HK1022019B - 确定射弹相对於靶的弹着点的方法和系统 - Google Patents

Description

确定射弹相对于靶的弹着点的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定射弹相对于靶的弹着点的方法；更准确地说，涉及炮射弹方面。

背景技术

当射弹时，重要的是确定炮弹降落或击中的位置，以便把这个位置例如与以前预测点，即预测命中点(PHP)比较。然后能够调整下一发炮弹的射击方向，这种方法叫做“在操作中校准”(IAC)。此外，提供一种炮弹脱离靶的距离指示，即所谓“脱靶距离指示”(MDI)，通常也是重要的。

通常借助搜索雷达系统确定弹着点。尤其在例如海洋这样的海上环境应用的情况下，在炮弹击中水和爆炸的瞬间测定炮弹的位置。这会在向上的方向产生一个水柱或喷溅。在陆上，炮弹爆炸会产生粉尘云雾。能用搜索雷达显示喷溅或粉尘云雾，从而能够确定弹着点。

这样一种方法的缺点在于，喷溅在雷达显示器上的能见度较差。因为同喷溅相比，靶通常产生很强的回波，故由喷溅产生的雷达回波有时甚至被靶产生的雷达回波所遮蔽。如果炮弹弹着点靠近靶，则由于雷达分辨率的限制和雷达系统的动态范围有限，而不可能区别靶与喷溅，以及喷溅与喷溅。此外，装有TWT(行波管)发射机的现代化搜索雷达会发射长脉冲。当处理所接收的回波时，这会引起时间旁瓣，从而呈现距离分辨力下降。搜索雷达系统的第二个缺点在于，靶和喷溅测量的更新率比较低。此外，在一些单独的炮弹引起多个喷溅的情况下，难以使每个搜索雷达分辨率与关于每个单独喷溅的测量协调，其部分原因是：并非全部喷溅都产生相等强度的雷达回波。

然而，军舰通常也装有跟踪雷达系统，其中一般装有用于产生短脉冲的发射机，特别适合空中目标跟踪。这可保证良好的分辨率，而且跟踪雷达具有高得多的更新率。根据本发明的方法的目的在于利用已有的跟踪雷达系统去消除上述的缺点。

发明内容

本方法之特征在于：

借助一个第一雷达束来跟踪靶；

使一个第二雷达束对准靶的上方；

等待炮弹出现于第二雷达束中；和

根据第二雷达束的测量数据来确定弹着点。

根据本发明的方法的一个有利实施例的特征在于：由于例如可在相同的天线尺寸下使用较高的发射频率，故第二雷达束窄于第一雷达束。这可降低第二束对关于炮弹回波的熟知的镜像效应的敏感度。当地面反射靶的回波，并且在雷达天线中接收所反射的回波时，就发生镜像效应，从而干扰真靶回波。结果，炮弹的高度测量被干扰，甚至变成无用。本方法另一优点在于：能够更准确地确定炮弹的方位角，高度和距离。又一优点在于：因此而能安排炮弹受到第二雷达束照射，而靶不受此束照射，从而使靶不产生干扰回波。

现在参照下图，更详细地解释本发明。在这些图中：

附图说明

图1表示一个其中能用本方法的配置；

图2示意地表示一个在其中实施所描述方法的跟踪计算机；和

图3提供图1配置的靶位置的详细描述。

具体实施方式

图1示出一条船1，在船上安装一个有天线3的跟踪雷达设备2，和一个炮系统4。炮系统4在水面靶6的方向射出一发炮弹5。炮弹5遵循一条弹道抛物线7。炮系统4可以例如是一个76mm口径的。由射击控制计算机8控制炮系统，计算机8可从一个连接于跟踪雷达设备2的跟踪计算机9接收数据，虽然这不是绝对必需的。装有天线3的跟踪雷达设备2产生一个第一雷达束10和一个第二雷达束11，并且对准水面靶6。第二雷达束11最好以高于第一雷达束10的频率带操作，从而频带较窄。这几乎可消除对第二束中镜像效应的敏感度。最适宜的频带选择是：对第一束10为I带(8GHz-9.5GHz)和对第二束11为Ka带(34.5GHz-35.5GHz)，束宽度约为8mrad，这可使第二雷达束11变成对水面靶产生的回波几乎不敏感。因为第一和第二雷达束是由一个单独的天线3产生的，故它们的移动是耦合的。然而，也可以这样设计天线，以致于第二束能够相对于第一束而转动，从而容许某种独立的测量，虽然这不是绝对必需的。除了安装一个单独天线的优选实施例之外，也可以使用两个独立操作的跟踪雷达，一个用于产生第一雷达束，另一个用于产生第二雷达束。然而，这个优选实施例提供一种节约，因为它只有一个天线。

根据分时原理，能够交替地产生第一束和第二束，从而能够借助一个发射机和一个天线产生两个束。

图2更详细地描述图1所示的军舰射击控制配置。适合于检测移动靶的雷达处理单元12从跟踪雷达设备2接收靶数据，并且根据这些数据，使跟踪雷达设备2瞄准校正的位置。雷达处理单元12还连接于跟踪计算机9，以便对每个靶都构成一种跟踪。跟踪计算机被设计成控制一个射击控制计算机8。换句话说，能通过操作员的介入来控制这个射击控制计算机8，他是根据跟踪计算机提供的数据进行控制的。

图3在水面靶6的位置情况下对图1的配置提供详细的描述。还示出射程7A与7B，在其间可能出现炮弹轨道7。炮弹在点13进入第二雷达束11，和在点14离开该束。从点14开始，根据弹道数据和局部地测量的炮弹三维位置，预测一个弹着点。弹道数据包括一个弹着角15，例如根据射击表以及炮弹最终速度和最终加速度来预测的。然后根据测量的靶位置和预测的弹着点，确定相对于靶6的脱靶距离。在实施例的实例中。这弹着点与靶6重合，预测脱靶距离是零。用范围线16和17表示用于可能炮弹轨道7A和7B的脱靶距离。

在本实施例的实例中，跟踪雷达2连接于雷达处理单元12，而单元12又连接于跟踪计算机9。利用第一雷达束10，在第一跟踪门区18范围内跟踪水面靶6；在本实施例的实例中，门区长度是300m。在水面靶的位置，第一雷达束具有250m的宽度。在这个实例中，水面靶与船之间距离是8000m。第二雷达束11是例如根据来自跟踪计算机9的一个触发信号，瞄准水面靶6的上方；在本实施例的实例中，其角度处于0.5与1.0度之间，取决于靶距离。在本实施例的实例中，在水面靶6的位置，第二雷达束具有约60m的宽度。第一雷达束10足够宽，可继续跟踪水面靶6。在一个给定的时间点，以前射出的炮弹5出现于第二雷达束中；在图3中，用点13表示它。这时，最终速度例如是约300至500m/s，弹着角15例如是约16度。连接于跟踪计算机9的雷达处理单元12，在一个处于水面靶附近的用于第二雷达束11的捕获门区19范围内，通过根据多普勒频谱成分以技术上熟知的方式记录和选择靶回波，检测炮弹。在本实施例的实例中，实现这种检测的方法是：发射雷达传送脉冲的短脉冲串，和检测每个短脉冲串的可能回波。如果在捕获门区19范围内检测到，至少两个相继的回波至少具有实质上相同距离和多普勒频谱成分，则会以充分低的误报警率检测炮弹。在实例中，捕获门区19具有约1000m的长度。其后，通过在雷达处理单元12内在距离上确定炮弹回波位置的跟踪门区20，即点13，来跟踪炮弹。因此，跟踪门区20沿着炮弹的回波而移动。在本实施例的实例中，雷达处理单元12向跟踪计算机9提供一种炮弹位置和速度的测量。在这时，炮弹位置是在三维上已知的；而且炮弹已处在很靠近靶的范围以内。根据第二雷达束的靶回波和关于炮弹的弹道数据，能够作出关于炮弹的弹着点的预测。在所述跟踪门区中没有接收足够大的信号噪声比的炮弹测量的时刻14，雷达处理单元12停止炮弹的测量。在这时，通常在炮弹将击中靶或水的部位的前面200至300m处，炮弹明显地脱离第二雷达束。在一个容许检测相继地射出的好几个炮弹的有利实施例中，一个随后的炮弹刚被检测到两次相同的距离和多普勒频谱成分，雷达处理单元就停止炮弹的测量，于是这个炮弹进入被跟踪。然后，跟踪计算机9对不再跟踪的炮弹预测其进一步的弹道。如果把跟踪计算机安排成同时跟踪多个炮弹，则也能够实施此目的。

可用外推法从点14对弹着点作出预测。同时根据射击时初始速度和炮弹弹道数据的预测相比，这种预测要准确得多，因为在其弹道的最后阶段知道炮弹的位置。不一定要在整个弹道期间全程跟踪炮弹。跟踪计算机现在可以把该计算弹着点与预测命中点之间的差异，在考虑到它们的不同时间有效性，即所谓IAC数据的情况下，传送到用于在操作中校准的射击控制计算机8。根据这一点，射击控制计算机能够重新调整随后一些炮弹的射击方向。象考虑其相对时间有效性一样，还可在一个能进行脱靶距离指示(MDI)的显示单元上，呈现所计算的弹着点以及靶6。

根据本发明的方法的应用决不是只限于所述的配置，而是还适用于其它的炮弹校准，其它的雷达束发送频率，或不同地选择的跟踪和捕获门区等。炮弹可以包括导弹。虽然本方法还适用于陆基配置的应用，但实施例的实例只涉及海上配置。

也能用一个第一和一个第二雷达设备产生第一和第二雷达束。这时第一束用于跟踪靶，而第二束则正好瞄准靶上方。因此，可根据有关第一束的跟踪数据，在方位角上控制第二束。

这就能用一个比较简单的雷达产生第二束。

在一个可行的实施例中，第一和第二雷达束包括一个单独的雷达束，它的主波瓣瞄准靶的上面，因此，至少相对于炮弹回波的镜像效应实际上是不明显的，或甚至是不存在的。这可用一个适当选择的雷达频率来实现。靶仍然呈现于雷达束主波瓣的下段或者侧瓣中，从而能够检测和跟踪靶。这成为可能，是因为靶通常产生一个比炮弹强得多的回波。因此，相同的单独雷达束能够用于检测炮弹，并且以上述方式预测弹着点。

Claims (14)

1.一种用于确定射击炮弹相对于靶的弹着点的方法，其特征在于：

借助第一雷达束跟踪靶；

使第二雷达束瞄准靶的上方；

等待炮弹出现于第二雷达束中；和

根据第二雷达束的测量数据确定弹着点。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了确定弹着点，利用炮弹的弹道数据。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，第二雷达束窄于第一雷达束。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，用一个单独的天线和与它相连的雷达装置来产生第一雷达束和第二雷达束。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一雷达束在I频带操作，和第二雷达束在Ka频带操作。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，从一条船上射出炮弹，并且在同一条船中产生第一和第二雷达束。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，如果炮弹出现于第二雷达束内，则第二雷达束首先捕获在捕获门区内的炮弹，然后在一个比捕获门区小得多的跟踪门区内跟踪炮弹。

8.根据权利要求2的方法，其特征在于，第二雷达束窄于第一雷达束。

9.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，用一个单独的天线和与它相连的雷达装置来产生第一雷达束和第二雷达束。

10.根据权利要求2至4任何之一的方法，其特征在于，第一雷达束在I频带操作，和第二雷达束在Ka频带操作。

11.根据权利要求2至5任何之一的方法，其特征在于，从一条船上射出炮弹，并且在同一条船中产生第一和第二雷达束。

12.用于射击控制的方法，其特征在于包括：

-确定射击炮弹相对于靶的预定的弹着点，包括以下步骤：

    借助第一雷达束跟踪靶；

    使第二雷达束瞄准靶的上方；

    等待炮弹出现于第二雷达束中；

    根据第二雷达束的测量数据确定弹着点；

-根据该预定的弹着点，调节炮弹的射击方向。

13.一种用于确定射击炮弹相对于靶的弹着点的系统，它包括一个雷达处理单元，一个用于产生第一雷达束的第一雷达设备，和一个用于产生第二雷达束的第二雷达设备，其特征在于：

-雷达处理单元连接于第一和第二雷达设备；

-雷达处理单元被设计成调整第一雷达设备，使靶处于第一雷达束内；

-雷达处理单元被设计成调整第二雷达设备，使第二雷达束正好瞄准靶的上方；

-雷达处理单元被设计成，一个炮弹一进入第二雷达束，就检测它的位置；和

-雷达处理单元被设计成，根据所检测的炮弹位置，预测炮弹的弹着点。

14.一种用于确定射击炮弹相对于靶的弹着点的系统，它包括一个雷达处理单元，和一个用于产生一个第一雷达束和一个第二雷达束的雷达设备，其特征在于：

-雷达处理单元连接于雷达设备；

-雷达处理单元被设计成调整雷达设备，使靶基本上处于第一雷达束内，并且使第二雷达束正好瞄准靶的上方；

-雷达处理单元被设计成，一个炮弹一进入第二雷达束，就检测它的位置；和

-雷达处理单元被设计成，根据所检测的炮弹位置，预测炮弹的弹着点。