730技术文集——3原理篇

现代舰炮武器系统的体系结构研究




--------------------------------------------------------------------------------

摘   要：本文对两种反导体系结构：分散式和集中式体系结构舰炮武器系统的精度、快速性、拦截能力、适装性、操作维护性、技术难易性、成本等方面进行了客观的分析比较，得出了分散体系结构适合我国国情的结论。对它的研究、改进、装备不应放弃。

关键词：舰炮武器系统 反导 体系结构


--------------------------------------------------------------------------------

1 前言

　　舰炮武器系统种类繁多，有大口径、中口径和小口径舰炮武器系统，这里研究的对象是：多管、高射速小口径舰炮近程反导武器系统。

　　反导弹的直接命中体制的多管、高射速小口径舰炮近程舰炮武器系统的体系结构通常分为两大类，即分散式体系结构(off－mount)和集中式体系结构(on－mount)。这里的体系结构研究，主要从精度和快速性两方面对两种体系结构进行研究，并给出它们的信息流程、误差分析及简单的比较。

2 分散式和集中式体系结构

　　舰炮武器系统一般由搜索雷达、跟踪雷达、舰炮、控制台及测量舰艇姿态的设备构成，这些装备在舰上分散配置，通过电缆或数据总线，将信息传递到控制台或相应的设备，从而组成一系统，这就是分散结构的舰炮武器系统。意大利、英国、美国、德国和瑞士联合研制的“海上卫士”近程舰炮武器系统将搜索雷达、跟踪雷达及测量舰艇本地姿态(VRU)设备装在炮架上，与炮架一起活动(有些系统中，搜索雷达不装在炮架上),这就是集中式结构的舰炮武器系统。国际上有名的近程武器系统，如美国的“密集阵”，荷兰的“守门员”，苏联的“卡什坦”等近程舰炮武器系统大多是这种体系结构。

2.1 分散式体系结构



图1 分散式近程反导舰炮武器系统方框图

　　图1中VRU是捷联式垂直基准装置，其作用是提供本地舰船姿态参数，消除因舰艇甲板扭曲变形而使系统精度的下降。使用数据总线，可使各设备的信息方便地传递至所需设备中，便于综合而又灵活地使用信息，方便系统扩充，重组更新，这种系统的功能框图如图2。



图2 分散式近程反导舰炮火控系统功能框图

　　由图2可知，这样的体系结构，从跟踪雷达测得目标运动参数，经火控解算，到舰炮随动系统驱动舰炮使炮口指向目标未来点，它们的控制关系是开环式的，靠各设备的精度来保证系统精度，是不易获得高的系统精度的，故必须采用系统的手法来提高系统的精度。可采用误差相消原理和新的滤波方法——闭环滤波，求取目标的运动参数等系统手段来提高系统的精度和快速性。

2.2 集中式体系结构

　　图3是美国“密集阵”近程舰炮武器系统的体系结构框图。它是该种体系结构中的典型系统。由于搜索、跟踪雷达都安装在炮架上，故这种结构非常紧凑。图4是火控系统的功能框图(该框图中不含弹丸闭环校正)。工作过程简述如下：跟踪雷达测量目标的运动参数，雷达随动系统跟踪目标运动(力图将雷达光轴对准目标)，并实时地向火控计算机送出目标的位置、位置误差、速度数据，火控计算机再根据垂直基准装置送来的本地姿态数据及弹道气象数据，解算出目标的运动速度，(送雷达随动系统，作速度正馈用，以提高跟踪精度)及方位和高低角提前量。火控计算机还将接收雷达与火炮送来的方位角和高低角，并分别求出二者的差角，然后，火控计算机将提前角减去射前校正角，将结果送炮口指向控制器，由它控制火炮运动，使火炮运动直到其输入量为零时才停止运动。同时，炮口指向控制器还求出火炮运动的速度指令，送火炮随动系统，作速度正馈，以提高跟踪精度。火炮最终的位置为跟踪雷达位置加上一提前量，即炮口指向目标未来点，跟踪雷达光轴指向目标现在点位置。这样的结构可以消除许多误差源产生的误差，也可避免误差的积累，对精度有好处。雷达驱动火炮跟踪，可提高系统的快速性。

3 信息流程

3.1 分散式舰炮反导武器系统的信息流程图

　　老的体系结构中，雷达仅提供不稳定的目标距离、方位和高低角。由于反导弹要求武器系统精度很高，因此，雷达必须采用速率积分陀螺测量角速率，向火控计算机提供流程图中所示的九个量。火控计算机采用误差相消原理，求出目标的精确位置。由于速率积分陀螺能提供精确而又平滑的角速度，可使跟踪雷达随动系统的性能(快速性及动态跟踪精度)提高，也可使火控计算机对目标运动参数的平滑、滤波精度提高，于是目标预测点的精度也提高了。火控计算机解算出来的目标的方位角和高低角速度，供跟踪雷达随动系统作正馈控制用。现代舰炮武器系统的体系结构研究




--------------------------------------------------------------------------------

摘   要：本文对两种反导体系结构：分散式和集中式体系结构舰炮武器系统的精度、快速性、拦截能力、适装性、操作维护性、技术难易性、成本等方面进行了客观的分析比较，得出了分散体系结构适合我国国情的结论。对它的研究、改进、装备不应放弃。

关键词：舰炮武器系统 反导 体系结构


--------------------------------------------------------------------------------

1 前言

　　舰炮武器系统种类繁多，有大口径、中口径和小口径舰炮武器系统，这里研究的对象是：多管、高射速小口径舰炮近程反导武器系统。

　　反导弹的直接命中体制的多管、高射速小口径舰炮近程舰炮武器系统的体系结构通常分为两大类，即分散式体系结构(off－mount)和集中式体系结构(on－mount)。这里的体系结构研究，主要从精度和快速性两方面对两种体系结构进行研究，并给出它们的信息流程、误差分析及简单的比较。

2 分散式和集中式体系结构

　　舰炮武器系统一般由搜索雷达、跟踪雷达、舰炮、控制台及测量舰艇姿态的设备构成，这些装备在舰上分散配置，通过电缆或数据总线，将信息传递到控制台或相应的设备，从而组成一系统，这就是分散结构的舰炮武器系统。意大利、英国、美国、德国和瑞士联合研制的“海上卫士”近程舰炮武器系统将搜索雷达、跟踪雷达及测量舰艇本地姿态(VRU)设备装在炮架上，与炮架一起活动(有些系统中，搜索雷达不装在炮架上),这就是集中式结构的舰炮武器系统。国际上有名的近程武器系统，如美国的“密集阵”，荷兰的“守门员”，苏联的“卡什坦”等近程舰炮武器系统大多是这种体系结构。

2.1 分散式体系结构



图1 分散式近程反导舰炮武器系统方框图

　　图1中VRU是捷联式垂直基准装置，其作用是提供本地舰船姿态参数，消除因舰艇甲板扭曲变形而使系统精度的下降。使用数据总线，可使各设备的信息方便地传递至所需设备中，便于综合而又灵活地使用信息，方便系统扩充，重组更新，这种系统的功能框图如图2。



图2 分散式近程反导舰炮火控系统功能框图

　　由图2可知，这样的体系结构，从跟踪雷达测得目标运动参数，经火控解算，到舰炮随动系统驱动舰炮使炮口指向目标未来点，它们的控制关系是开环式的，靠各设备的精度来保证系统精度，是不易获得高的系统精度的，故必须采用系统的手法来提高系统的精度。可采用误差相消原理和新的滤波方法——闭环滤波，求取目标的运动参数等系统手段来提高系统的精度和快速性。

2.2 集中式体系结构

　　图3是美国“密集阵”近程舰炮武器系统的体系结构框图。它是该种体系结构中的典型系统。由于搜索、跟踪雷达都安装在炮架上，故这种结构非常紧凑。图4是火控系统的功能框图(该框图中不含弹丸闭环校正)。工作过程简述如下：跟踪雷达测量目标的运动参数，雷达随动系统跟踪目标运动(力图将雷达光轴对准目标)，并实时地向火控计算机送出目标的位置、位置误差、速度数据，火控计算机再根据垂直基准装置送来的本地姿态数据及弹道气象数据，解算出目标的运动速度，(送雷达随动系统，作速度正馈用，以提高跟踪精度)及方位和高低角提前量。火控计算机还将接收雷达与火炮送来的方位角和高低角，并分别求出二者的差角，然后，火控计算机将提前角减去射前校正角，将结果送炮口指向控制器，由它控制火炮运动，使火炮运动直到其输入量为零时才停止运动。同时，炮口指向控制器还求出火炮运动的速度指令，送火炮随动系统，作速度正馈，以提高跟踪精度。火炮最终的位置为跟踪雷达位置加上一提前量，即炮口指向目标未来点，跟踪雷达光轴指向目标现在点位置。这样的结构可以消除许多误差源产生的误差，也可避免误差的积累，对精度有好处。雷达驱动火炮跟踪，可提高系统的快速性。

3 信息流程

3.1 分散式舰炮反导武器系统的信息流程图

　　老的体系结构中，雷达仅提供不稳定的目标距离、方位和高低角。由于反导弹要求武器系统精度很高，因此，雷达必须采用速率积分陀螺测量角速率，向火控计算机提供流程图中所示的九个量。火控计算机采用误差相消原理，求出目标的精确位置。由于速率积分陀螺能提供精确而又平滑的角速度，可使跟踪雷达随动系统的性能(快速性及动态跟踪精度)提高，也可使火控计算机对目标运动参数的平滑、滤波精度提高，于是目标预测点的精度也提高了。火控计算机解算出来的目标的方位角和高低角速度，供跟踪雷达随动系统作正馈控制用。