摘要：雷达的工作距离限制了雷达的测量距离。由于雷达距离和测量点是恒定的，因此每一种火炮的检测点抽样间隔可能相对较小。在这种情况下，一方面，速度测量的随机误差的相关性很强，这将降低雷达的速度测量精度。另一方面，如果弹丸速度增量（负值）与速度测量的随机误差值相等且相等，则会造成信号失真。
关键词：火炮测速雷达；最少测量点数；作用距离；
近程测速雷达(作用距离为2 0 0倍弹丸直径)在满足火炮初速测量精度要求的最少测重点数下,如果由于雷达作用距离的限制,使数据采样问隔时间太短,就会在一定程度上降低雷达测速精度或使计算发生病态。由于近程测速雷达存在作用距离上的这种局限性,从而使雷达使用性能受到一定程度的限制。
一、测定弹丸速度的意义
1.测定初速的意义。弹丸在空中飞行的速度是弹道学中一个比较重要的物理量。弹丸的初速,对内弹道来说,它作为内弹道理论原理的正确性和计算方法的准确性标准之一;对外弹道来说、它是确、定弹丸在空气中的运动和计算射表的原始量之一。在火炮测试中,确定弹丸的初速,对确定火炮的弹道特征、选择装药和检查火炮与火药的质量,起着决定性的作用。在其它条件相同时,弹丸初速是评价火药有效作用的标准,也是决定弹丸飞行距离、计算弹道和弹丸击中目标的动能的特征量。
2.测定弹丸阻力系数的意义。测定弹丸空气阻力系数的目的 ,是通过与标准弹丸空气阻力系数比较计算弹形系数,从而推算弹道的另一重要参数即弹道系数。阻力系数是弹丸外弹道特征的重要参数,它反映了弹丸的外形特征及克服空气阻力能力的优劣。因而关系到弹丸飞行速度衰减的快慢、射程的远近、飞行时间的长短以及到达目标时存速的大小等,所以历来被设计人员所重视。各种枪炮在进行弹丸设计时,都首先要考虑和确定弹丸阻力系数,再据此进行弹道估算,使其满足战术要求。在此阶段,必须用模拟实验方法,实验测定预设弹丸的阻力系数,即采用风洞吹风实验方法或实弹测速试验方法测定阻力系数。然后再对弹丸外形进行反复修改,直到满足设计要求为止。山此可见,精确测定阻力一系数是弹丸设计的最重要的实验项目之一。
二、靶场对测速雷达的应用
靶场测速方法的应用推动了在战术和弹药检验中对测速方法的应用。在战术中的应用方法,是实测火炮弹丸的初速,修正初速偏差量,提高射击的命中效果,利用实弹测速数据,研究阵地设置方法造成的射弹散布,从而改善阵地设置方法；军队后勤部门利用测速数据检验一批弹药的一致性及存储变化,对保障战斗行动也是必要的。技术主管部门最初曾试图把区截装置测速仪在部队中推广应用。但该装置只能平射不能高射,又受场地和气候条件的限制,还需要有比较丰富的使用经验,结果推行不开,已经发到部队的区截装置测速仪,也只能束之高阁。随着电子技术的发展,特别是测速雷达在靶场的应用,也由此找到了提高火炮射击效率的技术途径。各国纷纷研制并装备了火炮初速测定雷达。
三、合理采样间隔时间对雷达作用距离的要求
1.采样间隔时间tp选取不当带来的问题在雷达测速实践中,常常遇到这样的问题:我们从监视回波信号的仪表上,看到仪表指针偏转较大。这说明回波信号较强。因此判断此发弹应能测下来。可是,我们发现,数据处理结果有时显示`数拼合理性检验未通过”,有时输出结果不合理检查汀印输出数据发现:数据规律不够理想。在这种情况下,虽然多数数据在误差范围内,由于数据受到污染,找不到吻合值,数据合理性检验通不过;或者数据规律错误,被判为“逆吻合”。其结果是使雷达数据录取率降低,雷达应用性能受到了影响。这种现象是由于数据采徉间隔时间选取不当(t p太小)引起的。
2.弹丸的运动特性和雷达噪声的影响,火炮弹丸由火炮发射出炮口后,以初速从千始飞行。由于受空气阻力和地心引力的作习弹丸以负加速度作减速飞行。其速度方程为
v=v o+Vt+v t 2/2
式中,v 0、V、V分别为初速、加速度、加速度变化率。由于V较小,速度方程近似为；
V=V o+V t
在计算弹丸速度时,常采用如下离散化方程:
V l=V一V l一
t+V
1-1tp=1,2,…,N
则速度增量为△v i=V一V
1-1tp
由于加速度亨是负值,速度增量△v 1也是汽值。当雷达采用等间隔时间t p测量弹丸在弹道上各点的速度v1时,随着时问的增长,V1是递减的,减少的数值就是速度增量△v1:一般情况下,雷达测速数据符合土述规律。雷达的测速噪声就是测速随机误差主要由接收机噪声、信号处理系统测频误差和环境噪声引起雷达随机误差的综合影响,可视为高斯型白噪声高斯噪声服从正态分布律N(0,αv),即数学期望这为零,根方差为ɑv。在此前提下,雷达的测速误提值以一定的统计概率发生在确定的区域中,可见,随机误差发生在零附近的概率较大。但是大于如的概率仍有32%。由于随机误差有正有负,正负值发生的概率相等。如果弹丸速度增量的数值和测速随机误差的数值相近,就会有将近l/3的测速数据受到干扰。其中可能有1 6%的测速点失去负增长规律。因此由于随机误差的影响,使某发弹测速数据无吻合值也就成为可能的了。由于雷达测速随机误差的影响,使侧速数据受到污染在对信号和数据进行处理时,对数据进行了滤污农厂简足采祥定理的情况,可使数据污染情况改善,使数据恢复本来面目。但是采样间隔时间不适当地选取,太小或大大,都会降低系统的测速精度而耗祥间隔时间大小时,会降低数字虑波器对测量澡声的滤波能力,从而在一定程度上降低了雷达使尺性能。
3.对数据合理性检验中采样间隔时间的分析。（1）采样问隔时问,大小对判定响合伎的影响当采徉间隔时间tp大小时,使测速随机误差极大差值和速度增量数值增量,在小范国内使数据失去规律性致使数据不吻合,造成数据合理性检验还不过。(2)采样间隔tp大小对预测估计的影响。测速数据中,速度增量的表现值是加速度和随机误差的综合影响。当随机误差和由加速度产生增量相当时,使加速度估计产生较大的误差,从而引起速度预测误差,影响对测速数据是否合理的判定。
4.不合理采样间隔时间和作用距离的关系。在最少测量点数N二1 0和作用距离R=2 0 0 D下,实施雷达测速时,对采样间隔时间的选择,往往留有余地。表1列出了M V R一1雷达过去使用的采样间隔时间t,及速度增量等参数。
表1近程测速雷达对火炮测速时的参数
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表中雷达测速随机误差按a v=0.001V0估算。除了12 2榴、1 5 2加榴、1 5自行加榴等火炮外,大部分火炮弹丸的速度增量△V与雷达测速随机误差根方差值相当。由于近程雷达的作用距离(R=200DD)限制了雷达的测量距离,也迫使采样间隔时间t p太小。这种情况下,数字滤波器对信号噪声滤除能力较弱,计算易发生病态。所以近程测速雷达的作用距离指标R=200D是不合理的。
总之，火炮初速雷达正在被常规兵器靶场和炮兵广泛应用。由于现几代电子技未、计算机技术和信号处理技术的广泛应用,测速雷达的小型化、多功能正在成为现实。过去利用区截装置测速仪测量的参数,测速雷达都能方便地获得,一些利用原始方法获得的参数,如定起角(跳角)、偏流等,也可用测速雷达较方便地得到,一些弹道参数如加速度、弹道倾角、弹丸在直角坐标系中的坐标、火箭弹关机时间和关机速度等,也可通过采用单合或双台测速雷达以巧妙的布站和数据处理而得到。因此火炮测速雷达有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]王凤，火炮测速雷达的应用与发展.2015.
[2]赵新宇，浅谈火炮测速雷达的最小测量点数和作用距离.2017.