中国指挥与控制学会会刊 
舰炮对海虚拟射是提高对海上目标射击精度的有效手段,可以省略对目标试射直接效力射,对提高作战效能具有重要意义。舰炮对海传统虚拟射虚拟点相对射击舰距离和方位角固定不变,虚拟点相对射击舰静止,射击舰保持航向航速不变,但是,舰艇受风、流、涌等条件的影响,实际航迹线航向航速与预计航向航速不一致,导致虚拟射精度下降。随着舰艇导航定位系统的广泛应用和定位精度的提高,舰艇导航定位数据可用于舰炮火控解算[1],本文研究基于舰位经纬度坐标的舰炮对海虚拟射方法,解决舰艇航速航向误差影响虚拟射精度的问题。
1 传统虚拟射
1.1 传统虚拟射原理
舰炮对海传统虚拟射,人工装定虚拟点相对射击舰距离与舷角,虚拟点相对射击舰静止,即虚拟点与射击舰同速同向运动,火控计算对虚拟点射击诸元,舰炮发射后弹着入水,舰载雷达测量弹着水柱距离与舷角,火控计算水柱相对虚拟点的距离偏差和角度偏差,校正对目标射击诸元,提高舰炮对目标射击精度。如图1 所示,图中:K0、M0为发射时射击舰、虚拟点的位置;d、qw为虚拟点相对射击舰距离、舷角;K1、M1为测量水柱时射击舰、虚拟点的位置;P为水柱位置; 为射击舰、虚拟点的速度向量;dp、qwp为测量水柱相对射击舰距离、舷角;Δdp、Δfp为水柱相对虚拟点距离偏差量、舷角偏差量。
1.2 航速航向误差的影响
虚拟点相对射击舰距离与方位角固定不变,发射后射击舰航迹线航向和对地航速,必须与计算射击诸元所用平台罗经提供的航向和计程仪提供的航速一致。但是,由于射击舰受风、流、涌等条件的影响,尤其是在高等级海况下难以保持航速航向,发射后实际航迹线航向和对地航速,与平台罗经提供的航向和计程仪提供的航速之间存在偏差[2],利用弹着水柱相对虚拟点距离与舷角偏差,校正目标射击诸元将产生校正误差,导致对目标射击精度下降。如图2 所示,图中:K1为射击舰受风、流、涌等条件的影响测量水柱时的实际位置;K'1为假设射击舰按照计算射击诸元所用航向航速航行至测量水柱时的位置; :射击舰实际速度向量; 'w为计算射击诸元所用射击舰、虚拟点的速度向量;P'为根据K'1、dp、qwp计算的水柱位置;Δd'p、Δf'p为P'相对虚拟点距离偏差量、舷角偏差量。其他符号含义同图1 。由于P'与P不重合,所以,Δdp≠Δd'p、Δfp≠Δf'p。
2 基于舰位经纬度坐标虚拟射新方法
2.1 新方法原理
舰炮对海传统虚拟射,射击舰实际航迹线航向和对地航速与平台罗经提供的航向和计程仪提供的航速不一致,用虚拟射获取的偏差量校正将对目标射击诸元产生校射误差。本文提出一种新的在绝对坐标系中确定弹着水柱相对虚拟点偏差量的方法,射击舰可以灵活机动,提高了射击舰战术灵活性。另外,舰炮射击外弹道解算是在绝对坐标系中进行的[3],所以,在绝对坐标系中确定弹着水柱相对虚拟点偏差是合理的。目前,水面舰艇装备的导航定位系统能够实时提供舰位经纬度坐标,为在绝对坐标系中建立舰炮对海虚拟射模型提供了方便。
本文提出舰炮对海基于舰位经纬度坐标虚拟射原理如图3 所示。
舰炮对海基于舰位经纬度坐标虚拟射,以发射点为原点,在绝对坐标系中计算弹着水柱相对虚拟点距离偏差和方向偏差的方法为:
1)火控在人工装定虚拟点M0(d、qw)基础上增加弹道气象修正量,计算射击诸元控制舰炮发射,发射时射击舰位于K0、经纬度坐标为(Lw0,Bw0);
2)射击舰机动至K1,弹丸落水,舰载跟踪雷达测量水柱相对射击舰K1的距离dp和舷角qwp;
3)利用(dp、qwp)、射击舰在K1时舰位经纬度坐标(Lw1,Bw1)和航向CW1,计算水柱经纬度坐标(LP,BP);
4)利用射击舰位于K0的经纬度坐标(Lw0,Bw0)、水柱经纬度坐标(LP,BP),计算水柱P相对发射点K0的距离Dp和方位角 ;
5)利用方位角Bp、射击舰航向CW0,计算弹着水柱相对发射点K0的我舰舷角q'wp,q'wp=Bp-CW0;
6)以发射点K0为坐标原点,计算弹着水柱相对虚拟点的距离偏差量Δdp、方向偏差量Δfp,Δdp=Dp-d、Δfp=q'wp-qw。
水面舰艇卫星接收设备安装位置与舰炮、跟踪雷达安装位置不在同一处,需要修正卫星接收设备与跟踪雷达安装位置间隔差,以及卫星接收设备与舰炮安装位置间隔差。
2.2 新方法的优点
基于舰位经纬度坐标舰炮对海虚拟射,在绝对坐标系中计算弹着水柱相对虚拟点距离偏差和方向偏差的好处在于:
1)射击过程中舰艇实际航迹线航向和对地航速与平台罗经提供的航向和计程仪提供的航速不一致,不影响计算弹着水柱相对虚拟点距离偏差和舷角偏差,有利于提高虚拟校射精度;
2)射击过程中舰艇可以灵活机动,提高了舰艇战术使用灵活性。
3 两种方法精度对比
本文提出舰炮对海基于舰位经纬度坐标虚拟射与传统虚拟射相比,射击精度的区别主要在于:前者有舰艇定位误差[5];后者有舰艇实际的航迹线航向与平台罗经提供的航向不一致,以及舰艇航迹线对地航速与计程仪提供的航速不一致,引起的推算舰位误差。两种方法孰优孰劣需要分析两者舰位误差的大小。
目前,水面舰艇导航差分GPS接收机定位精度可达5m~10m,我国北斗卫星定位系统精度也可以达到10m数量级,定位精度可以满足舰炮射击的需要。
下面仿真计算分析舰炮对海传统虚拟射航速航向误差引起的推算舰位误差。假设某型舰炮对海虚拟射,弹道气象条件标准,导航系统传送给舰炮火控的计程仪速度为20kn、平台罗经航向为300°,射击舷角左舷80°,舰艇受到风、流、涌的影响,航迹线航向比平台罗经航向偏右1.0°、对地速度比计程仪速度快2kn,不同虚拟点距离推算舰位误差如表1 所示;假设航迹线航向比平台罗经航向偏左1.5°、对地速度比计程仪速度慢3kn,不同虚拟点距离推算舰位误差如表2 所示。
表1 ΔVW=2.0kn、ΔCW=1.0°不同射距对应的舰位误差 |
| 射距/km | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 舰位误差/m | 5.8 | 10.7 | 17.5 | 25.9 | 36.6 | 51.3 |
表2 ΔVW=-3.0kn、ΔCW=-1.5°不同射距对应的舰位误差 |
| 射距/km | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 舰位误差/m | 8.7 | 16.0 | 26.2 | 38.8 | 54.6 | 76.7 |
从表1 、表2 可以看出,舰炮对海传统虚拟射,虚拟点距离越远推算舰位误差越大,航速航向误差越大推算舰位误差也越大;仅当虚拟点距离小于6km时,推算舰位误差与卫星定位舰位误差相当,当虚拟点距离大于6km时,推算舰位误差大于卫星定位的舰位误差。
4 结束语
本文提出舰炮对海基于舰位经纬度坐标虚拟射新方法,利用舰载雷达测量弹着水柱距离与舷角,结合舰位经纬度坐标和航向计算弹着水柱经纬度坐标,以舰炮发射点为原点在绝对坐标系中解算弹着水柱相对虚拟点距离偏差和方向偏差,与传统虚拟射方法相比,射击精度受海况条件影响小,精度更高,射程越远精度优势越明显。新方法的精度受舰艇定位精度的影响,随着舰艇导航定位精度的提高,其应用前景广阔。