直瞄反坦克導(dǎo)彈火力轉(zhuǎn)移射擊問(wèn)題研究

姜增良，原樹(shù)興，邵云峰，汪子涵

（1.陸軍炮兵防空兵學(xué)院南京校區(qū)，南京 211132；2.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

直瞄反坦克導(dǎo)彈大多采用光學(xué)瞄準(zhǔn)目標(biāo)、電視（紅外）跟蹤導(dǎo)彈、自動(dòng)形成指令的制導(dǎo)方式，在導(dǎo)彈發(fā)射后的整個(gè)射擊過(guò)程中，需要射手將瞄準(zhǔn)鏡的十字線始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，直至命中。但在實(shí)際作戰(zhàn)使用中，常常由于發(fā)射陣地地形條件限制、導(dǎo)彈擊發(fā)后目標(biāo)出現(xiàn)變化、裝備自身射界不足等原因，會(huì)在發(fā)射前不直接將瞄準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，而是在擊發(fā)后將瞄準(zhǔn)點(diǎn)逐漸導(dǎo)引至目標(biāo)的射擊方式，通常稱為火力轉(zhuǎn)移射擊或者瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移射擊，這種方式也經(jīng)常被用來(lái)考核射手操縱技能和戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)變能力。

1 火力轉(zhuǎn)移射擊的應(yīng)用時(shí)機(jī)

1.1 發(fā)射陣地地形條件限制

直瞄反坦克導(dǎo)彈的彈道按時(shí)間先后可分為無(wú)控段、導(dǎo)入段和重合段；導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)，首先會(huì)進(jìn)入無(wú)控段飛行，導(dǎo)彈發(fā)射瞬間在預(yù)加指令的作用下會(huì)有初始彈道散布，在瞄準(zhǔn)線上方飛行，同時(shí)重力的作用會(huì)使導(dǎo)彈不斷向下，在進(jìn)入視場(chǎng)后會(huì)受控并沿瞄準(zhǔn)線飛行。如果彈道的無(wú)控段和導(dǎo)入段之間地勢(shì)較高，會(huì)增加導(dǎo)彈掉地的風(fēng)險(xiǎn)；這種情況下可以在發(fā)射前將瞄準(zhǔn)點(diǎn)瞄向無(wú)控段和導(dǎo)入段下方地勢(shì)有利處，待導(dǎo)彈穩(wěn)定導(dǎo)入后再將瞄準(zhǔn)點(diǎn)慢慢轉(zhuǎn)移至射擊目標(biāo)。

1.2 裝備方位射界范圍受限

采用導(dǎo)軌式發(fā)射的反坦克導(dǎo)彈，一旦導(dǎo)彈架設(shè)完畢后，導(dǎo)彈射向就基本固定，而射向與地面控制設(shè)備瞄準(zhǔn)線的偏差也不能出現(xiàn)較大超差，否則會(huì)影響到導(dǎo)彈進(jìn)入跟蹤視場(chǎng)；這對(duì)于突然出現(xiàn)在瞄準(zhǔn)光學(xué)視野范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，往往由于導(dǎo)彈射向的限制而不能將瞄準(zhǔn)線隨意移動(dòng)，容易喪失戰(zhàn)機(jī)；雖然部分型號(hào)導(dǎo)軌式發(fā)射的反坦克導(dǎo)彈采用了隨動(dòng)架來(lái)擴(kuò)大方位射界，但由于隨動(dòng)范圍的限制，也無(wú)法完全覆蓋視野范圍內(nèi)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。這種情況下，發(fā)射條件滿足時(shí)可以采用火力轉(zhuǎn)移射擊的方式，在發(fā)射后將瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)向目標(biāo)，彌補(bǔ)方位射界的限制。

1.3 攻擊目標(biāo)突然的變化

射手按下?lián)舭l(fā)按鈕后，導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中，如果預(yù)先瞄準(zhǔn)的目標(biāo)突然被摧毀，或者原來(lái)瞄準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)突然被障礙物遮擋，這種情況下需要射手快速將瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移至光學(xué)視場(chǎng)方位內(nèi)的可攻擊的其他目標(biāo)。

2 導(dǎo)引規(guī)律分析

直瞄反坦克導(dǎo)彈采用的三點(diǎn)法導(dǎo)引，其理想彈道就是把導(dǎo)彈看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，并使這個(gè)質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格地沿瞄準(zhǔn)線運(yùn)動(dòng)，軌跡［1］如圖1 所示。

圖1 三點(diǎn)法導(dǎo)引示意圖

這就是從發(fā)射制導(dǎo)站觀察，導(dǎo)彈飛離制導(dǎo)站時(shí)的速度。

以上3 式，就是描述三點(diǎn)導(dǎo)引法的3 個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式。根據(jù)這3 個(gè)式子，就可以得出描述導(dǎo)彈導(dǎo)引彈道的方程為：

在反坦克導(dǎo)彈飛行過(guò)程中，其速度方案設(shè)計(jì)會(huì)充分考慮各飛行段的具體情況，初始段、加速段、續(xù)航段速度會(huì)因此不同，通常會(huì)使用系統(tǒng)的平均飛行速度。

3 瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移射擊模型及應(yīng)用

3.1 理想飛行路程及時(shí)間

假如導(dǎo)彈速度V 為常數(shù)，對(duì)于單目標(biāo)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)作等速直線運(yùn)動(dòng)，如圖2 所示。圖中G1為目標(biāo)初始位置，G2為目標(biāo)命中時(shí)位置。θ 為初始瞄準(zhǔn)角，ψ為瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；θ'為命中時(shí)瞄準(zhǔn)角。

圖2 單目標(biāo)理想彈道

于是從發(fā)射導(dǎo)彈到命中目標(biāo)所需的時(shí)間為：

其中，K 為導(dǎo)彈與目標(biāo)的速度比，通常為常數(shù)，根據(jù)三點(diǎn)法典型彈道通用曲線圖，θ 和θ'這兩個(gè)角度都可以測(cè)得［3］。

3.2 瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)移射擊模型

典型的火力轉(zhuǎn)移射擊示意圖如圖3 所示，F(xiàn) 為發(fā)射陣地，G1為首目標(biāo)，G2為末目標(biāo)，Z1為瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)移開(kāi)始點(diǎn)，Z2為開(kāi)始重合位置，ψ 為首目標(biāo)與末目標(biāo)的夾角，L1為轉(zhuǎn)移起始點(diǎn)與發(fā)射點(diǎn)距離，L2為重合點(diǎn)相對(duì)于命中點(diǎn)在瞄準(zhǔn)線上的距離；L3為重合點(diǎn)與發(fā)射點(diǎn)距離。

圖3 火力轉(zhuǎn)移射擊示意圖

可得方程組：

其中，t 為導(dǎo)彈飛行時(shí)間，導(dǎo)彈的平均飛行速度為VM，ψ 為瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，ω 為導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)平均角速度。

該分析中首、末目標(biāo)均為靜止目標(biāo)，若G1為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，對(duì)火力轉(zhuǎn)移射擊無(wú)影響；若G2為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，式（7）的計(jì)算應(yīng)考慮目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度分量對(duì)瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)的影響；若其向F 或G1方向有運(yùn)動(dòng)分量，t 值會(huì)變小，相應(yīng)造成導(dǎo)彈重合段時(shí)間變小；反之，t 值變大，會(huì)影響到ψ 的變大，最終會(huì)使瞄準(zhǔn)線跟蹤角速度相應(yīng)變快。總之，若G2運(yùn)動(dòng)速度導(dǎo)致無(wú)法滿足最小重合時(shí)間的要求，或超過(guò)瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度最大值，將無(wú)法準(zhǔn)確命中目標(biāo)。

對(duì)于直瞄反坦克導(dǎo)彈，瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移射擊時(shí)命中與否往往受限于具體的發(fā)射條件；要想提高命中率，必須選擇好最小開(kāi)始轉(zhuǎn)移點(diǎn)；必須保證最小重合時(shí)間，瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度系統(tǒng)可以承受的范圍。對(duì)于不同類型的直瞄反坦克導(dǎo)彈系統(tǒng)，因?qū)椨行涑?、飛行速度、導(dǎo)彈開(kāi)始啟控時(shí)間不同，在作戰(zhàn)使用中可以依據(jù)式（7）、式（8）進(jìn)行定量計(jì)算。

3.3 實(shí)際應(yīng)用分析

3.3.1 射擊轉(zhuǎn)移開(kāi)始時(shí)間的確定

通常來(lái)說(shuō)，瞄準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)移時(shí)間受到導(dǎo)彈散布位置及啟控時(shí)間的影響，雖然ω 可以求得，但通常開(kāi)始轉(zhuǎn)移時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度會(huì)快一些，快接近重合新目標(biāo)時(shí)會(huì)慢一些；但ω 的值應(yīng)小于系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ωmax，否則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)彈飛出視場(chǎng)而失控；

如圖3 所示，轉(zhuǎn)移開(kāi)始時(shí)間可以用下式求得：

3.3.2 新目標(biāo)靶位的確定

在使用分隊(duì)實(shí)際訓(xùn)練中，為了考核射手的操控技能，通常采用雙靶的方式；待導(dǎo)彈穿過(guò)前面目標(biāo)靶后射手再進(jìn)行火力轉(zhuǎn)移，此時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)移距離L1已知，根據(jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)角度ψ 和重合時(shí)間的最小值tcmin，可以求出后面靶位設(shè)置的最小距離。

此時(shí)

只要滿足tc大于最小重合時(shí)間，則能計(jì)算出兩個(gè)目標(biāo)靶的間距。

上述分析都是在假設(shè)原目標(biāo)、新目標(biāo)均為靜止目標(biāo)的前提下推導(dǎo)的；若原目標(biāo)、新目標(biāo)為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，應(yīng)考慮因目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而引起的目標(biāo)瞄準(zhǔn)間夾角的變化等因素［16］，在計(jì)算轉(zhuǎn)移距離和轉(zhuǎn)移時(shí)間上應(yīng)考慮速度在導(dǎo)彈射向及其法線方向的分量。

圖4 雙靶火力轉(zhuǎn)移示意圖

3.4 仿真分析

根據(jù)式（9）分析r 和t 變量的關(guān)系。令t=0，根據(jù)不同的r0取值，獲得不同的C1取值。根據(jù)不同的C1，可得到圖5。

圖5 導(dǎo)引彈道仿真示意圖

4 結(jié)論

火力轉(zhuǎn)移射擊是采用三點(diǎn)法導(dǎo)引方式直瞄反坦克導(dǎo)彈的操控能力的延伸，使用人員可以依據(jù)裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求和火力轉(zhuǎn)移射擊模型，進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)機(jī)、轉(zhuǎn)移角度、靶標(biāo)距離的定量計(jì)算。在滿足裝備技術(shù)性能的前提下，其成功與否主要取決于射手的操控技能和對(duì)轉(zhuǎn)移射擊條件的判斷。近年來(lái)我們?cè)诓煌纳鋼舻赜蜻M(jìn)行了多次發(fā)射陣地條件限制和不同戰(zhàn)術(shù)背景下的瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)移射擊課目訓(xùn)練，均取得了較好的射擊效果，成為培養(yǎng)射擊人員操控能力的重要手段，并已在部分使用分隊(duì)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。