丸预测误差在距离上的散布误差为(-0.2X-1)· ∂ d ∂ v 0/3;
第三发弹丸预测误差在距离上的散布误差为(-0.1X-1)· ∂ d ∂ v 0/3;
第四发弹丸预测误差距离上的散布误差为(-1/3)· ∂ d ∂ v 0。
根据上述公式,计算结果如表1-4所示,表中间数值为距离上的散布,单位(m)。
表1 药温差为-8 ℃
散布误差
炮弹序号		 射击距离/m
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000
1 -59 -112 -165 -214 -254 -290 -320 -346 -379 -412 -451
2 7 12 18 24 28 32 36 38 42 46 50
3 -2 -4 -6 -8 -9 -11 -12 -13 -14 -15 -17
4 11 21 31 40 47 54 59 64 70 76 84
表2 药温差为-4 ℃
散布误差
炮弹序号		 射击距离/m
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000
1 -46 -87 -128 -167 -197 -225 -249 -269 -295 -320 -351
2 -2 -4 -6 -8 -9 -11 -12 -13 -14 -15 -17
3 -7 -12 -18 -24 -28 -32 -36 -38 -42 -46 -50
4 -11 -21 -31 -40 -47 -54 -59 -64 -70 -76 -84
表3 药温差为4 ℃
散布误差
炮弹序号		 射击距离/m
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000
1 -20 -37 -55 -71 -85 -97 -107 -115 -126 -137 -150
2 -20 -37 -55 -71 -85 -97 -107 -115 -126 -137 -150
3 -15 -29 -43 -56 -66 -75 -83 -90 -98 -107 -117
4 -11 -21 -31 -40 -47 -54 -59 -64 -70 -76 -84
表4 药温差为8 ℃
散布误差
炮弹序号		 射击距离/m
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000
1 -7 -12 -18 -24 -28 -32 -36 -38 -42 -46 -50
2 -29 -54 -79 -103 -122 -140 -154 -167 -182 -198 -217
3 -20 -37 -55 -71 -85 -97 -107 -115 -126 -137 -150
4 -11 -21 -31 -40 -47 -54 -59 -64 -70 -76 -84

4.2 计算结果分析

1)从原模型误差中分析,药温的变化对不同次射击同一序号炮弹的影响具有一致的变化规律,而同一次射击每发炮弹之间没有规律性可寻,会严重影响修正效果,对指挥员造成误判,因此修改原预测模型后,使得预测模型不受药温变化的影响,提高了指挥员的决策效果;
2)改进模型后,解决了首发弹丸的初速预测误差较大的问题,提高了首发弹丸的命中精度;
3)原模型中,对首发炮弹随药温与上次射击的差值变化,药温差值正向大时,对精度提高有利;第二发弹丸初速预测误差中,随着药温差值由正负值向正值变化后,误差减小,随着药温正向差值变大,误差变大;第三发弹丸的预测误差中,随着药温差值由正负值向正值变化后,误差逐渐变大,因此修正预测模型后解决原模型的每发弹丸的精度随着条件的改变而变化,(范围在20 m至100 m)而产生修正结果不确定的后果。
4)通过对预测模型进行改进和使用方法进行改进后,会使得由于预测模型的误差导致每发弹丸初速误差无规律性对射击指挥员的误判,消除预测模型误差,大幅提高了前四发炮弹射击的准确性。

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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周旦红, 等. 多普勒测速雷达速度转换的误差分析[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2007, 18(2):3-5.

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王秀玲. 基于炮口雷达的初速综合预测技术[J]. 火力与指挥控制, 2009, 34(7):165-167.

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