CN114117771A - 一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法 - Google Patents

Abstract

本发明属于舰炮对陆射击火力毁伤评估技术领域，具体涉及一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法。本发明基于分配密度在一定的毁伤概率的基础上，提出了一种舰炮直接射击的最优火力分配方案通过计算弹着点与覆盖面积的数学解析及概率分布模型、命中概率与可视面积关系、命中概率与射击距离关系等，可有效计算直接射击的毁伤效果。

Description

一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法

技术领域

本发明属于舰炮对陆射击火力毁伤评估技术领域，具体涉及一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法。

背景技术

针对目前舰炮对陆直接射击火力毁伤效能多采用近似解析计算的问题，提出了基于射击过程仿真的方法，探讨了舰炮直接射击过程仿真法在毁伤效能计算中的应用，为指挥员提供舰炮对陆单个目标毁伤概率、集群目标毁伤百分数的数学期望等重要参考数据。将设计杀伤率-目标价值算法应用于直接火力地面消耗模型，该算法用于在用户设定的时间周期内确定每种射击类型-目标类型对的系统对系统结果。该方法计算量小，运算速度快，该算法能够对舰炮对陆直接射击的毁伤程度进行预测，为指挥员定下舰炮对陆攻击战斗决心提供一种有效的仿真计算手段。

火力毁伤：火力毁伤是指对目标打击时所能达到的毁伤程度，反映了武器系统对目标的毁伤能力，是考察武器系统性能以及作战任务完成情况的重要指标之一。

直接射击：是兵器直接瞄准目标所进行的射击；是摧毁敌方点状坚固目标和装甲目标的一种重要手段。直接射击的杀伤效果主要由武器类型、使用弹种、射击距离、目标状态(面积、运动或静止、航向等)、命中概率、毁伤概率(平均必须命中单数)等因素决定。

毁伤幅员：目标毁伤幅员是指以目标中心为中心点的幅员区域，弹丸落在该幅员内，则目标必然被毁伤；落在该幅员区域以外，则目标一定不被毁伤。弹药毁伤幅员是指以弹丸落点为中心点，毁伤半径覆盖的区域，在此区域内的目标肯定被毁伤，反之，目标肯定不被毁伤。目标的毁伤程度取决于弹丸落点与目标的相对位置，通常目标毁伤幅员与弹药毁伤幅员不加以区分，统称为毁伤幅员。在求解目标毁伤概率时用目标毁伤幅员，在求取毁伤面积时常用弹药毁伤幅员。

发明内容

本发明的射击过程计算是根据射击误差组成、瞄准点位置模拟弹着点位置，通过比较弹着点和瞄准点的相对位置，判断弹着点是否落入目标毁伤幅员内，统计落入目标毁伤幅员内的弹着点数目，根据毁伤概率计算射击火力毁伤评估。

本发明的技术方案如下：

应用直接射击目标消耗模型应用杀伤率-目标评估算法，用于确定每种射击类型-目标类型的计算。

算法用于计算舰炮对对陆目标的直接射击效果。舰炮分配在火力集中点上。算法建立射击者火力集中点和目标列表，根据武器类型的射击距离和武器方向分配目标给舰炮，并将武器类型的目标数量和杀伤率分配目标给舰炮。

算法基本流程：

(1)数据准备，包括两种：射击参数和目标参数。

射击参数包括武器类型、弹药类型、射击单位、射击距离、射击时间间隔。

①武器类型，不同武器类型兵器射击有不同的射击效果；该算法主要应用于舰炮，也适用于其他类型的加农炮等。

②弹药类型，为了取得最大的射击效果，对不同类型的目标要使用不同的弹种，穿甲弹、破甲弹、榴弹、增程弹等。

③射击单位，一般以本舰为单位实施射击。

④射击距离，对直接射击命中率有重大的影响，命中概率随射击距离等增加明显下降；

⑤射击时间间隔，舰炮射击目标时连续发射时间间隔。

目标参数主要包括：

①目标的可见高度H、目标的可见宽度W、毁伤目标的平均必须命中弹数。

②目标状态参数，运动或静止和航路角(或偏转角)。

③目标毁伤必须命中弹数，根据目标的类型与我方武器弹药类型通过查表可获得：使用n枚i型弹可以摧毁j型目标，n为摧毁改型目标的必须命中弹药数量。

(2)计算命中概率。

①命中概率的计算。需要采用的参数包括射击的高低和方向误差。不同武器、使用不同弹种射击目标不同的射击误差需要通过专用数据查取。

影响命中率的主要因素高低概率偏差、方向概率偏差、目标的可见高度、可见宽度。

(3)毁伤计算，包括毁伤概率计算、消耗弹量计算。

①当N件直接射击武器对M个目标，特别是对多个装甲运动目标射击时，需要计算多个毁伤概率值

即第i件武器射击第j个目标时的毁伤概率i＝1,…,N；j＝1,…M在一般情况下可以用一个平均意义下的

值代表所有的

使用。

②考虑战场环境因素的影响，一般战场环境条件下可使命中概率与毁伤概率平均下降20％～30％，因此需要对计算出的毁伤概率进行修改正，修正

值的系数范围0.7～0.8。

③摧毁目标最低弹药量计算，通过毁伤概率等数据计算出打击某型目标所需要的最小弹药数量。

一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法，步骤如下：

步骤1：计算命中概率

离散射击情况下，对目标进行射击时，假设第i次射击击中目标的概率为p_i，则未击中目标的概率为q_i＝1-p_i，每次射击都是相互独立的事件，设X为首次击中目标所用的射击次数，是一个离散型随机变量，经过n次射击后击中目标的概率为：

根据上式中的概率，可得射击并击中所用的平均射击次数为：

当第i次射击并击中目标的概率为常量，即p_i＝p，i＝1,2，…时，则

影响命中概率的关键要素包含目标的可视宽度W与目标的可视高度H及射击距离L。

由于目标外形通常不规则，采用的求目标的可视面积方法包括面积比和网格法，网格法将目标做出若干个网格，通过对各个网格求积分获取各个网格的命中概率，最终获的总体的命中概率，其命中概率表达式如下：

P＝∫∫∫f(x,y,z)dv

f(x,y,z)为目标可视面积与距离关系表达式

式中α_f为目标正面夹角；α_g为侧面夹角；P_f为没有考虑可视面积的命中概率；W为目标可视宽度；L为目标可视长度；a为入射角度。

步骤2：计算毁伤概率/杀伤率

根据我方武器毁伤面积与目标面积的覆盖情况(不考虑命中概率的场合下)可获得幅员毁伤概率，采用如下公式进行描述：

假设我方兵力火力范围大于目标幅员，及δ_x≥l_x，

δ_z≥l_z，此时E(x)如下

式中，x是炸点与目标中心点在x方向上的距离；z是炸点与目标中心在z方向上的距离；l_x是目标纵深/2；l_z是目标正面/2；δ_x是威力纵深/2；δ_z是威力正面/2；

|x|＜δ_x-l_x为我方火力毁伤面积完全覆盖目标面积；

δ_x-l_x≤|x|≤δ_x+l_x为我方火力毁伤面积与目标面积部分相交；

目标的毁伤概率为：

P(x)＝p_i·E(x)

式中，p_i为目标的命中概率；E(x)为目标幅员毁伤概率。

步骤3：计算射击误差

射击误差：指在射击中，任意一次发射点的炸点对瞄准点的偏差；

误差：包含诸元误差、散布误差与射击误差；

诸元误差：散布中心点对瞄准点的偏差量称为诸元误差；

为距离上的误差，

为射击方向上的误差，误差服从二维正态分布，分布密度表达式如下：

式中：x,z为散布中心坐标；

ρ为正态常数，其值为0.476936；

E_d,E_f为诸元的距离和方向中间误差；

散布误差：炸点对散布中心的偏差量为散布误差；

散布误差的分布密度：

式中：x′,z′为炸点坐标；

B_dB_f为散布的距离和方向中间误差，即散布(距离、方向)误差的半数中界值；

射击误差：它是散布中心点对瞄准点和炸点对散布中心偏差的总和；

根据向量运算法则，射击误差采用如下公式进行描述：

式中：E_x表示射击的距离误差；

E_z表示射击的方向误差；

步骤4：计算修正杀伤率

根据获得目标所需时间，修正杀伤率采用如下公式进行描述：

式中：mKR_ij为修正后杀伤率:i类型射击者能够获得和杀伤j类型目标的比率(每分钟的目标)之所以称为修正后的杀伤率是因为它是从杀伤率和获得率而得到的；

P_ij为i类型射击者能够获得和杀伤j类型目标的杀伤率；

ΔT为获得一个目标所需的总时间(秒/每个目标)，时间是地形和环境的函数；

为战场环境因素影响的修正系数，通常为0.7～0.8。

由于射击误差的客观存在，修正杀伤率需要根据射击误差进行相关计算，具体采用如下公式进行描述：

P_ij＝(1.0-(E_x·E_z))

步骤5：计算目标损耗值

计算目标损耗值采用如下公式进行描述：

火力集中点i对火力集中点j的目标损耗值：即杀伤率与时间的乘积，受通视线、可射击者比率以及火力集中点i对火力集中点j分配率相关数据影响。

式中：m为目标数量(例如有生力量或火力点)；

N_j为目标资源项j的实数；

ω为目标毁伤必须命中弹数，根据目标的类型与我方武器弹药类型通过查表可获得：使用n枚i型弹可以摧毁j型目标，n为摧毁改型目标的必须命中弹药数量。

mKR_ij为修正杀伤率。

本发明的有益效果：

本发明基于分配密度在一定的毁伤概率的基础上，提出了一种舰炮直接射击的最优火力分配方案通过计算弹着点与覆盖面积的数学解析及概率分布模型、命中概率与可视面积关系、命中概率与射击距离关系等，可有效计算直接射击的毁伤效果。

附图说明

图1是定向冲击武器示意图；

图2是标准波段示意图；

图3是目标可视面积示意图；

图4是覆盖面目标示意图；

图5是诸元误差示意图；

图6是命中概率与可视面积关系示意图；

图7是命中概率与射击距离关系示意图；

图8是射击误差与炸点对瞄准点的偏差关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的一个具体实例。

设我方武器各弹型射击距离段列表为(单位：米)：500,1000,1500,2000,2500,3000,4000,5000，时间间隔为15分钟，主要杀伤武器为某口径舰炮；

设目标为某类型坦克，根据当量计算，以某口径舰炮毁伤该型坦克所需目标毁伤必须命中弹数为3枚；

设敌方以连为标准作战单位，火力配置包含9辆主战坦克：

运用Matlab语言编制仿真程序，并进行了相关演算。

首选计算命中概率与可视面积关系如图6所示；其次计算命中概率与射击距离关系如图7所示。

根据命中概率与可视面积、射击距离之间进行数据演算，得出数据如下表所示：

表1命中概率与可视面积、射击距离的关系

射击误差与炸点对瞄准点的偏差关系如图8所示，根据射击误差及敌方兵力数量，舰炮使用某型弹药进行直接射击，得出火力消耗计算结果：

表2消耗计算结果表

Claims (3)

1.一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：计算命中概率

离散射击情况下，对目标进行射击时，假设第i次射击击中目标的概率为p_i，则未击中目标的概率为q_i＝1-p_i，每次射击都是相互独立的事件，设X为首次击中目标所用的射击次数，是一个离散型随机变量，经过n次射击后击中目标的概率为：

根据上式中的概率，可得射击并击中所用的平均射击次数为：

当第i次射击并击中目标的概率为常量，即p_i＝p，i＝1，2，…时，则

影响命中概率的关键要素包含目标的可视宽度W与目标的可视高度H及射击距离L；

由于目标外形通常不规则，采用的求目标的可视面积方法包括面积比和网格法，网格法将目标做出若干个网格，通过对各个网格求积分获取各个网格的命中概率，最终获的总体的命中概率，其命中概率表达式如下：

P＝∫∫∫f(x，y，z)dv

f(x，y，z)为目标可视面积与距离关系表达式

式中α_f为目标正面夹角；α_g为侧面夹角；P_f为没有考虑可视面积的命中概率；W为目标可视宽度；L为目标可视长度；a为入射角度；

步骤2：计算毁伤概率/杀伤率

根据我方武器毁伤面积与目标面积的覆盖情况(不考虑命中概率的场合下)可获得幅员毁伤概率，采用如下公式进行描述：

假设我方兵力火力范围大于目标幅员，及δ_x≥l_x，

δ_z≥l_z，此时E(x)如下

式中，x是炸点与目标中心点在x方向上的距离；z是炸点与目标中心在z方向上的距离；l_x是目标纵深/2；l_z是目标正面/2；δ_x是威力纵深/2；δ_z是威力正面/2；

|x|＜δ_x-l_x为我方火力毁伤面积完全覆盖目标面积；

δ_x-l_x≤|x|≤δ_x+l_x为我方火力毁伤面积与目标面积部分相交；

目标的毁伤概率为：

P(x)＝p_i·E(x)

式中，p_i为目标的命中概率；E(x)为目标幅员毁伤概率；

步骤3：计算射击误差

射击误差是指在射击中，任意一次发射点的炸点对瞄准点的偏差；

误差包含诸元误差、散布误差与射击误差；

诸元误差：散布中心点对瞄准点的偏差量称为诸元误差；

为距离上的误差，

为射击方向上的误差，误差服从二维正态分布，分布密度表达式如下：

式中：x，z为散布中心坐标；

ρ为正态常数；

E_d，E_f为诸元的距离和方向中间误差；

散布误差：炸点对散布中心的偏差量为散布误差；

散布误差的分布密度：

式中：x′，z′为炸点坐标；

B_dB_f为散布的距离和方向中间误差，即散布(距离、方向)误差的半数中界值；

射击误差：它是散布中心点对瞄准点和炸点对散布中心偏差的总和；

根据向量运算法则，射击误差采用如下公式进行描述：

式中：E_x表示射击的距离误差；

E_z表示射击的方向误差；

步骤4：计算修正杀伤率

根据获得目标所需时间，修正杀伤率采用如下公式进行描述：

式中：mKR_ij为修正后杀伤率：i类型射击者能够获得和杀伤j类型目标的比率(每分钟的目标)之所以称为修正后的杀伤率是因为它是从杀伤率和获得率而得到的；

P_ij为i类型射击者能够获得和杀伤j类型目标的杀伤率；

ΔT为获得一个目标所需的总时间(秒/每个目标)，时间是地形和环境的函数；

为战场环境因素影响的修正系数；

由于射击误差的客观存在，修正杀伤率需要根据射击误差进行相关计算，具体采用如下公式进行描述：

P_ij＝(1.0-(E_x·E_z))

步骤5：计算目标损耗值

计算目标损耗值采用如下公式进行描述：

火力集中点i对火力集中点j的目标损耗值：即杀伤率与时间的乘积，受通视线、可射击者比率以及火力集中点i对火力集中点j分配率相关数据影响；

式中：m为目标数量(例如有生力量或火力点)；

N_j为目标资源项j的实数；

ω为目标毁伤必须命中弹数，根据目标的类型与我方武器弹药类型通过查表可获得：使用n枚i型弹可以摧毁j型目标，n为摧毁改型目标的必须命中弹药数量；mKR_ij为修正杀伤率。

2.如权利要求1所述的一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法，其特征在于，所述的

为战场环境因素影响的修正系数为0.7～0.8。

3.如权利要求1或2所述的一种舰炮对陆直接射击火力毁伤评估仿真算法，其特征在于，所述的ρ为正态常数，其值为0.476936。

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