浅谈惯性技术在炮兵作战中的运用

浅谈惯性技术在炮兵作战中的运用

摘要:随着各种新型技术在战场上的普遍运用,炮兵作战面临了新的挑战。为了提高炮兵精确测量保障、全天候作战、以及火力反应能力,惯性技术在炮兵各阶段的应用将发挥出越来越重要的作用。

关键词:惯性技术炮兵

1 惯性技术的概念

惯性技术是惯性导航技术,惯性制导技术,惯性测量技术,惯性测试设备和装置技术的统称。它已有40多年的历史。由于惯性技术的自主性等特点,它不需要引入外界信息便可实现导航、制导、测量。所以对炮兵部队实施精确打击和火力快速反应具有非常重要的现实意义。

1.1 惯性导航技术

导航,顾名思义就是引导航行。其定义是正确引导运动物体沿着预定的航线,以要求的精度,在指定的时间内到达目的地的技术。惯性导航是以牛顿惯性定律为基础,通过在载体上测量载体运动的加速度(惯性),并自动进行积分运算,得到载体运动速度和位置坐标等导航信息。按照所采用的惯性平台形式不同可分为捷联式惯性导航系统和平台式惯性导航系统两大类:平台式惯性导航系统是将陀螺仪和加速度计安装在一个稳定平台上,以平台坐标系为基准,测量运载体各运动参

数。捷联式惯性系统则不需要稳定平台或常平架系统。

1.2 惯性制导技术

惯性制导是指利用航行载体上惯性测量设备测量载体相对惯性空间的运动参数,并在给定初始运动条件下,通过计算机计算处载体的速度、位置及姿态等参数,形成制导指令,实施控制导引的一种制导方式。执行该制导方式的装置和系统称之为惯性制导系统,它实质是一个自主式的空间基准保持系统,主要有陀螺仪、加速度计、制导计算机和控制系统等组成,他们被全部安装在航行载体上。在惯性制导中,由加速度计测量载体质心运动的三个线加速度分量,利用陀螺仪测量载体绕质心转动的三个角速度分量制导计算机则根据所测得的数据和给定的载体运动初始条件,计算出载体线速度、距离和位置(经、纬度),并经转换和进行综合处理后得到所要求的制导控制指令,由载体上的控制系统按照控制指令引导载体飞向目的地或被攻击目标。与惯性导航一样,按照惯性测量装置在弹上的安装方式,惯性制导可分为平台式惯性制导和捷联式惯性制导。

1.3 惯性测量技术

惯性测量也称惯性大地测量,是利用惯性技术,同时、快速地获得多种大地测量数据(如经纬度、高程、方位角、重力异常和重线变差等)的一种新技术。其原理是通过惯性元件(陀螺仪和加速度计等)感受载体(汽车或直升飞机等)在运行过程中的加速度计,由计算机对输入

的加速度进行两次积分,便可得出该载体在空间的位置变化等,所以它想对测量系统,从原理上讲,是属于物理性的。由于它的出现,给大地测量和快速定位提供了一个新的前景。

惯性测量系统的作用是测出运载体在某一参考系的三维坐标。因此必须建立一个参考坐标系。提供参考坐标系的方法有二种:一种是由数学方式通过计算机来实现。把惯性元件直接安装在运载体上,这种系统不需要平台,称为捷联式系统。另外一种称为平台式测量系统,它是用物理方式通过平台系统来实现。将加速度计安装在平台上,不论运载体的方向如何改变,平台在惯性空间的取向将保持一致或始终跟踪地理坐标系,安装在平台上的加速度计的敏感轴直接指向参考坐标系的各轴。

2 惯性技术在炮兵作战各阶段中的应用

2.1 测地准备阶段

惯性测量的突出特点就是全天候、自主性工作,测量过程只依赖仪器本身的功能进行,除此之外,不再要求外界提供别的条件。这一特点非常符合炮兵作战测地实施要求。既可以满足炮兵测地分队全天候保障任务,又可以完成在复杂环境和强电子干扰情况下其它测地手段难以完成的任务。炮兵在常规测地保障中,要求点与点之间通视,选择控制点时要考虑地形条件,观测时要与大气折射和恒星时等因素发生

关系,但在惯性测量中,不需要考虑这一问题。

此外,由于受惯性元件性能的限制,其测量误差随工作时间的增长而迅速增加。因此,连续作业的时间不能太长。通常,载体以运行—停止—再运行—再停止的方式进行,以缩短连续作业时间,减少误差积累,这一过程称为零速修正。这是惯性测量实现误差控制的一个重要环节。

2.2 火炮瞄准阶段

火炮在射击前必须进行瞄准,所谓瞄准就是赋予火炮身管准确的方向。实现这一目的的常规方法是,首先要确定火炮发射管的初始位置,以及目标相对于发射管的相对距离和方向。然后通过计算得到射击诸元。根据惯性导航系统原理我们知道,通过惯性系统的初始对准就可以得到初始射向,射角和侧倾角。从而能够准确的得出火炮的初始值。

如果把惯性导航系统固定在火炮的相应位置上,那么在火炮瞄准时,应首先根据加速度计测得的重力加速度矢量在载体坐标中的分量和陀螺仪测得的地球速率矢量在载体坐标中的分量来计算初始姿态角的大小,然后通过陀螺仪来敏感发射管姿态角的变化,通过计算可得出发射管姿态角的度,也就是得到了火炮即时射向和射角的值。惯性系统实时敏感发射管姿态的变化,从而确保发射管有正确的指向,完成了“瞄准导航”过程。

2.3 惯性制导

对于火炮而言,射程无疑是一个最重要的因素,以使在敌方火炮还够不着己方时,己方炮弹已落入敌方阵地。然而随着火炮射程的增加,由于风、大气密度变化、载药量等因素的影响,命中误差也会增大。为了解决射程与精度这一对矛盾,各国都在努力研制精确制导炮弹。

2010年6月大西洋惯性系统公司完成了MinIM微型惯性制导装置。它将一个六自由度惯性测量装置封闭在制式引信室内,该装置可用于为火箭炮和炮弹等小型弹药提供惯性制导。它突出的优点是:更轻、更低价、精度更高,不依赖GPS等系统能够独立制导。

参考文献

[1] 祝永刚,许正扬.惯性测量系统的理论与应用[M].北京:测绘出版社,1999.

[2] 刘兴堂,等.现代导航、制导与控制技术[M].北京:科学出版社,2010.

[3] 李跃.导航与定位[M].北京:国防工业出版社,2008,7.