專利名稱：確定射彈相對(duì)于靶的彈著點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定射彈相對(duì)于靶的彈著點(diǎn)的方法；更準(zhǔn)確地說(shuō)，涉及炮射彈方面。
當(dāng)射彈時(shí)，重要的是確定炮彈降落或擊中的位置，以便把這個(gè)位置例如與以前預(yù)測(cè)點(diǎn)，即預(yù)測(cè)命中點(diǎn)(PHP)比較。然后能夠調(diào)整下一發(fā)炮彈的射擊方向，這種方法叫做“在操作中校準(zhǔn)”(IAC)。此外，提供一種炮彈脫離靶的距離指示，即所謂“脫靶距離指示”(MDI)，通常也是重要的。
通常借助搜索雷達(dá)系統(tǒng)確定彈著點(diǎn)。尤其在例如海洋這樣的海上環(huán)境應(yīng)用的情況下，在炮彈擊中水和爆炸的瞬間測(cè)定炮彈的位置。這會(huì)在向上的方向產(chǎn)生一個(gè)水柱或噴濺。在陸上，炮彈爆炸會(huì)產(chǎn)生粉塵云霧。能用搜索雷達(dá)顯示噴濺或粉塵云霧，從而能夠確定彈著點(diǎn)。
這樣一種方法的缺點(diǎn)在于，噴濺在雷達(dá)顯示器上的能見(jiàn)度較差。因?yàn)橥瑖姙R相比，靶通常產(chǎn)生很強(qiáng)的回波，故由噴濺產(chǎn)生的雷達(dá)回波有時(shí)甚至被靶產(chǎn)生的雷達(dá)回波所遮蔽。如果炮彈彈著點(diǎn)靠近靶，則由于雷達(dá)分辨率的限制和雷達(dá)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍有限，而不可能區(qū)別靶與噴濺，以及噴濺與噴濺。此外，裝有TWT(行波管)發(fā)射機(jī)的現(xiàn)代化搜索雷達(dá)會(huì)發(fā)射長(zhǎng)脈沖。當(dāng)處理所接收的回波時(shí)，這會(huì)引起時(shí)間旁瓣，從而呈現(xiàn)距離分辨力下降。搜索雷達(dá)系統(tǒng)的第二個(gè)缺點(diǎn)在于，靶和噴濺測(cè)量的更新率比較低。此外，在一些單獨(dú)的炮彈引起多個(gè)噴濺的情況下，難以使每個(gè)搜索雷達(dá)分辨率與關(guān)于每個(gè)單獨(dú)噴濺的測(cè)量協(xié)調(diào)，其部分原因是并非全部噴濺都產(chǎn)生相等強(qiáng)度的雷達(dá)回波。
然而，軍艦通常也裝有跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)，其中一般裝有用于產(chǎn)生短脈沖的發(fā)射機(jī)，特別適合空中目標(biāo)跟蹤。這可保證良好的分辨率，而且跟蹤雷達(dá)具有高得多的更新率。根據(jù)本發(fā)明的方法的目的在于利用已有的跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)去消除上述的缺點(diǎn)。
本方法之特征在于借助一個(gè)第一雷達(dá)束來(lái)跟蹤靶；使一個(gè)第二雷達(dá)束對(duì)準(zhǔn)靶的上方；等待炮彈出現(xiàn)于第二雷達(dá)束中；和根據(jù)第二雷達(dá)束的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定彈著點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利實(shí)施例的特征在于由于例如可在相同的天線尺寸下使用較高的發(fā)射頻率，故第二雷達(dá)束窄于第一雷達(dá)束。這可降低第二束對(duì)關(guān)于炮彈回波的熟知的鏡像效應(yīng)的敏感度。當(dāng)?shù)孛娣瓷浒械幕夭ǎ⑶以诶走_(dá)天線中接收所反射的回波時(shí)，就發(fā)生鏡像效應(yīng)，從而干擾真靶回波。結(jié)果，炮彈的高度測(cè)量被干擾，甚至變成無(wú)用。本方法另一優(yōu)點(diǎn)在于能夠更準(zhǔn)確地確定炮彈的方位角，高度和距離。又一優(yōu)點(diǎn)在于因此而能安排炮彈受到第二雷達(dá)束照射，而靶不受此束照射，從而使靶不產(chǎn)生干擾回波。
現(xiàn)在參照下圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。在這些圖中

圖1表示一個(gè)其中能用本方法的配置；圖2示意地表示一個(gè)在其中實(shí)施所描述方法的跟蹤計(jì)算機(jī)；和圖3提供圖1配置的靶位置的詳細(xì)描述。
圖1示出一條船1，在船上安裝一個(gè)有天線3的跟蹤雷達(dá)設(shè)備2，和一個(gè)炮系統(tǒng)4。炮系統(tǒng)4在水面靶6的方向射出一發(fā)炮彈5。炮彈5遵循一條彈道拋物線7。炮系統(tǒng)4可以例如是一個(gè)76mm口徑的。由射擊控制計(jì)算機(jī)8控制炮系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)8可從一個(gè)連接于跟蹤雷達(dá)設(shè)備2的跟蹤計(jì)算機(jī)9接收數(shù)據(jù)，雖然這不是絕對(duì)必需的。裝有天線3的跟蹤雷達(dá)設(shè)備2產(chǎn)生一個(gè)第一雷達(dá)束10和一個(gè)第二雷達(dá)束11，并且對(duì)準(zhǔn)水面靶6。第二雷達(dá)束11最好以高于第一雷達(dá)束10的頻率帶操作，從而頻帶較窄。這幾乎可消除對(duì)第二束中鏡像效應(yīng)的敏感度。最適宜的頻帶選擇是對(duì)第一束10為Ⅰ帶(8GHz-9.5GHz)和對(duì)第二束11為Ka帶(34.5GHz-35.5GHz)，束寬度約為8mrad，這可使第二雷達(dá)束11變成對(duì)水面靶產(chǎn)生的回波幾乎不敏感。因?yàn)榈谝缓偷诙走_(dá)束是由一個(gè)單獨(dú)的天線3產(chǎn)生的，故它們的移動(dòng)是耦合的。然而，也可以這樣設(shè)計(jì)天線，以致于第二束能夠相對(duì)于第一束而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而容許某種獨(dú)立的測(cè)量，雖然這不是絕對(duì)必需的。除了安裝一個(gè)單獨(dú)天線的優(yōu)選實(shí)施例之外，也可以使用兩個(gè)獨(dú)立操作的跟蹤雷達(dá)，一個(gè)用于產(chǎn)生第一雷達(dá)束，另一個(gè)用于產(chǎn)生第二雷達(dá)束。然而，這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種節(jié)約，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)天線。
根據(jù)分時(shí)原理，能夠交替地產(chǎn)生第一束和第二束，從而能夠借助一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)天線產(chǎn)生兩個(gè)束。
圖2更詳細(xì)地描述圖1所示的軍艦射擊控制配置。適合于檢測(cè)移動(dòng)靶的雷達(dá)處理單元12從跟蹤雷達(dá)設(shè)備2接收靶數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)，使跟蹤雷達(dá)設(shè)備2瞄準(zhǔn)校正的位置。雷達(dá)處理單元12還連接于跟蹤計(jì)算機(jī)9，以便對(duì)每個(gè)靶都構(gòu)成一種跟蹤。跟蹤計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)成控制一個(gè)射擊控制計(jì)算機(jī)8。換句話說(shuō)，能通過(guò)操作員的介入來(lái)控制這個(gè)射擊控制計(jì)算機(jī)8，他是根據(jù)跟蹤計(jì)算機(jī)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的。
圖3在水面靶6的位置情況下對(duì)圖1的配置提供詳細(xì)的描述。還示出射程7A與7B，在其間可能出現(xiàn)炮彈軌道7。炮彈在點(diǎn)13進(jìn)入第二雷達(dá)束11，和在點(diǎn)14離開(kāi)該束。從點(diǎn)14開(kāi)始，根據(jù)彈道數(shù)據(jù)和局部地測(cè)量的炮彈三維位置，預(yù)測(cè)一個(gè)彈著點(diǎn)。彈道數(shù)據(jù)包括一個(gè)彈著角15，這是例如根據(jù)射擊表以及炮彈最終速度和最終加速度來(lái)預(yù)測(cè)的。然后根據(jù)測(cè)量的靶位置和預(yù)測(cè)的彈著點(diǎn)，確定相對(duì)于靶6的脫靶距離。在實(shí)施例的實(shí)例中。這彈著點(diǎn)與靶6重合，預(yù)測(cè)脫靶距離是零。用范圍線16和17表示用于可能炮彈軌道7A和7B的脫靶距離。
在本實(shí)施例的實(shí)例中，跟蹤雷達(dá)2連接于雷達(dá)處理單元12，而單元12又連接于跟蹤計(jì)算機(jī)9。利用第一雷達(dá)束10，在第一跟蹤門區(qū)18范圍內(nèi)跟蹤水面靶6；在本實(shí)施例的實(shí)例中，門區(qū)長(zhǎng)度是300m。在水面靶的位置，第一雷達(dá)束具有250m的寬度。在這個(gè)實(shí)例中，水面靶與船之間距離是8000m。第二雷達(dá)束11是例如根據(jù)來(lái)自跟蹤計(jì)算機(jī)9的一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，瞄準(zhǔn)水面靶6的上方；在本實(shí)施例的實(shí)例中，其角度處于0.5與1.0度之間，取決于靶距離。在本實(shí)施例的實(shí)例中，在水面靶6的位置，第二雷達(dá)束具有約60m的寬度。第一雷達(dá)束10足夠?qū)?，可繼續(xù)跟蹤水面靶6。在一個(gè)給定的時(shí)間點(diǎn)，以前射出的炮彈5出現(xiàn)于第二雷達(dá)束中；在圖3中，用點(diǎn)13表示它。這時(shí)，最終速度例如是約300至500m/s，彈著角15例如是約16度。連接于跟蹤計(jì)算機(jī)9的雷達(dá)處理單元12，在一個(gè)處于水面靶附近的用于第二雷達(dá)束11的捕獲門區(qū)19范圍內(nèi)，通過(guò)根據(jù)多普勒頻譜成分以技術(shù)上熟知的方式記錄和選擇靶回波，檢測(cè)炮彈。在本實(shí)施例的實(shí)例中，實(shí)現(xiàn)這種檢測(cè)的方法是發(fā)射雷達(dá)傳送脈沖的短脈沖串，和檢測(cè)每個(gè)短脈沖串的可能回波。如果在捕獲門區(qū)19范圍內(nèi)檢測(cè)到，至少兩個(gè)相繼的回波至少具有相繼的相同距離和多普勒頻譜成分，則會(huì)以充分低的誤報(bào)警率檢測(cè)炮彈。在實(shí)例中，捕獲門區(qū)19具有約1000m的長(zhǎng)度。其后，通過(guò)在雷達(dá)處理單元12內(nèi)在距離上確定炮彈回波位置的跟蹤門區(qū)20，即點(diǎn)13，來(lái)跟蹤炮彈。因此，跟蹤門區(qū)20沿著炮彈的回波而移動(dòng)。在本實(shí)施例的實(shí)例中，雷達(dá)處理單元12向跟蹤計(jì)算機(jī)9提供一種炮彈位置和速度的測(cè)量。在這時(shí)，炮彈位置是在三維上已知的；而且炮彈已處在很靠近靶的范圍以內(nèi)。根據(jù)第二雷達(dá)束的靶回波和關(guān)于炮彈的彈道數(shù)據(jù)，能夠作出關(guān)于炮彈的彈著點(diǎn)的預(yù)測(cè)。在所述跟蹤門區(qū)中沒(méi)有接收足夠大的信號(hào)噪聲比的炮彈測(cè)量的時(shí)刻14，雷達(dá)處理單元12停止炮彈的測(cè)量。在這時(shí)，通常在炮彈將擊中靶或水的部位的前面200至300m處，炮彈明顯地脫離第二雷達(dá)束。在一個(gè)容許檢測(cè)相繼地射出的好幾個(gè)炮彈的有利實(shí)施例中，一個(gè)隨后的炮彈剛被檢測(cè)到兩次相同的距離和多普勒頻譜成分，雷達(dá)處理單元就停止炮彈的測(cè)量，于是這個(gè)炮彈進(jìn)入被跟蹤。然后，跟蹤計(jì)算機(jī)9對(duì)不再跟蹤的炮彈預(yù)測(cè)其進(jìn)一步的彈道。如果把跟蹤計(jì)算機(jī)安排成同時(shí)跟蹤多個(gè)炮彈，則也能夠?qū)嵤┍饶康摹?br> 可用外推法從點(diǎn)14對(duì)彈著點(diǎn)作出預(yù)測(cè)。同時(shí)根據(jù)射擊時(shí)初始速度和炮彈彈道數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)相比，這種預(yù)測(cè)要準(zhǔn)確得多，因?yàn)樵谄鋸椀赖淖詈箅A段知道炮彈的位置。不一定要在整個(gè)彈道期間全程跟蹤炮彈。跟蹤計(jì)算機(jī)現(xiàn)在可以把該計(jì)算彈著點(diǎn)與預(yù)測(cè)命中點(diǎn)之間的差異，在考慮到它們的不同時(shí)間有效性，即所謂IAC數(shù)據(jù)的情況下，傳送到用于在操作中校準(zhǔn)的射擊控制計(jì)算機(jī)8。根據(jù)這一點(diǎn)，射擊控制計(jì)算機(jī)能夠重新調(diào)整隨后一些炮彈的射擊方向。象考慮其相對(duì)時(shí)間有效性一樣，還可在一個(gè)能進(jìn)行脫靶距離指示(MDI)的顯示單元上，呈現(xiàn)所計(jì)算的彈著點(diǎn)以及靶6。
根據(jù)本發(fā)明的方法的應(yīng)用決不是只限于所述的配置，而是還適用于其它的炮彈校準(zhǔn)，其它的雷達(dá)束發(fā)送頻率，或不同地選擇的跟蹤和捕獲門區(qū)等。炮彈可以包括導(dǎo)彈。雖然本方法還適用于陸基配置的應(yīng)用，但實(shí)施例的實(shí)例只涉及海上配置。
也能用一個(gè)第一和一個(gè)第二雷達(dá)設(shè)備產(chǎn)生第一和第二雷達(dá)束。這時(shí)第一束用于跟蹤靶，而第二束則正好瞄準(zhǔn)靶上方。因此，可根據(jù)有關(guān)第一束的跟蹤數(shù)據(jù)，在方位角上控制第二束。
這就能用一個(gè)比較簡(jiǎn)單的雷達(dá)產(chǎn)生第二束。
在一個(gè)可行的實(shí)施例中，第一和第二雷達(dá)束包括一個(gè)單獨(dú)的雷達(dá)束，它的主波瓣瞄準(zhǔn)靶的上面，因此，至少相對(duì)于炮彈回波的鏡像效應(yīng)實(shí)際上是不明顯的，或甚至是不存在的。這可用一個(gè)適當(dāng)選擇的雷達(dá)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。靶仍然呈現(xiàn)于雷達(dá)束主波瓣的下段或者側(cè)瓣中，從而能夠檢測(cè)和跟蹤靶。這成為可能，是因?yàn)榘型ǔ．a(chǎn)生一個(gè)比炮彈強(qiáng)得多的回波。因此，相同的單獨(dú)雷達(dá)束能夠用于檢測(cè)炮彈，并且以上述方式預(yù)測(cè)彈著點(diǎn)。
權(quán)利要求
1．一種用于確定射擊炮彈相對(duì)于靶的彈著點(diǎn)的方法，其特征在于借助第一雷達(dá)束跟蹤靶；使第二雷達(dá)束瞄準(zhǔn)靶的上方；等待炮彈出現(xiàn)于第二雷達(dá)束中；和根據(jù)第二雷達(dá)束的數(shù)據(jù)確定彈著點(diǎn)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，為了確定彈著點(diǎn)，利用炮彈的彈道數(shù)據(jù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，第二雷達(dá)束窄于第一雷達(dá)束。
4．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，用一個(gè)單獨(dú)的天線和與它相連的雷達(dá)裝置來(lái)產(chǎn)生第一雷達(dá)束和第二雷達(dá)束。
5．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，第一雷達(dá)束在Ⅰ頻帶操作，和第二雷達(dá)束在Ka頻帶操作。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，從一條船上射出炮彈，并且在同一條船中產(chǎn)生第一和第二雷達(dá)束。
7．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，如果炮彈出現(xiàn)于第二雷達(dá)束內(nèi)，則第二雷達(dá)束首先捕獲在捕獲門區(qū)內(nèi)的炮彈，然后在一個(gè)比捕獲門區(qū)小得多的跟蹤門區(qū)內(nèi)跟蹤炮彈。
8．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)定的彈著點(diǎn)，調(diào)節(jié)炮彈的射擊方向。
9．一種用于確定射擊炮彈相對(duì)于靶的彈著點(diǎn)的系統(tǒng)，它包括一個(gè)雷達(dá)處理單元，一個(gè)用于產(chǎn)生第一雷達(dá)束的第一雷達(dá)設(shè)備，和一個(gè)用于產(chǎn)生第二雷達(dá)束的第二雷達(dá)設(shè)備，其特征在于-雷達(dá)處理單元連接于第一和第二雷達(dá)設(shè)備；-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成調(diào)整第一雷達(dá)設(shè)備，使靶處于第一雷達(dá)束內(nèi)；-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成調(diào)整第二雷達(dá)設(shè)備，使第二雷達(dá)束正好瞄準(zhǔn)靶的上方；-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成，一個(gè)炮彈或類似的飛行物體一進(jìn)入第二雷達(dá)束，就檢測(cè)它的位置；和-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成，根據(jù)所檢測(cè)的炮彈位置，預(yù)測(cè)炮彈的彈著點(diǎn)。
10．一種用于確定射擊炮彈相對(duì)于靶的彈著點(diǎn)的系統(tǒng)，它包括一個(gè)雷達(dá)處理單元，和一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)第一雷達(dá)束和一個(gè)第二雷達(dá)束的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于-雷達(dá)處理單元連接于雷達(dá)設(shè)備；-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成調(diào)整雷達(dá)設(shè)備，使靶基本上處于第一雷達(dá)束內(nèi)，并且使第二雷達(dá)束正好瞄準(zhǔn)靶的上方；-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成，一個(gè)炮彈或類似的飛行物體一進(jìn)入第二雷達(dá)束，就檢測(cè)它的位置；和-雷達(dá)處理單元被設(shè)計(jì)成，根據(jù)所檢測(cè)的炮彈位置，預(yù)測(cè)炮彈的彈著點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定射出炮彈(5)相對(duì)于水面或空中靶(6)的彈著點(diǎn)的方法。用下述方法確定彈著點(diǎn):用第一波束(10)跟蹤靶(6);同時(shí)用第二波束(11)瞄準(zhǔn)靶(6)的上方;等待炮彈(5)處于第二波束(11)內(nèi);然后通過(guò)第二波束(11)測(cè)量數(shù)據(jù)的外推,預(yù)測(cè)炮彈的彈著點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S13/72GK1230259SQ97197878
公開(kāi)日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1997年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者賈克波·厄爾克·德克 申請(qǐng)人:荷蘭塞納拉帕拉塔公司