艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)可實施性分析*

周錦鋒

（海裝駐上海地區(qū)第二軍事代表室 上海 200129）

1 引言

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)零位一致性是決定艦載武器系統(tǒng)射擊精度的重要因素[1]。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)工作（零位標(biāo)校）是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程[2]，貫穿于艦艇的設(shè)計、制造和服役全壽命周期?！白鲬?zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)”（GJB1233A-2008《艦船系統(tǒng)對準(zhǔn)要求》）定義為“各系統(tǒng)（設(shè)備）同一姿態(tài)角信息的機械零位及電氣零位在甲板坐標(biāo)系內(nèi)取齊的過程”[3]，即作戰(zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)是將全艦探測器、跟蹤器、武器系統(tǒng)、導(dǎo)航等系統(tǒng)和設(shè)備的機械零位和電氣零位統(tǒng)一于一個基準(zhǔn)，保證作戰(zhàn)系統(tǒng)零位的一致性[4]。本文主要探討新造艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)工作。

2 目前國內(nèi)外作戰(zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)的方法及存在的問題

作戰(zhàn)系統(tǒng)零位一致性是決定武器系統(tǒng)射擊精度的重要因素。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)工作就是在艦艇各系統(tǒng)及設(shè)備在機械零位一致的情況下對各系統(tǒng)及設(shè)備的電氣零位進行一致性對準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外對作戰(zhàn)系統(tǒng)機械零位的對準(zhǔn)方法[5]基本一致，即在系統(tǒng)和設(shè)備的安裝過程中，通過嚴(yán)格把控系統(tǒng)和設(shè)備安裝的水平度和首尾線對準(zhǔn)等要求來滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)機械零位的一致性。作戰(zhàn)系統(tǒng)電氣零位的對準(zhǔn)主要是通過數(shù)字或模擬量修正，調(diào)整傳感器和武器的電氣零位，以滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)電氣零位一致性的要求，電氣零位主要包括角度零位（舷角和仰角）和距離零位兩部分[6]。目前，國內(nèi)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)對準(zhǔn)的方法主要是瞄星法和互瞄法[7]，均為靜態(tài)的零位標(biāo)校方法。國外主要采用對多個方向進入的移動目標(biāo)進行動態(tài)零位精度標(biāo)校的方法。

2.1 瞄星法

瞄星法（結(jié)合有源標(biāo)標(biāo)定法[8～9]）主要在艦艇系泊狀態(tài)下組織實施。艦船在系泊狀態(tài)下，采用電子有源標(biāo)，并以GPS為真值實施對警戒搜索雷達的舷角和距離精度標(biāo)校以及對跟蹤傳感器的距離精度標(biāo)校。通過瞄星法實施對跟蹤傳感器光軸（出廠前已完成光電匹配校正）的舷角、仰角精度標(biāo)校以及武器的舷角、仰角精度標(biāo)校。甲板經(jīng)緯儀是一種測量某一目標(biāo)點相對于經(jīng)緯儀所設(shè)定的平面和零位中線的仰角和舷角真值的精密儀器設(shè)備[7]。瞄星時，甲板經(jīng)緯儀以及各設(shè)備水平零位在相互平行的平面上（各平面與艦艇基準(zhǔn)平臺平面平行），且舷角零位與艦艏艉線平行。因為被測目標(biāo)星體的距離相對于甲板經(jīng)緯儀與設(shè)備之間的距離可以近似認(rèn)為無窮遠，所以甲板經(jīng)緯儀與設(shè)備觀察星體的視線相互平行，甲板經(jīng)緯儀觀測星體的舷角和仰角測量值理論上就是各設(shè)備對星體的舷角和仰角的真值[7]。

圖1 瞄星法示意圖

瞄星法為一個方向位置的靜態(tài)精度標(biāo)校。在該方位上，瞄星法具有對準(zhǔn)精度高，實施較為簡單等優(yōu)點。但目前甲板經(jīng)緯儀沒有在過程中使用，一般使用大地經(jīng)緯儀，測量精度得不到保證[10]；該方法需要通過甲板經(jīng)緯儀一次對準(zhǔn)，直接觀測星體，故受氣象條件影響較大[7]；隨著時代的發(fā)展，滿足條件的碼頭周圍光污染越來越嚴(yán)重，對星體的觀測也越來越困難；影響瞄星法精度的主要因素為經(jīng)緯儀人工架設(shè)的誤差以及各設(shè)備人工瞄準(zhǔn)的誤差，某些艦船由于設(shè)備較多，需幾個晚上才能標(biāo)校完成，經(jīng)緯儀就會存在多次人工架設(shè)誤差。

2.2 互瞄法

互瞄法（結(jié)合有源標(biāo)標(biāo)定法）：主要在艦艇半坐墩狀態(tài)下組織實施。艦船在系泊狀態(tài)下，采用電子有源標(biāo)，并以GPS為真值實施對傳感器的距離精度標(biāo)校。通過互瞄法實施對跟蹤傳感器光軸（出廠前已完成光電匹配校正）的舷角、仰角精度標(biāo)校以及武器的舷角、仰角精度標(biāo)校。該方法通過架設(shè)在艦上的經(jīng)緯儀與架設(shè)在岸上的經(jīng)緯儀互相瞄準(zhǔn)，達到兩者光軸重合，岸上經(jīng)緯儀測量出的各設(shè)備的舷角和仰角作為真值，各設(shè)備測量出岸上經(jīng)緯儀的舷角和仰角，與真值比較進行修正[7]。測量時，需要岸上經(jīng)緯儀水平零位與艦上經(jīng)緯儀及各設(shè)備的水平零位在相互平行的平面上，且岸上經(jīng)緯儀舷角零位與艦艏艉線平行。測量時，需要將大地坐標(biāo)系內(nèi)岸上經(jīng)緯儀測量的舷角和仰角真值轉(zhuǎn)化為艦艇甲板坐標(biāo)系的舷角和仰角真值。

圖2 互瞄法示意圖

互瞄法為一個方向位置的靜態(tài)精度標(biāo)校。互瞄法是由瞄星法發(fā)展、演變而來的一種方法。在瞄星過程中經(jīng)緯儀需要一次對準(zhǔn)，互瞄法則需要兩個經(jīng)緯儀對準(zhǔn)，所以從理論上來說，互瞄法最大誤差系數(shù)比瞄星法誤差系數(shù)增加了一倍左右[7]?；ッ榉ú僮鬟^程較為復(fù)雜，在實施的過程中人為誤差因素較多。由于一部經(jīng)緯儀架設(shè)在岸上，一部經(jīng)緯儀架設(shè)在艦船上，涉及到兩個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，所以對艦船的整個過程姿態(tài)要求比較高，艦船必須在船塢半坐墩狀態(tài)，且相對于大地的水平姿態(tài)要求比較高。

2.3 國外某三坐標(biāo)雷達零位精度對準(zhǔn)方法

國外某艦艇航行試驗時某三坐標(biāo)雷達進行了動態(tài)零位精度對準(zhǔn)，內(nèi)容涉及對空的精度標(biāo)定和對海的精度測試。

該雷達對空精度標(biāo)定方法：空中目標(biāo)（飛機，目標(biāo)高度3000～5000m）從相對試驗艦四個不同特征方向（0°、90°、180°、270°）進入，該雷達以警戒方式實時跟蹤并錄取目標(biāo)數(shù)據(jù)（距離、舷角、仰角），飛機攜帶的GPS和試驗艦配置的GPS同時實時記錄各自的坐標(biāo)位置等相關(guān)參數(shù)。待四次進入完成后以兩個GPS數(shù)據(jù)為真值分析、比對雷達錄取的目標(biāo)數(shù)據(jù)（距離、舷角、仰角），如其平均差值大于精度值，則修正后重復(fù)進入標(biāo)校。標(biāo)校前為保證數(shù)據(jù)的有效性需將GPS和雷達進行對時，保證時間軸統(tǒng)一。判別合格的標(biāo)準(zhǔn)為四個不同方向進入的目標(biāo)參數(shù)平均差值不大于指標(biāo)值。

該雷達對海的精度測試方法：待對空的精度標(biāo)定完成并合格后，以較小目標(biāo)的配試船直線由遠至近航行約10km，以GPS為真值驗證雷達精度（舷角、距離）是否滿足指標(biāo)要求。

圖3 對空動態(tài)零位標(biāo)校示意圖

對比該型雷達與國內(nèi)各型傳感器，其距離精度略高于國內(nèi)各型傳感器的指標(biāo)要求，舷角和仰角精度要高于國內(nèi)警戒傳感器的精度要求，但略小于跟蹤傳感器以及武器的精度要求。

3 一種艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)的思路和方案

3.1 艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)的思路

瞄星法和互瞄法均為一個方向位置的靜態(tài)精度對準(zhǔn)，武器系統(tǒng)的有效打擊范圍一般是跟蹤傳感器的視界和武器自身射界的公共區(qū)域，而不只是一個特定方位，一個方向位置的精度對準(zhǔn)存在一定的不確定因素。靜態(tài)下的武器系統(tǒng)零位一致性對準(zhǔn)（瞄星法和互瞄法）只是在方位的某一點完成了傳感器和武器各自零位的精度對準(zhǔn)，而武器使用所需要的是動態(tài)下的系統(tǒng)精度一致性，該工作一般都是艦艇交付后由專業(yè)人員在武器射擊精度試驗前通過動態(tài)零飛來完成。國外某三坐標(biāo)雷達零位精度標(biāo)校的方法其精度不滿足跟蹤傳感器以及武器的精度要求。

為了解決以上幾種方法存在的問題，使新造艦艇交付后即具備更高的作戰(zhàn)系統(tǒng)零位精度，更好地滿足武器系統(tǒng)實際使用過程中所需要的動態(tài)系統(tǒng)精度一致性，提出了一種艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)的思路[11]。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)在完成傳感器（警戒和跟蹤傳感器）動態(tài)零位精度對準(zhǔn)的前提下，協(xié)調(diào)武器完成動態(tài)精度一致性的對準(zhǔn)，該方法一定程度上完成了動態(tài)下的系統(tǒng)精度一致性校正，更貼近武器實際使用狀態(tài)。

3.2 艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)的方案

1）機械零位對準(zhǔn)：機械零位對準(zhǔn)的方法與瞄星法和互瞄法一樣，即對基座的制造、船體中心線、基座定位、基座船臺加工進行嚴(yán)格控制，在系統(tǒng)和設(shè)備的安裝過程中，通過嚴(yán)格把控系統(tǒng)和設(shè)備安裝的水平度和首尾線對準(zhǔn)等要求來滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)機械零位的一致性。要求設(shè)備水平度和首尾線對準(zhǔn)測試合格。

2）傳感器（警戒和跟蹤傳感器）電氣零位對準(zhǔn)：采用四個不同特征方向（0°、90°、180°、270°）移動目標(biāo)（無人機）進入的動態(tài)零位精度標(biāo)校的方法。無人機從相對試驗艦四個不同特征方向（0°、90°、180°、270°）進入，傳感器實時跟蹤并錄取目標(biāo)數(shù)據(jù)（距離、舷角、仰角），飛機攜帶的BDS和試驗艦配置的BDS同時實時記錄各自的坐標(biāo)位置等相關(guān)參數(shù)。待四次進入完成后以兩個BDS數(shù)據(jù)為真值分析、比對傳感器錄取的目標(biāo)數(shù)據(jù)（距離、舷角、仰角），如其平均差值大于精度值，則修正后重復(fù)進入標(biāo)校。標(biāo)校前為保證數(shù)據(jù)的有效性需將BDS和傳感器進行對時，保證時間軸統(tǒng)一。判別合格的標(biāo)準(zhǔn)為四個不同方向進入的目標(biāo)參數(shù)平均差值不大于指標(biāo)值。動態(tài)零位標(biāo)校示意圖見圖4。

圖4 艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)示意圖

3）武器電氣零位對準(zhǔn)：以系統(tǒng)為單位采用動態(tài)零飛（零飛儀）測試方法[12～13]?！傲泔w測試”工作原理：火控雷達捕獲目標(biāo)后穩(wěn)定跟蹤，按射彈飛行時間為“零”解算諸元并輸出，帶動武器跟蹤目標(biāo)。即把雷達測得當(dāng)前目標(biāo)點球坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)輸出帶動武器跟蹤目標(biāo)[14]。零飛測試精度較高，理論上武器應(yīng)直接指向目標(biāo)，用架設(shè)在身管上和身管軸線標(biāo)定好的攝像機采集圖像，則圖像應(yīng)在視場中心，偏離視場中心的誤差量就是武器的舷角和仰角誤差量。

4）對海精度檢查：待對空的精度標(biāo)定完成并合格后，以較小目標(biāo)的配試船直線由遠至近航行約10km，以BDS的數(shù)據(jù)為真值驗證傳感器（舷角和距離）和武器（舷角）的精度是否滿足指標(biāo)要求。

4 艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)可實施性分析及主要研究內(nèi)容

4.1 可實施性分析

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)完成了動態(tài)下的系統(tǒng)精度一致性校正，更貼近作戰(zhàn)系統(tǒng)和武器的實際使用狀態(tài)。但該方案也推翻了原先國內(nèi)的傳統(tǒng)思路，需要總體和系統(tǒng)責(zé)任單位的支持和確認(rèn)：需協(xié)調(diào)各傳感器實時錄取并輸出跟蹤目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)（距離、舷角、仰角）：需協(xié)調(diào)各武器系統(tǒng)技術(shù)責(zé)任單位確認(rèn)動態(tài)平均值的精度判別標(biāo)準(zhǔn)；需編制適用于各型艦船動態(tài)標(biāo)校的具體實施方案和流程。

1）該方案用無人機替代國外方案中的飛機，無人機搭載龍伯球角反射體，標(biāo)校時飛行多個架次，飛行高度不小于1000m，需申請空域保障。無人機必須具備慢速、航向穩(wěn)定、能攜帶BDS和反射體等條件，并且具有海上回收多次利用的能力。目前，國內(nèi)某靶機可加裝龍伯球增加其反射面積，其航速也能滿足動態(tài)標(biāo)校需求，而且其具備的海上可回收能力不但能滿足多架次的標(biāo)校需求，同時也能滿足加載BDS的數(shù)據(jù)回收要求。

2）無人旋翼直升機搭載龍伯球角反射體也能代替該靶機，無人旋翼直升機具有飛行距離遠、飛行時間長、操控簡單、航路規(guī)劃便捷等優(yōu)點，可保證標(biāo)校期間采集足夠的真值數(shù)據(jù)，獲得較廣的標(biāo)定距離、方位、仰角變化范圍。龍伯球外形呈圓球形，直徑300mm，內(nèi)部發(fā)射體在立體上大于240°，加掛到無人直升機上后，基本不受無人機飛行航路限制，可保證雷達接收到龍伯球的有效反射信號[15]。

3）可考慮用BDS代替GPS，基于載波相位的BDS差分定位精度可達厘米級，完全能滿足動態(tài)標(biāo)校的精度要求[15]。該方案用BDS代替國外采用的GPS，真值精度的提高，能進一步提升跟蹤傳感器的標(biāo)校精度。

4）目前，國內(nèi)零飛測試應(yīng)用比較多，技術(shù)也相對成熟，零飛儀的選擇面也相對廣泛。

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)方案采用國內(nèi)相關(guān)成熟的技術(shù)和設(shè)備，可實施性好。

4.2 方案的主要研究內(nèi)容

1）BDS設(shè)備配置以及相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)；

2）調(diào)研、協(xié)調(diào)并選擇滿足動態(tài)標(biāo)校保障需求的可回收無人機；

3）協(xié)調(diào)各型相關(guān)傳感器，具備實時錄取、處理傳感器跟蹤目標(biāo)的標(biāo)校數(shù)據(jù)能力；

4）協(xié)調(diào)各武器系統(tǒng)責(zé)任單位，確定動態(tài)零位標(biāo)校替代傳統(tǒng)標(biāo)校的可實施方案；

5）調(diào)研各型武器動態(tài)零飛（零飛儀）測試方法或研制滿足各型武器精度標(biāo)校的標(biāo)校儀；

6）開發(fā)并驗證適用于動態(tài)標(biāo)校的數(shù)據(jù)處理軟件；

7）分析艦艇姿態(tài)對作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位對準(zhǔn)精度的影響[16]。

5 結(jié)語

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)零位精度對準(zhǔn)方案采用國內(nèi)相關(guān)成熟的技術(shù)和設(shè)備，可實施性好。該方案用多個方向的移動目標(biāo)進入的動態(tài)零位精度標(biāo)校法對傳感器進行對準(zhǔn)，用動態(tài)零飛對武器系統(tǒng)進行對準(zhǔn)，完成了作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)下的系統(tǒng)精度一致性校正，貼近武器實際使用狀態(tài)。