计转数空炸引信自适应炸点控制技术.docx
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计转数空炸引信自适应炸点控制技术
计转数空炸引信自适应炸点控制技术
第35卷第5期
2011年10月
南京理工大学,
JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnology
V01.35No.5
0ct.2011
计转数空炸引信自适应炸点控制1-j,●',J—工一l10
丁立波,张合,马少杰
（南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094）
技术
摘要:
针对计转数定距技术不能保证炸点与高速运动目标处于最佳距离的问题,提出了计转数
空炸引信自适应炸点控制技术.该技术根据弹目相对运动自动调整起爆时机,使炸点位置与目标
间的相对距离为最佳起爆距离.以弹目迎面交会过程为例,分析了自适应炸点控制的原理和实现
方法,并利用某小口径高炮空炸弹药外弹道模型,仿真计算了炸点一目标距离误差随目标速度和拦
截距离的变化情况.结果表明,自适应炸点控制技术在攻击高速运动目标时,具有比计转数定距
技术更高的炸点一目标距离控制精度,可以有效地提高弹药对目标的毁伤能力.
关键词:
空炸引信;计转数;最佳炸点;自适应炸点控制
中图分类号:
TJ431.3文章编号:
1005—9830（2011）05—0600—04
AdaptiveBurstPointControlTechniqueforTurnsCountAirBurstFuze
DINGLi-bo,ZHANGHe,MAShao—jie
（SchoolofMechanicalEngineering,NUST,Nanjing210094,China）
Abstract:
Inviewoftheproblemthattheturnscounttechniquecannotensuretheoptimaldistance
betweenburstpointandhigh—speedmovingtarget,theadaptiveburstpointcontroltechniqueforturns
countairburstfuzeispresentedhere.Thetechniquecanadjusttheburstopportunityautomatically
accordingtotheprojectile—targetmotion,andguaranteethedistancebetweenburstpointandtargetis
optimalfordetonation.Takingtheprojectile-targetencounterprocessofahead-onattackasanexample,
theprincipleandimplementationmethodoftheadaptivecontroltechniquearediscussed.Basedonthe
exteriorballisticmodelofthesmallcaliberantiaircraftartillery,theerrorchangesofdistancebetween
burstpointandtargetaresimulatedatdifferenttargetspeedsandfiringranges.Thesimulationresults
showthat,whenattackingathigh—speedmovingtarget,theadaptivecontroltechniquehashighercontrol
accuracythantheturnscounttechniqueandcanimprovethelethalityoftheairburstammunition.
Keywords:
airburstfuzes;turnscount;optimumburstpoints;adaptiveburstpoint~ontrol
计转数空炸引信是一种新体制的可编程电子
引信卜,其精确的炸点控制能力使空炸弹药在
杀伤隐蔽有生力量和城市巷战等场合的作战效能
成倍提高.目前国内外计转数技术研究主要以实
现"精确定距起爆"为目标,例如美军研究实验室
（ARL）开展了计转数定距算法的研究,通过对弹
收稿日期:
2010—09—16修回日期:
2011一O1一l0
基金项目:
南京理工大学卓越计划"紫金之星"资助项目
作者简介:
丁立波（1977一）,男,博士,讲师,主要研究方向:
探测制导与控制技术,嵌入式系统,E-mail:
dinglibo@
mail.njust.edu.CB.
第180期丁立波张合马少杰计转数空炸引信自适应炸点控制技术601
丸转数,飞行时间以及加速度等信息进行融合,显
着提高了计转数空炸引信的定距精度;美国阿连
特系统技术公司（ATK）已将计转数技术用于中
小口径高爆空炸榴弹的研制,其中XM25单兵空
爆弹武器已在阿富汗和伊拉克战场进行实战测
试,并将于2012年装备陆军部队;国内在计
转数方法,传感器设计,定距控制圈数确定,定距
精度分析等方面开展了深人的研究,并取得
了较为显着的成果.
然而,计转数空炸引信的精确定距起爆对于
运动目标而言并不是最佳选择.由于弹丸的飞行
时间,速度和距离是相互关联的,计转数空炸弹药
在实现空间起爆位置精确的同时,由于弹丸初速
的跳动,其起爆时间也必然产生前后跳动.如果
目标高速运动,则起爆时问的跳动将直接导致炸
点与目标间相对距离的变化.因此,纯粹的计转
数定距技术不能保证炸点与高速运动目标之间的
最佳距离.
针对这一问题,本文提出了计转数空炸引信
炸点自适应控制技术,该技术以计转数定距技术
为基础,根据弹目相对运动自动调整起爆时机,使
炸点位置与目标间的相对距离为最佳起爆距离,
从而使计转数空炸弹药对高速运动目标的毁伤效
能得到显着提升.
1炸点自适应控制技术
炸点自适应控制的基本原理是利用计转数空
炸引信精确定距的特点,通过测量弹丸实际到达
预定炸点的时间与表定到达时间之差估算弹目距
离误差,根据此距离误差与弹目相对运动速度求
出起爆时机调整量,即可消除弹目距离误差,从而
使计转数空炸引信从"预定距离"起爆变为"最佳
弹目距离"起爆.下面以中小口径高炮末端反导
系统典型的弹目迎面交会过程为例,具体分析自
适应炸点控制的原理和实现方法.
1.1弹目交会模型
图1为计转数空炸弹药与迎面来袭导弹交会
区示意图.图1中虚线为表定弹道,初速为V,A点
是按照表定弹道解算出的最佳炸点,对应的装定圈
数为,vn,时间为t,存速为.当弹丸到达A点
时,导弹到达日点,AB间的距离D:
恰为最佳起爆
距离;实线所示为实际弹道,为实际初速,弹丸旋
转圈到达点,对应时间为￡:
存速为,,此时
导弹的位置在B,间的距离为.
D
图1弹目交会段示意图
当弹丸初速偏高时,有>,￡,<.,因此日滞
后于B,>D.这说明弹目间距出现正偏差,即
还未到最佳起爆距离,在这种情况下,把起爆时机
适当延迟,可以使弹目间距达到最佳起爆距离.
当弹丸初速偏低时,有V<,f.t,>,因此B超
前于曰,<D.这说明弹目间距偏差为负,已经错
过了最佳起爆位置,在这种情况下,需要把起爆时
机适当提前,才能使弹目间距达到最佳起爆距离.
1.2起爆时机的调整
根据以上分析,炸点白适应控制的方法的关
键是如何确定能够使弹目间距达到最佳起爆距离
的起爆时机调整量.
由图1可知,实际弹道弹目间距D可以表
示为:
D=D-dD+v（ta一,）
（1）
式中:
dD是引信的定距误差,V是弹目交会段目
标速度.
根据弹目问相对运动规律,起爆时机调整量
￡柏可以由下式确定:
D'-t?
（,+）:
D
（2）
将
（1）带入整理可得
t—
ab=㈩一:
+m一
+mJ
式中:
f:
—是定距误差引起的时间误差量.
U口,十um
由于弹丸在:
到t时间段内可以认为是匀
速直线运动,因此有
:
:
（4）
根据弹道相似原理可知
一一一
tar
.
一一
t
将式（4）,（5）代人（3）,并忽略误差量t,得到
（6）
一州
一一
≈
一
一
一+
≈
602南京理工大学第35卷第5期
式中:
t是表定弹道A点的时间,可以根据装定圈
数查表获得,k=表示表定弹道A点存速和目
标速度的比值,可以由发射平台计算并装定给引
信.因此,引信只要测量出实际弹道上A点的时
间,,就可以根据式（6）计算出起爆时机调整量
t,其中正值表示延迟,负值表示提前.
1.3自适应控制的实现
上述原理中,起爆时机调整是在表定最佳炸
点A点进行的,若调整量为负值,则表示实际最
佳起爆位置在A点之前,起爆时机已经错过.因
此在实际应用中,炸点调整应当提前进行,以避免
错过最佳起爆位置.
假设P点是表定弹道上A点之前的一点,P
点对应的圈数为,v,时间为t,存速和目标速
度的比值为k.,实际弹道上弹丸旋转Ⅳ圈到
达P点,对应的时间为￡,,则根据式（6）可以得到
P点对应的起爆时机调整量为:
㈩
因此,P点到最佳炸点之间的时间为
t曲=（ta--tp）+（8）
P点的选取应满足提前量（t一t）大于系统可
能出现的最大负调整量,实际应用中,可取（t一
t.）为固定值,弹道计算机根据表定弹道最佳炸点
和此固定值确定P点,并将P点的圈数Ⅳ和弹
目速度比k.装定给引信.引信飞行Ⅳ.圈后,根
据式（7）计算出起爆时机调整量,再按照式（8）延
时起爆即可实现自适应炸点控制.
2炸点自适应控制效果验证
利用某小口径高炮空炸弹药外弹道模型,通
过仿真计算验证自适应炸点控制的效果.假设弹
丸对目标的最佳起爆距离为15m,弹丸初速误差
为1.0%,分别计算炸点一目标距离误差随目标速
度和拦截距离变化的情况.
2.1目标运动速度对炸点一目标距离的影响
图2所示是在2000m距离上拦截速度马赫
数为0～2的目标时,分别采用计转数定距控制和
自适应炸点控制所产生的炸点一目标距离误差.
从图2中可以看出,在目标静止时,2种控制
方法的炸点一目标距离误差相同,随着目标速度
的提高,计转数定距控制的炸点一目标距离误差
逐渐增大,目标速度马赫数为2时误差达N18m;
而自适应炸点控制的炸点一目标距离误差均小于
2.5m,且基本不随目标速度增加而变化.
牺匣
皿
I
2
图2炸点一目标距离误差随目标速度的变化
上述计算中,未考虑引信计时误差,弹目交会
段弹丸和目标的速度误差,自适应炸点控制误差
的主要原因是忽略了式（3）中误差量t.由式
（3）可知,该误差量引起的距离误差D即为引信
的定距误差dD:
r1n
D=.（）=（:
）=扣
o
TUm
在实际应用中,现有的技术手段可以保证引
信计时有足够的精度,而弹丸速度和目标速度虽
然会有一定误差,但是由于炸点调整的延时时间
通常是毫秒级的,因此速度误差对最终的炸点一
目标距离影响并不太大.由此可见,自适应炸点
控制技术的控制精度主要由计转数定距误差决
定,其炸点一目标距离控制精度可以达到和计转
数空炸引信的定距精度相同的水平.
2.2拦截距离对炸点一目标距离的影响
假设目标速度马赫数为1,当拦截距离在500～
3000m范围内变化时,采用自适应炸点控制和计转
数定距控制的炸点一目标距离误差如图3所示.
吕
艇
蠖
皿
I
『囹自适应炸点控制.
『口..∞..口..口1日.1ⅡI.11.1llI-.U.,UU.,,1.UUJ.Z1.U1.,2.UUZ.Z,Z.U2./,j.UU
拦截距离/kin
图3炸点一目标距离误差随拦截距离的变化
从图3可以看出,
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