船电技术Ｊ应用研究 Ｖ＿０１．３５ Ｎｏ．９ ２０１ ５．９ 实战化条件下突击炮射击提前量误差分析 刘俊邦，陈远江，梅晨，杨权 （武汉军械士官学校，武汉４３００７５） 摘要：在实战中，地面突击武器将会在高机动状态下与敌进行交战，武器作战效能将会大幅下降。本文 通过分析某型突击炮解命中模型误差，建立误差仿真模型，并应用仿真模型计算不同作战条件下的射击提 前量误差和命中概率，依据仿真结果分析误差影响规律并提出在实战条件下提高武器作战效能的措施。 关键词：实战化 突击炮 高机动解命中模型射击提前量误差 命中概率 中图分类号：ＴＪ３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—４８６２（２０１５）０９—００２２—０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｉｒｉｎｇ Ｌｅａｄ Ｅｒｒｏｒ ｆｏｒ Ａｓｓａｕｌｔ Ｇｕｎ ｉｎ Ａｃｔｕａｌ Ｃｏｍｂａｔ Ｌｉｕ Ｊｕｎｂａｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｙｕａｎｊｉａｎｇ，Ｍｅｉ Ｃｈｅｎ，Ｙａｎｇ Ｑｕａｎ （Ｗｕｈａｎ Ｏｒｄａｎｃｅ Ｎ．Ｃ．Ｏ．Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｐ．Ｌ．Ａ．，Ｗｕｈａｎ ４３００７５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆｇｒｏｕｎｄ ａｓｓａｕｌｔ ｗｅａｐｏｎ ｗｉｌｌ ｄｅｃｌｉｎｅ ｓｈａｒｐｌｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗｅａｐｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｒｅ ａｌｌ ｉｎ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｍｂａｔ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｌｖｉｎｇ ｈｉｔ ｍｏｄｅｌ ｅｒｒｏ￣ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｆｒｉｎｇ ｌｅａｄ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｈｉｔ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓａｕｌｔ ｇｕｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｏｌｖｉｎｇ ｈｉｔ ｍｏｄｅｌ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｇａｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｍｂａｔ ａｒｅ ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｕａｌ ｃｏｍｂａｔ，＂ａｓｓａｕｌｔ ｇｕｎ，＂ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ；ｓｏｌｖｉｎｇ ｈｉｔ ｍｏｄｅｌ，＂ｉｆｒｉｎｇ ｌｅａｄ ｅｒｒｏｒ，＂ｈｉｔ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ０引言 实战条件下提高武器作战效能的措施。 为适应作战条件变化，突击炮经过多次升级 １射击提前量的解算 改造后系统性能得到较大提高，但其火控系统的 １．１解命中模型 射击理论及实现技术仍延用传统的坦克火控系统 解命中模型是火控系统的基本模型之一，其 相关理论和技术，无法完全满足高速机动的作战 实质是确定弹丸与运动目标在空间相遇点即提前 要求。以下几方面原因影响了火控系统效能完全 点的坐标，最易受到目标运动影响。 发挥：１）简化的解命中模型产生较大解算误差； 为便于问题研究，建立火炮位置直角坐标系 ２）射击延迟对射击精度影响更为突出；３）精确 ＯＸＹＺ，如图１所示。坐标系以火炮发射瞬间炮口 瞄准和跟踪高机动目标难以保证；４）机动中火炮 位置Ｄ为原点； 为发射瞬间的目标位置，ｍ为 的控制精度和动态过程指标难以保证¨Ｊ。 在炮口水平面的投影； 轴指向与Ｏｍ一致；ｙ 本文试图通过分析交战双方机动条件下影响 轴在炮口水平面内，与 轴垂直并向火炮位置右 火控系统性能的主要因素即射击提前量误差，建 侧延伸的射线；Ｚ轴过原点Ｄ，铅直向上。 为 立误差仿真模型，并应用仿真模型计算不同参数 目标现在点位置， 为现在点的斜距，ｓ为现在 条件下的误差，进而分析误差影响规律并得出在 点的炮目高低角， 为现在点的方位角（当ＯＸ 选作基准方向线时，ｆｌ＝ｏ）； 为不考虑弹丸附 收稿日期：２０１５．Ｏ８．Ｏ９ 加速度的虚拟命中点位置， ｍ 为 在炮口水 作者简介：刘俊邦（１９８０．），男，讲师。研究方向：轮 平面的投影， 为虚拟命中点的斜距， 为虚 式自行火炮装备仿真技术、维修理论与技术。 拟命中点的炮目高低角， 为虚拟命中点 的 、，ｏ１．３５ Ｎｏ．９ ２０１ ５．９ 方位角；Ｍｑ为弹丸与目标相遇点，即命中点的位 ： 船电技术Ｉ应用研究 （ ）一 ） （３） 一 置。 惫 －ａｒｃｔｇｃ赢 ２高机动条件下射击提前量误差 ２．１射击提前量误差分析 火控系统实现中受到工程技术和战场环境等 图１火炮与目标的几何关系图 当突击炮在行进间射击时，火炮身管指向虚 拟命中点Ｍｑ ，弹丸出炮口时载体运动将赋予弹 丸一定的附加速度 Ｄ，发射后弹丸与目标的最终 相遇点Ｍｑ，以弹丸出炮口时刻为零时刻，命中点 的位置可通过以下方程解算： Ｘｑ Ｘｑ—Ｖｐｏ ｔｆ Ｘｏ＋ ｔ．ｔ ， （ｆ） 一Ｖｐ ｔｆＹ ＝ｙｑ－－Ｖｐｏｙｔｆ＝ｙｏ＋ Ｖ￣ｙ（ｔ）ｄｔ—Ｖｐ ｆ Ｚｑ ＝ 一ＶｐＯｚ ＝Ｚ０＋ｆ ） 一 。 （１） ＝￣／—２ ２ Ｚ２ ＝ （ ， ） 式中：勒、ＹＤ、 为目标现在点位置坐标；ｖ １， ｖ、ｖ 为目标速度分量；Ｖｐｏｘ、ｖ 、Ｖｐｏｚ为弹丸 附加速度分量； 、Ｙ 、Ｚ日为命中点位置坐标； ｑｖ、 Ｙ ｚ 为虚拟命中点位置坐标； 为弹丸飞行时 间。 在标准条件下对射表数据进行拟合可得到飞 行时间函数 （Ｄ），当炮目高低角和斜射程较小 时，式（１）中 可用该函数求解，即： ｔｒ＝ （Ｄｑ ，ｚ ）≈ （Ｄｑ ） （２） 火炮停止间射击时，方程退化为常见的命中模型。 １．２射击提前量计算 如若目标机动，火控系统需以身管当前位置 为基准赋予其一定的提前量，方可命中目标。射 击提前量包括方向提前量 ＝ 和高低提前量 ｚＪｅ＝ｅｑ ＿ｓ，是解命中模型最终求解的物理量。 将解命中方程求解得到的虚拟命中点 和 现在点 的坐标进行直角一极坐标系变换、求 差、火炮位置一炮塔坐标系变换后既可作为射击 诸元装定火炮，火炮位置坐标系下的射击提前量 如式（３）所示： 因素的，解命中模型经过一系列假设与简化， 射击提前量采用式（４）进行计算［２】． 』【 Ａｃ ， （４） 式中：ＣＯ 为目标水平向相对运动角速度，０９ 为目 标垂直向相对运动角速度。 从式（４）可知，火控系统旨在对弹丸飞行时 间和目标相对火炮发射位置的平均相对运动角速 度的准确预测来确定射击提前量。而以上两个物 理量预测均存在误差： 如图２所示，假设目标在Ｍｏ点时，进行激光 测距获得目标距离数据Ｄ。，之后对目标跟踪，经 过了系统反应时间 后，目标进至 点时火炮 发射。目标在弹丸飞行时间 内，行进到相遇点 ，虚拟相遇点为 。火控系统利用Ｊ［）Ｄ通过飞 行时间函数预测弹丸飞行时间 ，而弹丸真实的 飞行时间 与 同样符合飞行时间函数关系， 飞行时间估算误差为： Ａｔｆ＝ｆ尼一ｔｆ＝ （Ｄ０）一 （ ） （５） 图２误差不意图 火控系统对击发时刻前两秒内的目标相对运动角 速度采样后进行参数估计 Ｊ，获得目标平均运动 角速度估计值∞，弹丸飞行期内目标相对发射时 刻火炮位置的平均相对运动角速度为ＣＯ 目标平 均相对运动角速度误差：式中， ∞ Ａｃｏ。为平均 相对运动角速度误差，０９ ＣＯ 为火控系统对相 对运动角速度的采样值，ｔｏｂｙ．ｃｏｅｆ为弹丸飞行期 内目标相对火炮发射位置的运动角速度。 ２３ 船电技术Ｉ应用研究 △ ∑一ｉ＝０ Ｔ一 Ｊｉ／ ） （６） △ 一 一 午一半∽ ２．２误差仿真模型 误差仿真模型如图３所示，下面阐述主要模 型的建模思路。 图３射击提前量误差仿真流程图 ２．２．１目标机动模拟 敌我双方运动轨迹可分为直线和曲线两种；加速 方式可分为匀速（或静止）、匀加速、变加速三种。 无论哪种运动形式，在射击过程中双方的瞬间相 互位置关系如图４所示。图４中，ＯＸｇ 为地 面直角坐标系，以仿真开始时火炮所在位置为原 点０，０ 与火炮运动方向一致，ＯＸｇ 与水平面 平行；ｇｏ、Ｐ０为测距时刻敌我位置；慨、Ｐ，为发 射时刻敌我位置； 、 为命中时刻敌我位置； 为目标方位角； 为目标Ｓ形机动的航路角；ｒ 为目标Ｓ形机动的转弯半径；ａ垃为切向加速度； ａ 为法向加速度；Ｈ为炮目高程差； 、ｓ 为炮 目连线方位角、高低角。 、 为目标位置； 、 ｖ 为目标速度； 、 耀为目标加速度。目标具 体运动模型根据ａ辔和ａ 变化规律确定。 ２４ 、，ｏ１－３５ Ｎｏ．９ ２０１５．９ 图４敌我双方运动关系示意图 不失一般性，假设火炮及目标在不同高程的 平面内运动，采用曲线运动模型描述目标的运动 规律。在直角坐标系下，目标运动模型可以用二 阶连续状态方程表示： ０ １ ０ ０ ｘｇ ０ ０ ｎｘｇ ０ ０ ０ ０ ｖｘｇ Ｓｌｎ ＣＯＳ ＋ ｖ ｙｇ ０ ０ ０ １ Ｙｇ ０ ０ ａｙｇ ０ ０ ０ ０ Ｖｙｇ ＣＯＳ Ｓｌｎ （７） ２．２．２火控系统射击提前量解算模拟 依据目标机动模型产生出的目标状态参数， 计算目标距离及相对运动角速度。突击炮以固定 周期对目标相对运动角速度采样，假设某时刻目 标位置为 、 、 ，其速度为 、 、 ，火 炮位置为 、 ｇ、 ，其速度为 增、Ｖｐｙｇ、 镏， 此刻目标相对运动角速度为： Ｖｒｒ／Ｄ．］ （８） ［兰］＝Ｖｘｇ－Ｖｐｘｇ１・－－ＣＯＳｌｆ，麓 ｓ ｉｎｌｆｍ ０ ］ Ｄ＝√（ 一Ｘｐｇ） ＋（ 一Ｙｐｇ） ｚ 一Ｚｐｇ） （１０） 。Ｌ（Ｄｏ） （１ １） 、，０ｌ－３５ Ｎｏ．９ ２０１５．９ 睢进仿真时间；机动模型输出火炮、 目标位置及速度信息 火炮是否 ＼ 查 已发射？／／／ 根据目标当前位置以及发射时刻火炮 位置、速度计算炮目虚拟距离 、＼ 否发射？ ／ ＼一一 利用射袁采用折半法查找当前时刻至发射 时刻时间段对应的弹丸飞行距离Ｄ 上～～ ＩＤ 距离误差 Ｌ＜ 麓 图５射击提前量理论值求解流程图 由图５可知，随着仿真时间推进距离误差、 命中位置以及命中时间不断更新、记录着从发射 至当前时间段内目标虚拟距离与相应时间内弹丸 飞行距离误差最小时的相关参数，因此仿真结束 其数值最接近命中方程的真解。利用命中时目标 位置、发射时目标和火炮位置按式（３）计算出地 面坐标系下的射击提前量，将其向火炮视线坐标 系坐标变换后得到射击提前量的理论值△ 、△８ 。 ３仿真计算及结果分析 ３．１仿真条件 以国外某型主战坦克作为目标的仿真对象， 该型坦克最大时速７２ ｋｍ／ｈ，从静止加速至３２ ｋｍ／ｈ用时７ Ｓ，采用差速式转向系统可使车辆保 持连续的可控的规定转向半径。 火炮及目标运动所在平面高程差低于２００ ｍ，火炮在行进间射击时作匀速直线运动，速度 范围５ ｋｍ／ｈ＇－－＇２０ｋｍ／ｈ；目标实施ｓ形机动时转弯 半径范围１０ ＩＴＩ～２００ ｍ，速度范围５ ｋｍ／ｈ￣７２ ｋｒｎ／ｈ，加速度范围０ ｍ／ｓ ～３．０ ｒｒｄｓ ，航向角范围 为９０。～．９０。；射击距离范围５００ ｉｎ￣２５００ｍ；弹 种选择主备穿甲弹。 船电技术ｌ应用研究 ３．２仿真结果 下面分析目标机动模式、火炮机动模式、火 控反应时间、射击距离以及高程差等因素对射击 提前量误差及命中概率的影响。 ３．２．１目标作匀加速直线机动 取射击距离Ｄ０＝２０００ Ｉｎ，目标初速ｖＤ以２ ｍ／ｓ，加速度ａ，以０．５ ｍ／ｓ 为步长进行计算。计算 结果如图６所示，误差量随着加速度增加有明显 增加，当加速度ａ，盘 ＝２．５ ｍ／ｓ ，水平提前量误差最 大２．７４ ａｒｉｌ，垂直提前量误差最大为０．１４ ｍｉｌ。命 中概率随着航路角和目标初速在４４．８％～５４．６％ 范围内变化，当航路角为０。的运动目标加速度从 ０增至２．５ ｍ／ｓ ，命中概率从５２．６％下降至４５．０％。 水平提前量误差 图６目标作匀加速直线运动时水平提前量误差图 ３．２．２目标作匀加速Ｓ形机动 取射击距离Ｄｏ＝２０００ ｍ，加速度ａｔ＝２．５ ｒｒｄｓ２， 目标初速ｖ０以５ ｍ／ｓ，目标转弯半径 以１ ｍ为 步长进行计算。计算结果如图７所示，水平提前 量误差最大２１．２６ ｍｉｌ，垂直提前量误差最大为 １．０８ ｍｉｌ。命中概率随转弯半径、航路角和目标初 速在９．１％～５３．９％范围内变化，受加速度影响较 小。目标作小半径（＜２０ ｍ）Ｓ形机动时，当目标 航路角为Ｏ。时，命中概率较高，随着目标转弯半 径增大，最高命中概率的航路角将不断从０ｏ增加 至９０。。目标作变加速Ｓ形机动，射击提前量误 差及命中概率变化规律与目标作匀加速Ｓ形机动 相似。 乖商提前餐误弗 １・２ ０．８ ０．４ ０ ０－４ ０．８ 图７目标作匀加速Ｓ形机动时垂直提前量误差图 ４结论 （下转第２９页） ２５ Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．９ ２０１５．９ －｛ ６ ｎ ＾ Ｏ ● 砌 Ｉ１『－『ｆ… 一’．．．— 、 － 一 Ｖ ０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ＠转子Ｃ相输出电流波形 图５异步电动机定子电流仿真波形 ７ ｌ－ ０ ０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ｔ／ｓ 图６异步电动机转子转速仿真波形 ‘１。。 嗣 。 ０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ｔ｝Ｓ 图７异步电动机输出转矩仿真波形 参考文献： 【１】 唐介．电机与拖动【Ｍ］．高等教育出版社，２００７． ［２］ 彭鸿才．电机原理及拖动［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００１． ［３】 王锋，姜建国．风力发电机用Ｉ￣ＰＷＭ变换器的功率平 衡联合控制策略研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６， 船电技术Ｉ应用研究 ２．６【２）：１３４—１３９． 【４］ ，贾石峰．双馈风机中双ＰＷＭ变换器的协 制策略［Ｊ］．新特器件应用，２００９，１ １（１０）：２６—２９． ［５］ 苏临亚，黄俊．变频器用于异步电机应注意的设计施 工问题［Ｊ】．冶金动力，２００３，９８（４）：８１．８２． ［６】 刘永顺，李淑平．基于双ＰＷＭ技术的交流变频调速 系统［Ｊ］．继电器，２００３，３１（１０）：６３．６５． ［７］ 吴慰，黄炬，刘会河．三相交流异步电机控制系统仿真 ［Ｊ］．计算技术与自动化，２０１ １，３０（４）：６８．７２． ［８］ 荣军，李一鸣，万军华．三相异步电动机三种起动方 式的比较研究［Ｊ］．湖南理工学院学报（自然科学版， ２叭５，２８（１）：５０—５４． （上接第２５页） 通过分析仿真结果，本文主要结论如下： １）比较对不同机动模式目标的射击效果，作 Ｓ形机动目标射击提前量误差显著高于其他运动 形式，命中概率也下降剧烈； ２）目标作非Ｓ形机动时，火炮与目标航路 夹角为９０时，命中概率较高； ３）目标作Ｓ形机动时，转弯半径小于２０ １１１ 时，火炮与目标航路夹角为０时，命中概率较高， 随着转弯半径增大，命中概率最高的航路角向．９０ 过渡。 参考文献： 【１］ 王钦钊等．兵工自动化【Ｊ］．基于高机动条件下的坦克 火控系统，２０１２，３１（３）：１９－２１． ［２］ 周启煌．数字式坦克火控系统基本原理［Ｍ】．北京： 兵器工业出版社。１９９１． ［３］ 王钦利等．火炮发射与控制学报［Ｊ］．稳像火控系统 误差研究，２００３，（１）：１６．１８． ［４】 寿少峻等．火力与指挥控制［Ｊ］．坦克观瞄系统的坐 标体系，２００６，（５）：３７—４０． ［５］ 李光辉等．计算机仿真［Ｊ］＿Ｍ１Ａ２坦克系统的机动性 仿真，２００１，（６）：４．．６ ．２９
