協(xié)同制導試驗中測控設備傳遞誤差計算與分析*

趙永鐵　王永杰

(92941部隊　葫蘆島　125001)

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協(xié)同制導試驗中測控設備傳遞誤差計算與分析*

趙永鐵王永杰

(92941部隊葫蘆島125001)

測控設備傳遞誤差計算和分析是防空導彈武器系統(tǒng)協(xié)同制導試驗中的重要工作，針對協(xié)同制導試驗的需要，為減少誤差的產(chǎn)生，建立了一種不需轉(zhuǎn)化為大地直角坐標的傳遞誤差計算方法及其轉(zhuǎn)化模型。對四種典型航路進行了傳遞誤差計算，并分析了其共同點和不同點，給出了協(xié)同制導試驗中有關測控設備傳遞誤差的建議。

協(xié)同制導試驗; 傳遞誤差; 坐標轉(zhuǎn)換

Class NumberTN95

1　引言

具有協(xié)同制導功能的防空導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)時，導彈武器系統(tǒng)在目標超視距或者協(xié)同探測設備具有更佳的觀測位置時，需要采用非本武器平臺的目標指示信息來引導導彈的發(fā)射。在此武器系統(tǒng)做協(xié)同制導功能鑒定時，也同樣需要將各測控設備的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送給防空導彈武器系統(tǒng)，防空導彈武器系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行時間對齊和坐標轉(zhuǎn)化后，作為目標指示信息來引導防空導彈攔截來襲目標[1～3]。而坐標轉(zhuǎn)換造成的傳遞誤差，其大小和變化直接關系到數(shù)據(jù)能否滿足協(xié)同制導試驗要求、測控設備可用性站點布設位置等工作，所以有必要將協(xié)同制導試驗中測控由坐標轉(zhuǎn)換造成的傳遞誤差進行分析，以利于后續(xù)試驗工作的計劃和安排。

2　測控設備傳遞誤差計算

2.1測量數(shù)據(jù)的時間統(tǒng)一

如果測量設備系統(tǒng)時間上不能夠統(tǒng)一，則會造成測量數(shù)據(jù)時空的不一致，誤差變得很大，甚至不能夠使用。由于在協(xié)同試驗中，測控設備一般都采用時間統(tǒng)一設備來授時，各設備的時間差距在μs級別。設目標速度為200m/s，30μs的時間誤差造成的距離誤差在0.006m，對于防空導彈武器系統(tǒng)來說，時間統(tǒng)一的影響基本可以忽略。

2.2測控設備傳遞誤差計算模型

傳遞誤差分為系統(tǒng)傳遞誤差和隨機傳遞誤差。系統(tǒng)傳遞誤差公式為[4]

式中f為測控設備測量的目標坐標轉(zhuǎn)換成導彈武器系統(tǒng)所用坐標的轉(zhuǎn)換公式。x1,x2,…,xn為各個直接測量誤差，y為系統(tǒng)傳遞誤差。

隨機傳遞誤差公式為

式中σx1,σx2,…,σxn為各個直接測量誤差的方差，σy為隨機傳遞誤差。

由于協(xié)同制導部分是為解決超視距制導問題，轉(zhuǎn)換公式涉及到大地曲率，一般采用大地坐標與站心坐標轉(zhuǎn)換的方法。轉(zhuǎn)化方法有很多，這里推導出一種作為傳遞誤差的計算方法，此方法不需要將坐標轉(zhuǎn)化為大地直角坐標，減少了轉(zhuǎn)換誤差?？稍O武器系統(tǒng)原點坐標A點(L0、B0、H0)，測控設備坐標B點(L1、B1、H1)，雷達測量目標坐標為(α1，e1，R1)。轉(zhuǎn)化步驟見圖1[5]。

圖1　坐標轉(zhuǎn)換步驟

具體模型為

1)首先需要將測控設備的測量數(shù)據(jù)從站心極坐標轉(zhuǎn)換為站心直角坐標，公式如下：

式中R1、e1、α1為目標距離測控設備斜距、俯仰和方位。x1、y1、z1為目標距離測控設備的北、天、東方向坐標。

則傳遞誤差公式為

2)其次將上式得到的x1、y1、z1進行坐標旋轉(zhuǎn)和坐標平移，轉(zhuǎn)換成以防空導彈武器系統(tǒng)為原點的直角坐標，可按下列公式進行計算[6～7]：

式中：x′、y′、z′是測控設備原點在以武器系統(tǒng)為原點的北天東坐標系中的坐標天、北和東坐標，測控設備一般布設于陸地上，如防空導彈武器系統(tǒng)需固定發(fā)射，或者武器系統(tǒng)載體則x′、y′、z′為一定值；θ為L1-L0。

3)最后將北天東坐標轉(zhuǎn)換為極坐標：

傳遞誤差為

3　協(xié)同制導試驗中典型航路傳遞誤差分析

3.1典型航路設計

通過上面的推導，傳遞誤差的測控設備測量誤差的影響涉及因素較多，因素之間互相制約，不便用解析式的方法進行解析。可采用典型航路的方法來分析傳遞誤差的影響，按照測控設備和導彈系統(tǒng)在航路一側還是兩側，以及不同的航路捷徑，分別計算傳遞誤差[8]。航路、測控設備和導彈武器系統(tǒng)如圖2所示，試驗參數(shù)如表1所示，其中武器系統(tǒng)設置點的經(jīng)度、緯度和高度均為已知[9～10]。

圖2　航路示意圖

航路序號航路相對測控設備和導彈武器位置相對導彈武器系統(tǒng)位置測控設備航路起始點航路退出點測控設備測量精度系統(tǒng)誤差隨機誤差航路捷徑1一側方位(°)15301700.0140.0145.7km俯仰(°)00.655.50.0140.014斜距(m)300006000010000532兩側方位(°)70301700.0140.0145.7km俯仰(°)-0.2020.655.50.0140.014斜距(m)600006000010000533一側方位(°)1530300.0140.0140km俯仰(°)00.6528.840.0140.014斜距(m)30000600002000534一側方位(°)1530300.020.020km俯仰(°)00.6528.840.020.02斜距(m)3000060000200053

3.2結果分析

四個典型航路的系統(tǒng)誤差和隨機傳遞誤差如圖3～6所示(單位為m和°，次坐標軸為斜距誤差)。

從圖可以看出：

1)傳遞誤差是一個動態(tài)的過程，不是一常數(shù)，且變化規(guī)律較復雜。

2)當航路不變時，誤差變化較相似，但誤差大小變化較大；當航路變化時，誤差變化較大。

3)當目標距離導彈武器系統(tǒng)較遠時，角度傳遞誤差很小，接近0°，斜距傳遞誤差較大；當目標距離導彈武器系統(tǒng)較近時，角度傳遞誤差變大，航捷點附近出現(xiàn)極值，斜距傳遞誤差在離航捷點有一定距離時出現(xiàn)極值，但不一定變小。

4)傳遞誤差在航捷點附近變化較大，一般會出現(xiàn)極值，但極值方向不定。

5)測控設備測控精度的變化導致傳遞誤差變化，精度高時傳遞誤差小，精度低時傳遞誤差大。

6)測控設備布設位置對傳遞誤差的幅度也有影響，如航路1和航路2，區(qū)別是測控設備位置的變化，但航路1的系統(tǒng)傳遞誤差較航路2大，而其隨機傳遞誤差較航路2小。

4　結語

不同試驗規(guī)劃的協(xié)同制導試驗中的測控設備傳遞誤差，因為測控設備測量誤差、站點設置和轉(zhuǎn)換方法的差異而不同，且目標在航線上每個位置的測量誤差經(jīng)轉(zhuǎn)化后的誤差也是有差異的，所以要針對具體的協(xié)同制導試驗要求而具體分析。在誤差大小滿足試驗要求的前提下，合理計劃航路，并安排測控設備的布設位置，使角度誤差和斜距誤差均較小。測控設備也要提高探測精度和作用范圍，以利于試驗航路設計。

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Transfer Errors Calculating and Analysis of Measurement and Control Equipment in Collaborative Guidance Test

ZHAO YongtieWANG Yongjie

(No. 92941 Troops of PLA, Huludao125001)

Transfer errors calculating and analysis of measurement and control equipment are important work of anti-defense missile weapon system collaborative guidance test. A transfer errors calculating method and whose transmission model which don’t need geodetic coordinate transformation is established for collaborative guidance test need and decrease error. Four typical air route transfer error are calculated, their common ground and differentia are analyzed. At the end, the measurement and control equipment transfer error advice is presented in collaborative guidance test.

collaborative guidance test, transfer error, coordinate transformation

2016年4月10日,

2016年5月30日

趙永鐵,男,工程師,研究方向：目標跟蹤與制導控制。王永杰,男,高級工程師，研究方向：導彈武器系統(tǒng)試驗。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.033