基于射击精度提高度的舰炮对海试射决策模型*

李进军，钱贵鑫，申战胜，钱 佳

（海军大连舰艇学院导弹与舰炮系，辽宁 大连 116018）

0 引言

舰炮对海射击过程中，由于射击准备过程中存在误差，通常首先对目标进行试探性射击，检验和修正射击准备的系统误差，之后提高射击火力密度，实施以破坏和毁灭目标为目的的效力射［1］。由于试射阶段火力密度相对较小，通过观测弹着水柱偏差后才能完成射击准备误差的检验和修正，在暴露本舰攻击企图后还需要消耗一定的时间，可能造成贻误战机导致陷入被动。实际海上作战过程中，由于对抗激烈、作战节奏快，指挥员在火力运用过程中将面临提高射击精度与把握作战时机的两难决策问题。本文依据舰炮对海射击的特点和要求，对基于射击精度提高度的舰炮对海试射决策模型开展研究。

1 试射决策问题

在实际对海作战过程中，指挥员既可以对目标进行试射后转入效力射，也可以不进行试射对目标直接效力射。是否进行试射需要综合考虑作战效果、战术运用、打击效果和反应时间等多方面需求，其中，需要考虑的最主要因素就是试射是否能够有效提高后续射击的精度。

1.1 试射适宜性决策依据

根据舰炮射击理论，射击精度可以用第1 组齐射落水时中央弹道点相对目标分布的距离和方向概率误差进行衡量［3］。在舰炮对海作战过程中，试射的基本目的是检验和修正对海射击准备中存在的系统误差以提高射击精度，通常试射对于射击精度的影响包括3 类情况：

一是通过试射后射击诸元精度提升显著，能够有效提高射击效果，此种情况下一般应该进行试射；二是试射前后射击诸元精度提升不大，对于射击效果影响不大，此种情况下不宜进行试射；三是试射后引入的随机误差大于试射前的误差，造成射击精度下降，此种情况下不能进行试射，而应组织直接效力射。

显然，可以通过分析试射前后射击精度的提高程度辅助指挥员完成试射决策。

1.2 试射适宜性的描述

2 舰炮初始射击精度

依据舰炮射击误差理论，射击准备结束后，对目标进行第1 次齐射时，通常用弹着水柱的平均位置替代中央弹着点，通过分析中央弹着点相对目标的分布概率误差描述射击精度。火控系统工作方式不同时，概率误差的误差源和属性不同，不失一般性，可以以测量距离方向法试射为例进行分析，此时火控系统采用“按观测诸元”工作模式。

因此，第1 组齐射中央弹道点相对目标分布概率误差源包括弹道气象准备误差、观测设备误差、目标运动参数确定误差和火控解算误差等，这些误差均为服从正态分布的随机过程，且相互之间可认为是不相关的［3］。因此，第1 组齐射中央弹道点相对目标分布的概率误差可表述为：

2.1 弹道气象准备误差

主要由装订弹道气象条件与真实条件之间的偏差引起，包括确定初速偏差的误差、确定空气密度的误差和确定风的误差，弹道气象准备误差的距离概率误差Edzb和方向上的概率误差Efzb［4］如下：

2.2 观测设备测量误差

主要包括测量目标现在点坐标的误差，对于海上目标而言，主要是目标距离误差和目标方位误差。不考虑操作人员训练水平的差异性，则观测设备对目标现在点测量误差引起的距离和方向概率误差为［3］：

2.3 目标运动参数确定误差

即火控系统确定目标速度向量与目标运动真实参数之间的偏差，包括目标速度误差和目标舷角误差，目标速度向量误差将在提前点引起目标运动提前量误差，在“按观测诸元”工作方式下，该误差的概率误差［3］为：

其中，tf为当前射击距离对应的弹丸飞行时间，可以从火炮基本射表查取，EVm、EQm为火控系统确定目标速度和舷角误差的概率误差，一般可取值为：

2.4 火控系统解算误差

火控系统在计算射击诸元的过程中由于结构、原理、计算和传导等原因，将导致计算的方向瞄准角和高低瞄准角存在误差，火控系统解算引起的距离和方向概率误差［3］为：

3 试射后射击精度

测量距离方向法试射，通常是通过对目标多次齐射，以齐射平均落点替代中央弹道点，测量其相对目标的方向和距离偏差，转换为射击时刻解算目标提前点的方向和距离偏差作为弹道气象误差进行修正，试射结束后即可转入效力射。

试射后效力射的第1 组齐射中央弹道点相对目标分布概率误差组成发生了变化，主要由中央弹道点替代误差、偏差测量误差、观测设备误差、目标运动参数确定误差和火控解算误差等组成［5-7］，因此，试射后的射击精度可以表述为：

其中，Edgc、Efgc、Edvm、Efvm、Edjs、Efjs的含义和大小与试射之前相同，Edxz、Efxz为弹道气象准备误差的修正误差，反映了修正不准确所引入的新误差。修正误差主要由替代误差、观测设备测量误差、偏差测量误差、火控系统解算误差组成。其中观测设备误差和火控系统解算误差同上。

3.1 平均弹着点代替中央弹道点的误差

对目标进行第1 次齐射时，通常用弹着水柱的平均位置替代中央弹着点，通过分析中央弹着点相对目标的分布概率误差描述射击精度［8］。因此，

其中，Cd、Cf为单炮散布经验修正系数，取值范围为（1.1～1.3），Ed0、Ef0为火炮基本射表中提供的距离和方向散布概率误差（线量），也称为射表散布概率误差，可以根据射击距离查取。Eφm、Eβm为舰炮随动系统高低瞄准角和方向瞄准角的概率误差，一般可取值Eφm=Eβm=0.5 mil～2 mil。

3.2 偏差测量误差

偏差测量误差主要是测量水柱平均位置所产生的方向和距离误差，可分别表示为E△d、Eβ，由于射击观测和火控解算方式不同，考虑到目标水柱距离远小于射击距离，可以确定偏差测量误差如下：

4 试射决策模型

4.1 射击精度提高度

依据测量距离方向法试射的原理，通过试射修正的是弹道气象准备误差，显然，最理想的结果是完全修正弹道气象准备误差且不引入新的误差，则试射修正后目标分布的概率误差为：

由于舰炮射击过程中，距离和方向概率误差可以认为是相互独立的，因此，可以依据试射后射击精度的变化，构造出描述射击精度提高程度函数如下：

4.2 试射适宜性判断模型

5 仿真结果及分析

以某型中口径舰炮为例对试射决策模型进行仿真计算，各概率误差的取值依照0-1 均匀分布随机取值，并通过多次抽样计算求取平均值。对仿真结果分析如下。

5.1 不同射击距离仿真结果分析

仿真条件如下：目标速度18 kn，目标舷角45°，射击准备中采用测速雷达测量初速差；舰艇实测气温气压和真风；试射为雷达通道观测，齐射火炮门数2 门，齐射次数2 次，测量目标与水柱平均偏差完成修正。对不同射击距离进行仿真计算，列举部分仿真结果如表1 所示，表中距离单位均为m，uT～（u）无量纲，不试射比例为仿真过程中uT～（u）=0 的情况所占百分比。

表1 不同射击距离仿真结果

仿真计算结果表明，在设定的计算想定条件下：

1）射击距离5 000 m 以内时，不能进行试射。主要原因是由于射击距离近，弹丸飞行时间短，弹道气象准备条件引起的概率误差小于试射修正不精确引入的概率误差，因此，不能进行试射。

2）射击距离6 000 m 以上时，由于弹丸飞行时间增大，弹道气象准备条件引起的误差较大。根据误差组成大小的比较，距离概率误差主要由弹道气象准备误差引起，方向概率误差主要由弹道气象准备误差和目标参数确定误差引起，通过试射可以有效减小，且射击距离越大，修正效果越明显。

5.2 不同射击条件仿真结果分析

仿真条件如下：

1）射击准备等级分为高、低两种，高准备等级对应测速雷达测量初速差、间隔2 h 通报气象参数；低准备等级对应舰艇实测初速和气象参数；

2）射击观测分为雷达通道、光电通道；

其他仿真条件同上。对不同组合对应情况进行仿真计算，仿真结果如下页表2 和表3 所示。

仿真结果表明：

1）从表2 数据分析可以看出，在射击准备精度较高的情况下，由于弹道气象准备误差较小，射击距离在7 000 m 之内，均不能进行试射；在较低射击准备精度条件下，射击距离在4 000 m 之内，不能进行试射；表明射击准备水平对于试射决策具有较大的影响。

表2 高射击准备等级仿真结果

表3 低射击准备等级仿真结果

2）射击观测器材不同，引入的观测误差大小不同，试射偏差测量的精度也不同。从表2 和表3 数据对比可以看出，在给定的数据条件下，由于观测跟踪器材测距和测向的精度均比较高，雷达通道和光电通道方式下的仿真计算结果十分接近，表明此时火力通道对于试射决策几乎不产生影响。

6 结论

结合舰炮对海作战特点和要求，围绕试射决策需求，本文构建了基于射击精度提高度的试射决策模型，依据试射适宜性模糊集合隶属度函数，定量给出试射适宜性的判断依据，模型仿真计算结果与武器实际使用要求和相关研究结论一致，验证了模型的科学性和正确性。研究成果可以为射击指挥员人工指挥决策和水面舰艇作战指挥决策软件的研究和改进提供参考。