舰载武器系统效能分析
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2.6 试射后的射击诸元误差

舰炮武器系统对海上目标射击的特点是:海上目标运动速度较慢,系统射击时间较长。在射击准备后,如果在射击准备误差比较大时,系统就对目标猛烈开火,必然会使射击效果较差。为此,在对海射击过程中,一般都从试射开始,分试射和效力射两个阶段。

射击准备是从受领战斗任务开始到第一次炮响为止的过程,射击准备的目的是提高射击精度,分为预先准备和最后准备阶段。预先准备主要是进行弹道和气象条件的准备,包括合理分配弹药、求取初速偏差、气温气压修正、装订真风向和风速等。最后准备阶段所做的工作:进行目标指示、确定观测方式、确定射击校正方法、确定弹种和引信、下达冷膛修正和装弹命令、进行试射等。

试射就是试探性的射击。其目的是通过对开始几次齐射弹着的观测,修正开始射击诸元中的部分误差,即可校射误差部分,以减小射击误差,使得转入火力猛烈的效力射后,对目标取得较好的射击效果。

效力射是指:为直接取得毁伤、压制、破坏目标和妨碍目标行动,在较短时间内,以猛烈的炮火对目标实施的射击。

舰炮武器系统对海射击,通常采用两种试射方法:测量偏差法、测量距离和方向法试射。在使用光学或光电观测设备射击时,还可使用“观测弹着符号法”的试射方法。

在舰炮武器系统作战使用中,除了两种射击方法外,还有两种备用射击方式:梯次射,在指挥仪故障或炮瞄雷达受到干扰时采用;散布射,按指挥员命令使用。

2.6.1 测量偏差法试射

测量偏差法试射是在试射的齐射弹丸落水瞬间,直接测定弹着水柱相对目标在距离和方向上的偏差量,然后系统以相反的符号进行射击修正,即可转入效力射。

测量偏差法适用于目标固定或做稳定的等速直线运动的情况。当目标做稳定运动时,指挥仪为“速度自动”工作方式。所谓“速度自动”方式是指,目标现在点坐标使用滤波值,速度采用自动工作前的平滑速度(滤波值)。

现在,来分析测量偏差法试射后的射击误差。由于第一组和第二组误差对每次齐射都是随机发生的,它们是不能够修正的。因此,试射后的齐射必然仍有第一组和第二组误差。下面分析试射后的第三组误差将发生什么变化。

在试射中,属于第三组误差的有射击诸元误差中的弹道气象准备误差,此外还有确定目标运动参数误差,因为指挥仪工作方式为“速度自动”时,是以其确定的目标速度向量作为自动工作期间的目标速度向量,它是固定不变的,其误差必然是强相关、重复的。试射的目的是要消除第三组误差,如果采取试射时测定的偏差量作为修正量,此修正量又正好是原来第三组误差的数值,从理论上讲第三组误差将被消除掉,而实际的修正量是会有误差的,这个含有误差的修正量又被装订到指挥仪上,它将重复地影响以后的射击,因此,修正量的误差也就成为试射后的第三组误差了。所以试射前后,第三组误差将发生变化。

舰炮武器系统采用雷达观测,进行测量偏差法试射,是要测量试射水柱相对目标的距离和方向偏差量,目的是求取平均弹道偏差值,以便进行修正,但观测到的只是水柱位置,而不是平均弹道位置,在以水柱位置的偏差量或平均水柱位置的偏差量代替平均弹道的偏差量时,必然存在误差,它包括以下几部分。

2.6.1.1 以水柱代替平均弹道的偏差

若以单个水柱代替平均弹道,此误差就是舰炮散布,其概率误差为img

若以平均水柱代替平均弹道,设有K门舰炮进行试射,即有K个水柱,得平均水柱的概率误差如下:

img

(2.6.1)

img

(2.6.2)

式中 img——平均水柱在距离、方向上的概率误差。

由式(2.6.1)、式(2.6.2)可以看出,舰炮齐射门数越多,img值就越小。表2.6.1给出了平均水柱概率误差img(或img)的减小倍数与试射时的舰炮齐射门数K的对应值。由表2.6.1可知,K值在4以上,其误差减小不明显,又因K值大时,水柱多,观测时取平均值较难。因此,一般以2~4门舰炮试射为宜。

表2.6.1 舰炮齐射门数对平均水柱误差的影响

img

2.6.1.2 测量偏差量的误差

雷达测量偏差量时,是通过分别测量目标和水柱的位置而得到的。所以偏差量的误差包括雷达测量目标和水柱位置两部分误差,这两部分误差均为雷达测量误差img,故测距偏差量的误差img

img

(2.6.3)

测量方向偏差量的误差img

img

(2.6.4)

在计算测量偏差时,没有考虑观测滞后误差。实际上,从弹丸落水到水柱出现并被测定需要2~3s时间,而这期间目标已经离开了弹丸落水时的位置。新的火控系统校正算法中,已经考虑了这种误差的修正。读者可根据目标运动速度、航向和射距自行研究滞后修正量的大小。

2.6.1.3 第二组误差引起的误差

因为可以修正的偏差量是由第三组误差引起的平均弹道偏差量,如图2.6.1中的img。但在实际射击中,平均弹道偏差量是由第二组误差和第三组误差共同形成的,如图2.6.1中的img,即实际测量的偏差值是以img作为依据的。因此,把img作为img来修正就存在着第二组误差img的影响。

img

图2.6.1 三组误差对射弹的影响

综合以上三部分误差,即得测量偏差法试射后的修正量误差。设试射一次的距离上修正量的误差为img,有

img

(2.6.5)

若取img次齐射修正量的平均值作为修正量,则有

img

(2.6.6)

同理,方向上修正量的误差为

img

(2.6.7)

归纳起来,在目标做稳定运动,系统观测方式为雷达观测,指挥仪采用“速度自动”工作方式时,测量偏差法试射前后的射击误差分组见表2.6.2。

表2.6.2 测量偏差法试射前后的射击误差分组

img

【例2.2 一座双管中口径舰炮对海上直航运动目标射击,系统采用“雷达观测”和“速度自动”工作方式,已知射击距离img10974m(60Lp),img60°,img30kn,imgmil,imgimgimgm/s,imgm,imgmil,imgmil,imgkn,img2°,系统按测量偏差法试射,齐射3次,求试射前后的射击误差。

解:在例2.1中,根据射距img,在射表中查得散布诸元和有关修正诸元,求得

img

根据式(2.4.32)、式(2.4.34),计算可得

img

根据式(2.4.30)、式(2.4.31),可求得img

因为

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img
img

又根据img,在射表中查得

img

所以

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按照射击误差的相关性、重复性进行误差分组,见表2.6.2。

(1)试射前(射击准备后)的射击误差。

第一组误差:

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第二组误差:

img
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第三组误差:

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(2)试射后的射击误差。

第一组误差、第二组误差与试射前相同。第三组误差根据式(2.6.6)、式(2.6.7)求得。

因为imgimg,所以

img
img

通过此例可以看出:试射后第三组误差减小了,特别是在距离上减小更多,说明了通过试射可以提高射击精度。

2.6.2 测量距离和方向法试射

测量距离和方向法试射是舰炮武器系统比较常用的一种试射方法,它可适用于对不稳定运动目标的试射。当目标做不稳定运动时,指挥仪通常采用“按观测诸元”工作方式,此时仅有弹道气象修正量误差属于第三组误差。测量距离和方向法试射的实质就是要修正弹道气象修正量误差。

测量距离和方向法试射可以直接对实际目标实施,也可对虚设的试射点实施。

直接对实际目标试射时,系统在测定目标现在坐标和敌速向量后,转入“全自动”工作方式,在试射弹丸落水后,测定齐射平均水柱的距离、舷角与目标自动距离、自动舷角之差,这两个偏差量就是弹道气象修正量在距离和方向上的误差。

对虚设的试射点试射,是预先设定一个虚设点为假想目标,将它的坐标装入指挥仪,同时装订敌速向量等于己舰速度向量,然后指挥仪转入“全自动”工作方式。消除弹道气象修正量误差的方法是所取的修正量为平均水柱与虚设点的距离、方向之偏差。为此,让雷达荧光屏中心始终代表相应的虚设点位置,出现弹着水柱后,即可测得偏差值。

战术上测量距离和方向法试射,一般在发现目标之前进行。通过试射修正了弹道气象修正量误差。在发现目标后就可转入效力射,提高了射击的突然性、及时性。这要求虚设点与将来目标出现的位置相差不能太大,否则带来较大误差,影响射击的准确性。通常要求距离不超过10Lp、方位不超过20°,从结束试射到转向对目标射击的间隔时间不超过2h。

无论是对实际目标,还是对虚设点实施试射后,都要将测得的平均水柱相对目标或虚设点的距离、方向偏差量,作为消除弹道气象修正量误差的修正量装订到指挥仪上。

修正量误差的分析方法与测量偏差法类似,包括以平均水柱代替平均弹道的误差,测量偏差量的误差,第二组误差引起的误差。

(1)以平均水柱代替平均弹道的误差:

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(2.6.8)

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(2.6.9)

(2)测量偏差量的误差。

由于对实际目标实施试射时,目标位置参数是自动推算得到的,对虚设点实施试射时,目标位置参数是装订的,都不存在目标位置测量误差,只有雷达观测平均水柱位置存在测量误差imgimg

注意,这里也应考虑形成水柱所造成的滞后误差。

(3)第二组误差引起的误差。

在试射中,由于指挥仪采用“全自动”工作方式,故在第二组误差中不存在测量目标位置和确定目标运动参数误差,只有指挥仪计算误差imgimg

综合上述三部分误差,即得测量距离和方向法试射后,系统射击误差中的第三组误差。该误差在距离、方向上的误差分别为imgimg,有

img

(2.6.10)

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(2.6.11)

归纳起来,在目标做不稳定运动,系统观测方式为“雷达观测”,指挥仪采用“按观测诸元”工作方式时,测量距离和方向法试射前后的射击误差分组见表2.6.3。

表2.6.3 测量距离和方向法试射前后的射击误差分组

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