開放式聲電定位報靶系統(tǒng)

2015-09-12 07:50于正亮

兵器裝備工程學報 2015年2期

于正亮，肖曦

(總參謀部第六十研究所，南京 210016)

隨著科學技術(shù)的進步，部隊的實彈射擊訓練已逐漸從傳統(tǒng)的人工報靶向自動報靶發(fā)展。自動報靶與人工報靶相比，不僅避免了安全隱患問題，而且報靶效率和報靶精度都得到了提高，保證了射擊過程的連貫性，改善了射擊后的評估效果。目前國內(nèi)研究所、公司和高校研制出多種自動精度報靶系統(tǒng)，主要有雙層電極短路報靶系統(tǒng)、光電電子靶系統(tǒng)、基于圖像處理的攝像報靶系統(tǒng)和聲電定位自動報靶系統(tǒng)等［1］。其中，由于聲電定位自動報靶系統(tǒng)具有實時性強、報靶精度高、環(huán)境適應(yīng)性能力強，可全天候工作等優(yōu)點，在部隊的實彈射擊訓練中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

聲電定位報靶，是一種基于由超音速彈丸激波所致聲爆在掠過聲學傳感器陣列時聲爆脈沖的時延數(shù)據(jù)和激波形態(tài)與傳感器陣列之間的幾何關(guān)系，構(gòu)造出超聲報靶定位的數(shù)學模型，將計算機數(shù)據(jù)采集與數(shù)值計算相結(jié)合的實時報靶定位系統(tǒng)［2］。聲電定位自動報靶系統(tǒng)主要包括封閉式和開放式2種。封閉式聲電報靶系統(tǒng)具有封閉靶腔，報靶精度較高，還可消除相鄰靶位間的相互干擾，但是靶腔受彈量有限，靶腔嚴重受損后會出現(xiàn)誤報或漏報的情況，這種情況就需要更換靶腔，具備更換條件的場合使用起來不存在任何問題，如武警、院校的室內(nèi)靶場，部隊的室外精度射擊訓練的使用中都得到了很好的推廣，而部隊的戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)訓練布靶數(shù)量多、范圍廣，這種情況就不適合使用封閉式聲電定位報靶系統(tǒng)了，需改用開放式聲電定位報靶系統(tǒng)。國內(nèi)開放式聲電報靶系統(tǒng)精度相對較低，多將其用于直瞄重武器的射擊訓練與考核，而幾乎不用于輕武器的射擊訓練，而外軍部隊無論是直瞄重武器還是輕武器的實彈射擊訓練中均用到開放式聲電定位報靶系統(tǒng)。

眾所周知，開放式聲電定位報靶系統(tǒng)不僅可以對彈丸著靶點進行定位，而且還可以測算出彈丸的脫靶量，所以國外將開放式聲電定位報靶系統(tǒng)稱為脫靶與命中定位系統(tǒng)(Lo-cation of Miss and Hit System，LOMAHs)。瑞典的 SAAB、Air Target、瑞士的 Polytronic、SIUS、英國的 Meggitt、MS Instruments、德國的Theissen、美國的Action Target等世界著名公司都研制了LOMAH系統(tǒng)，如圖1所示。其中SAAB公司的LOMAH綜合性能最強，最具有代表性，本文將對其進行詳細的介紹，并深入探討它的先進與獨特之處，以期為我軍的開放式聲電報靶系統(tǒng)的研制起到一定的借鑒作用。

圖1 國外的LOMAH系統(tǒng)

1 SAAB公司

SAAB防務(wù)與安全公司從成立至今已有77年的歷史，為陸?？杖姷膶?、實彈和虛擬訓練提供各種設(shè)備及解決方案，其主要客戶包括美國、英國、荷蘭、挪威、瑞典、澳大利亞和南非等國家。其中，SAAB有超過40年的時間致力于實彈射擊訓練研究領(lǐng)域，為幾乎所有口徑的武器裝備提供訓練需求分析(training needs analysis，TNA)、各類固定和移動靶標、LOMAH、靶場設(shè)計、系統(tǒng)集成等等，既有制式化的產(chǎn)品和服務(wù)，也可根據(jù)客戶的要求定制。

2 SAAB公司的LOMAH

2.1 LOMAH 系統(tǒng)

在實彈射擊訓練中，無論是單兵精度射擊訓練還是戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)場實彈訓練(包括火力壓制武器)，都需要提高對于訓練結(jié)果的評估能力。對于單兵和大規(guī)模重型武器的實彈射擊訓練都需要高效費比的解決方案。而對于戰(zhàn)場訓練，因為射手位置和靶標位置都不固定，所以要求靶標的設(shè)置及校準等程序要盡可能減少。對于移動靶標，要求射手從不同的角度射擊都有較高的準度。SAAB的LOMAH系統(tǒng)能夠滿足上述要求，該傳感裝置作為附件安裝于SAAB靶標的起倒裝置上，如圖2所示。當射手進行射擊時，LOMAH系統(tǒng)能實時地將彈丸命中信息反饋給射手，包括靶標上彈著點的圖形顯示、彈著點坐標，平均彈著點(mean point of impact，MPI)和彈著點散布情況。

圖2 SAAB LOMAH

SAAB LOMAH的主要參數(shù)如表1所示［3］。

表1 SAAB LOMAH主要參數(shù)

2.2 LOMAH系統(tǒng)的主要特點

通過SAAB LOMAH的介紹及主要參數(shù)，可以歸納其有以下幾個主要特點:

1)SAAB LOMAH的最大射擊頻率檢測能力為50發(fā)/s，適用于火力壓制武器，也就是說，即使在連發(fā)射擊的情況下，前后兩發(fā)子彈間隔時間非常短也能很好地進行報靶。這就要求傳感器檢測相鄰2次聲波的能力要非常強，同時能夠有效排除相鄰2發(fā)彈之間的干擾，此外還要求系統(tǒng)的程序計算效率和數(shù)據(jù)的傳輸速度要非常高，能夠在極短時間內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，為射手實時精確地顯示彈著點位置。

2)SAAB LOMAH適用不同角度射擊的報靶，即使是水平寬角度和俯仰角射擊仍然能夠保持較高的報靶精度，使其不僅適用于各種超音速彈的精度射擊訓練，還使適用于戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)射擊訓練，其他公司如MS Instruments公司的LOMAH的最大射擊角度僅為3°。一方面，SAAB LOMAH能夠進行水平寬角度的射擊報靶，即可適用于射手斜向射擊固定靶標或橫向移動靶標的情況。另一方面，SAAB LOMAH能夠進行俯仰角的射擊報靶，使其可適用于低地對高低目標的射擊訓練以及空中武裝直升機對地目標的射擊訓練。理論上，當彈丸斜向入射靶面時，如圖3所示，彈丸激波，即N波的上升沿時間T1'會大于垂直入射靶面時的N波上升沿時間T1，會嚴重影響彈著點的測算精度［5］，且斜射角度越大，偏差越大。SAAB LOMAH的傳感裝置為三維空間的傳感群，其出色的性能能夠精確地檢測不同角度超音速射彈的聲波信息，不僅能夠?qū)Σ煌嵌壬鋸椷M行報靶，還能夠?qū)ι鋸椃轿唤沁M行定位，且定位分辨率高達0.1°。另外，傳感裝置具有自動溫度感知功能，溫度的變化會影響聲波的傳播速度［6］，因此，傳感裝置通過實時地感知空氣溫度以計算聲波的傳播速度，對于計算各傳感器之間的時延量非常重要。不過SAAB LOMAH的雙十字結(jié)構(gòu)相對較為復雜，且采用了8個傳感器，成本相對較高。

圖3 彈丸激波(N波)壓力變化曲線

3)適用于任何尺寸的靶標。SAAB LOMAH的最大探測范圍是12 m×5 m(寬×高)，對單兵靶標、地堡靶、坦克正面靶、裝甲移動靶都能夠提供較高精度的命中和脫靶檢測能力，如圖4所示，其在靶面中心附近范圍的彈著點定位精度可達5mm，其他公司產(chǎn)品如Air Target公司的LOMAH在1 m×1 m范圍內(nèi)的定位精度為10 mm，MS Instruments公司的LOMAH的定位精度為小于一個彈徑。相對于封閉式聲電報靶系統(tǒng)，SAAB LOMAH的靶心彈著點定位精度要低一點，但是封閉式聲電報靶系統(tǒng)的弊端已在前文簡述過，而且國外部隊單兵精度射擊訓練所用靶面也多為人形靶、身靶、半身靶等外形輪廓模擬靶面，射擊時靶位顯示設(shè)備和總控計算機顯示經(jīng)計算處理后的模擬彈著點圖像，5 mm的靶心報靶精度完全可滿足訓練要求，而對于直瞄重武器的實彈射擊訓練，該精度水平可謂是非常的高，已遠遠超出國內(nèi)開放式直瞄重武器報靶系統(tǒng)的報靶精度。

圖4 SAAB LOMAH 3000攜裝甲移動靶

4)強大的評估系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r地對采集到的數(shù)據(jù)進行計算與評估，顯示詳細的命中數(shù)據(jù)，同時還會生成詳細的評估結(jié)果，如火力壓制武器的射擊效果評估、命中區(qū)域的平均彈著點評估，還包括戰(zhàn)術(shù)報告的事后評估(after action review，AAR)。SAAB LOMAH的AAR功能極大地豐富和增強了靶標之于戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)訓練的作用。AAR最早是美國陸軍所進行的一項任務(wù)后的檢視方法。美國陸軍把AAR定義為:對一事件的專業(yè)性討論，著重于表現(xiàn)標準，使參加者自行發(fā)現(xiàn)發(fā)生了什么、為何發(fā)生、及如何維持優(yōu)點，并改進缺點。對美國陸軍來說，使用這種方法的好處是當新的理解被產(chǎn)生時，可以馬上響應(yīng)到行動上，他們使用 AAR解決了許多問題。

5)能夠排除相鄰靶位之間的干擾。從靶場控制圖可以看到在200 m和300 m距離都并排放置有6個單兵靶標，如圖5所示，因此可以推斷SAAB LOMAH可有效消除相鄰靶位間的相互干擾，從另一方面看，要達到戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)訓練的目的，必然要在靶場內(nèi)布設(shè)多個靶標，難免會有位置比較接近的靶標，而SAAB LOMAH可滿足戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)訓練需求。至于相鄰靶位間的最小距離限制以及SAAB LOMAH是如何消除相鄰靶位間相互干擾的，資料中并未提及，需在今后的工作中繼續(xù)挖掘相關(guān)技術(shù)資料。

6)環(huán)境適應(yīng)性很強。由于環(huán)境因素的影響，例如溫度、風場、雨雪和場地其他因素，使得傳感器采集到的彈丸激波信號中含有大量噪聲，這些噪聲會引起信號的衰減、畸變甚至湮沒原始信號，對報靶精度有著很大的影響［7］。而SAAB LOMAH符合美國軍標MIL-STD-810F［4］，即《國防部試驗方法標準-環(huán)境工程考慮和實驗室試驗》，無論是在干燥還是潮濕的環(huán)境、甚至在雨雪天都能穩(wěn)定工作并保持較高的報靶精度。同時SAAB LOMAH有著非常強的極端環(huán)境耐受性，在北歐的瑞典、丹麥、挪威，北美的芬蘭等地，都靠近極地，冬天非常寒冷、而SAAB LOMAH完全能夠滿足冬訓的要求。

3 結(jié)束語

通過上述對SAAB公司的LOMAH的介紹與討論可以知道，其在報靶精度、最大射頻檢測能力、射彈斜射角度、排除相鄰靶位間干擾等技術(shù)方面都領(lǐng)先于國內(nèi)產(chǎn)品，另外其系統(tǒng)非常穩(wěn)定、對極端環(huán)境的耐受性也很強，這些都是國內(nèi)產(chǎn)品所欠缺的，是今后應(yīng)該加大研究投入的方向。由于訓練產(chǎn)品具有很強的技術(shù)背景，國外公司都會進行產(chǎn)品與技術(shù)封鎖，很難直接獲得技術(shù)資料，也不可能從國外引進產(chǎn)品，只能從公開資料中一點點地挖掘與積累數(shù)據(jù)，從中獲取有價值的信息，從而為我軍的開放式聲電報靶系統(tǒng)的研制起到一定的借鑒作用，這也是值得今后繼續(xù)開展的工作。

［1］張軍，顏樹華，徐琰.自動報靶系統(tǒng)的研究進展［J］.激光與紅外，2006(12):1152-1154.

［2］張江濤.激波報靶原理、算法及信號處理方法研究［D］.石家莊:河北科技大學，2007.

［3］SAAB 公司.SAAB LOMAH［EB/OL］.［2014-05-12］.http://www.saabgroup.com/en.

［4］MIL-STD-810F，Department of Defense Test Method Standard.Environmental Engineering Considerations And Laboratory Tests［S］.

［5］胡澤儒.基于聲爆效應(yīng)的槍械自動報靶系統(tǒng)研究［D］.重慶:重慶大學，2008.

［6］國蓉，何鎮(zhèn)安，王偉.被動聲探測技術(shù)與彈著點定位方法綜述［J］.電聲技術(shù)，2010(11):48-52.