１基本功能和原理
１．１目前的状况早期的弹着点偏差测量方式，是在火炮对海射击时，采用对弹着点的水柱回波进行测量，并与射击目标进行比较，测算出弹着点水柱与射击目标方位和距离的偏差量，在偏差显示器上显示目标回波仿真图像和弹丸水柱回波仿真图像，提供弹着点的方位、距离偏差数据，供雷达偏差手对弹丸水柱回波与目标回波偏差进行观测和判断。该工作方式存在一定的局限性：１．弹着点偏差测量没有采用火炮闭环校射方式；２．弹着点偏差测量只能对海上目标实施偏差测量，没有火炮对空、岸（岛）目标校射的功能［３］；３．弹着点偏差测量是手工操作方式，操作时间相对较长。为了改善弹着点偏差测量的缺陷，提升偏差测量仪器的性能，有必要在技术上做改进。１．２系统组成弹着点偏差测量仪器主要由偏差测量机构和偏差显示系统两个部分组成。偏差测量机构由方位偏差传动机构、距离偏差传动机构、距离准线组件、方位准线组件、距离偏差显示器、方位偏差显示器和电源组件等部分组成。偏差显示器由示波器、方位末级放大器、距离末级放大器、高压整流器（６０００Ｖ）、变压器、方位扫描、辉亮和距离扫描等功能组件组成。偏差测量机构为机械传动数字显示。其系统流程框图如图１。１．３基本功能主要功能：能够提前预测弹着点与目标的偏差，计算出弹着点方位和距离偏差量，即时输送给指挥仪进行射击中的实时校正与修正，完成火炮外弹道的闭环校射。用距离偏差显示器、方位偏差显示器分别显示弹丸的距离、方位偏差数据。本设计包括数据采集与处理模块、弹道轨迹解算与预测模块和数字显示及存储模块，功能如下：１．获取雷达传来的目标、弹丸轨迹回波数据、环境气象和船只航速、航向实时数据；２．将弹丸数据、环境气象和航速等数据进行弹道轨迹的解算，预测弹着点，并将其与目标进行比较，计算出弹着点的偏差量；３．将解算出弹着点的方位、距离偏差量并用直观的数字显示出来，便于观察、分析和判断；４．将射击的弹丸轨迹数据存储起来，便于事后的分析和总结，为后续的研究提供的数据依据。
２设计方案
弹着点偏差测量改进技术，一方面维持基本工作状态和功能，提高弹着点偏差测量的精度，缩短弹着点偏差测量的时间；另一方面增加对空、对岸（岛）目标弹着点偏差测量的实用功能，实现火炮全方位的校射。实施方法：１．采用外弹道校射原理和算法，在炮弹出膛后，接收雷达回波信号，即时测得并显示飞行轨迹偏差的数据，缩短预测其落点的时间和火炮校准的绝对时间；２．采用高速计算机和ＤＳＰ功能模块，对仪器内部各个功能模块进行闭环控制和驱动，完成船载火炮的自动校射，提高射击精度；３．采用高分辩率加固液晶显示器，提供良好的人机界面［４］；４．增加具有图像和图形存储与回放的功能模块，可以将射击的弹丸落着点图像及数据存储起来，便于事后的回放、参考、分析和总结。２．１信号采集处理２．１．１弹丸飞行轨迹的获得利用雷达的回波信号，获取弹丸飞行轨迹信号，对弹丸实际飞行轨迹提前进行测量、解算，预测其落点，并将该弹丸落点与目标进行比较，获得出弹着点偏差，从而快速解算射击诸元的误差，反馈给指挥仪以快速调整后续弹丸发射参数，实现船载火炮的自动校射，提高射击精度并降低弹药消耗。火炮的自动校射方式如下图３。火炮的自动校射原理如下：１．在火炮射击过程中，利用现有雷达回波旁瓣，采集弹丸距离炮口２－３Ｋｍ内（弹道上升段）的飞行轨迹数据。２．利用弹道数学模型和数据处理技术，外推、解算该弹丸的后续飞行轨迹，提前预测弹丸落点。３．将预测的弹丸落点与射击目标位置进行比较，得出弹着点偏差，进而反解火炮射击诸元偏差，并实时将射击诸元偏差数据传送给火炮指挥仪，以实现对火炮下一次射击参数的实时、自动修正，实现火炮的智能校射。４．上述的预测飞行轨迹与射击目标位置，采用高分辨率液晶显示器和高速工控机控制显示，具有良好的人机界面，减轻指战员的工作强度。对弹丸轨迹数据的采集、处理、解算以及目标数据和舰船航速航向、环境气象的实时数据获取、处理，采用较为先进、可靠的高速工控机和ＤＳＰ功能模块。２．１．２信号采集及处理信号采集处理模块是弹着点偏差测量仪器的基础模块，目标回波时间、弹丸飞行轨迹实时数据、环境气象以及航速、航向等实时数据通过其采集和处理。信号采集处理流程如下图５所示。２．１．３弹丸轨迹回波数据采集处理［５］１．距离Ｌ通过对发射触发脉冲发射时刻开始计时，接收到弹丸回波时停止得到Δｔ，则Ｌ２＝ｃ×Δｔ／２（其中ｃ为光速）。２．方位角β的获取，是先对雷达波束进行编号，再通过弹丸回波信号的波束编号和目标雷达信号波束编号比较，从而获得方位角。其处理过程如下图６所示。２．２弹道解算的实现弹着点偏差测量仪器采用高速工控机（ＰＣ／１０４主板，主频１．６６ｇＨｚ）和ＴＩ公司的ＤＳＰ芯片ｔｍｓ３２０ｖｃ５５０９为硬件平台来实现信号的提取和弹道解算。其中，高速工控机完成弹丸坐标信息的提取与解算以及与雷达数据的传输，完成弹道解算过程，得到所需的炮口转角调整量。弹着点偏差测量仪器硬件设计的流程如图７所示。弹着点偏差测量是对雷达输入的目标信号、弹丸回波信号、发射触发脉冲和同步回波信号，进行处理，再送入高速工控机求解出弹丸以雷达为原点的坐标（ｘ、ｙ、ｚ）和弹丸距离。ＤＳＰ通过ＭｃＢＳＰ（多通道缓冲串行接口）与高速工控机接口通信，得到ｔ、ｘ、ｙ、ｚ等弹丸参数，进行自然坐标系转换后求解出火炮调整角度α并在液晶显示模块中显示。高速工控机和ＤＳＰ功能模块和液晶显示器，分别完成对弹丸飞行轨迹的实时数据进行采集、处理、解算、存储和显示。２．２．１弹丸轨迹解算预测弹丸轨迹解算、预测模块是本项目的核心，弹道数学模型的建立、弹道修正模型的建立和弹丸轨迹高数学模型建立，是通过本设计完成。弹丸轨迹模型流程如下图８所示。２．２．２弹道模型的建立弹道模型建立需考虑偏流和横风的影响。直角坐标系的弹丸质心运动方程：［６］２．２．３弹道修正模型的建立弹道修正模型见示意图９。２．２．４弹道高解算模型建立２．３软件设计２．３．１高速工控机软件设计高速工控机内部在初始化（记录障碍物的距离ｔ０）后开始接收外部目标信号，利用ＩＮＴ０（同步脉冲）触发计时器开始计时和复位，通过ＩＮＴ１（弹丸回波）取定时器时间再与设定好的距离时间ｔ０做比较，并存储符合条件的ｔ１；利用ＩＮＴ２（目标回波）取定时器时间ｔ２，与设定好的距离时间ｔ０做比较，然后保存符合条件的ｔ２。计数器对发射脉冲计数，当计数值大于给定值时，一次扫描结束，系统开始处理弹丸与目标回波，得到坐标信息。工控机处理流程如下图１３所示。２．３．２ＤＳＰ处理单元软件设计弹着点偏差测量仪器，ＤＳＰ处理单元提供下列两种求解方式。方式一：利用高速工控机提供的ｘ、ｙ、ｚ、ｔ和输入的环境因素解算弹道模型求出弹的初速度、射角和炮口转角；方式二：利用用户输入的初速和射角求解出炮口的转角。具体过程如下：１．系统初始化。２．用户根据需要设定求解方式，选择弹道解算模型。根据求解方式进行计算，具体解算流程如下图１４所示。
３结论
本文所述的弹着点偏差测量技术，是将接收到雷达传来的目标数据、弹丸轨迹回波数据、环境气象和船速、航向的实时数据，经过弹道轨迹解算、预测处理，将获的取弹丸数据、环境气象和航速数据进行弹道轨迹的解算，预测弹着点，并将其与目标进行比较，计算出弹着点的偏差量，完成自动校射的过程。此技术的研究不仅能够实现对海上目标，同时也对空、岸（岛）目标实施弹着点偏差测量，实现火炮全方位的校射。弹着点偏差测量仪器的改进研制，运用的都是目前先进、可靠的技术。实现火炮全方位的闭环校射，扩展火炮弹着点测量的使用范围、缩短了校射时间和提高射击精度，从原理上分析，是可行的。因此，可以预知，本文所做的研究对船只火炮的弹着点偏差测量技术提高，具有十分重要的作用。
作者：郑赛 顾适夷 范少池 单位：中国电子科技集团公司 重庆江陵仪器厂
