CN114970201A - 动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，计算方便，命中精度精确度高。该方法包括以下步骤：测量基于射击门的坦克炮在静止条件下对固定目标的单发命中概率；测量一段时间内坦克炮在动对动试验条件下的武器线指向对射击门的穿越频率、武器线在射击门内的滞留时间和射击门外的待机时间，建立滞留时间和待机时间的概率分布密度函数，运用随机过程的交替更新原理，计算坦克炮在动对动射击条件下的首发命中概率。本发明根据随机过程交替更新理论，对坦克炮武器线的随机穿越特性进行了更准确的描述和处理，可在不进行坦克炮动对动实弹射击的情况下，快速获得首发命中概率，简化了坦克炮动对动射击的首发命中概率的检测。

Description

动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法

技术领域

本发明属于装甲车类火控系统及目标均处于运动状态(动对动)发命中概率评估技术领域。特别是一种动对动射击条件下的坦克炮首发命中概率的检测方法。

背景技术

现代装甲车类坦克造价高品，真车训练费用高，很多日常训练都在模拟器上进行，因此对具有射击门体制下的坦克首发命中率(FRHP)进行仿真研究对研究火控系统性能，提高模拟真实度具有重要意义。首发命中率是衡量坦克火控系统的主要性能指标，也是计算坦克火力系统射击效能指标必不可少的基础数据。对于确定的弹目系统，毁伤能力可以理解为目标的毁伤概率。首发命中率FRHP的高低直接反映坦克火控系统性能的优劣。然而，要在可接受的条件下和在高射速情况下获得首发命中率，有几方面的情况必须给予充分考虑。在这些情况中，有些是共知的，有些则是被部分或者完全忽视了。由于各种误差的影响，不可能每弹必中，而只能有多大可能性-即概率意义上的命中。在发射过程中，发生在火炮身管内部的运动过程进一步增加了解决问题的复杂性。当弹丸被强大的压力向前推进时，火炮身管随着弹丸的前进而膨胀，从而引起身管的弯曲(类似水在橡胶软管里通过时所引起的软管变化)。一旦弹丸向前运动，膛内压力将减小，身管也将恢复到正常状态，但这将再次引起身管的弯曲。由于内弹道原因，身管的变形将影响射击过程中火炮身管的运动，尽管这些变化是微小的和难以测量的，然而它们对射弹的首发命中率则起着关键的作用。若将FRHP 指标与射击距离R联系在一起，在射击靶为2.3x2.3m条件下，FRHP用命中概率为50％的距离R＊来衡量(当然要对特定的弹种).事实上，上述定义FRHP的方法只是便于比较不同系统的性能或进行理论推算，而实际考核FRHP的方法往往是在不同距离上射击一定数量的弹药来确定其FRHP(一般用命中频率作为命中概率)。在射击弹药不太多的情况下，用命中频率代替命中概率误差。对火控系统射击试验而言，由于射弹少和随机误差的影响，使得FRHP和系统精度之间并不那么吻合，仅用FRHP来衡量射击结果就不那么充分，必须考虑命中精度(密集度)。在实际工作中经常碰到比较两个系统的射击精度问题，这一般要用无偏估计量比较，否则不能得到正确的结论。至于如何确定检验正体方差的假设所必须的样本容量”，这涉及到检验的效函数及施行特征函数，即要事先放弃真错误的概率和采伪错误的概率。

坦克在战术机动的同时对敌方的地面机动目标实施作战过程中(简称动对动)，以其坦克炮直接命中目标仍是今后坦克战斗的最常见形式。影响解命中精度的主要误差源将来自于弹丸飞行时间内目标的机动性。现有火控系统中的角速度传感器只能够测量坦克和目标之间的相对运动速度，以其为观测值是无法完成目标在惯性坐标系下的运动状态估计的。一般的处理过程是，在激光测距得到距离信息后，将极坐标观测结果经坐标转换后，在直角坐标系中进行滤波估计，最后经过坐标转换，重新回到极坐标进行处理。这虽然有利于消除极坐标系引入的伪加速度的影响，但却加大了计算量，同时带来了解耦问题和转换误差。实时仿真系统中关于坦克炮射击命中判断仿真的方法还不成熟。坦克射击仿真中的命中判断，通常有两种方案，一种是采取实时解弹道的方法，求得弹道与物体的交点，即弹着点。这种方法在数字仿真中即为解方程的过程，在实体仿真中即为碰撞检测。第二种是根据火控系统精度，采取随机模拟的方法，确定弹着点。由于目前弹道模型精度难以满足要求，且难以表现射弹散布的规律，所以第一种方案的可操作性不强。动对动射击条件下的坦克炮首发命中概率计算时，传统的做法是通过复杂的动力学方程，求解射击误差，再通过误差的分解与合成，计算出相应的毁伤概率。然而，在现行的国军标检测方法中，动对动坦克炮毁伤概率的计算精度依赖于射击误差的模型，并且检查方法和计算较为复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，其目的在于提供一种计算方便，命中精度精确度高，容易实现弹散布相关性能够提高首发命中率的坦克火控系统首发命中概率的确定方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、测量坦克炮在静止条件下的击发延时t_d、平均射速fr_ave和固定目标射击的首发命中概率p_o，运用随机过程中交替更新理论，通过坦克炮在动对动射击试验中，得到身管指向武器线对射击门的时间穿越特性，计算出武器身管在射击门内时可击发的概率；

步骤2、坦克炮在动对动射击试验条件下，测量一段时间t内，在动对动试验条件下的武器线指向对射击门的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间，根据实际数据的测量计算获得滞留时间总和t_in和射击门外的待机时间总和t_out；

步骤3、输入综合计算机系统根据滞留时间t_in和待机时间t_out的随机特性，推导建立滞留时间和待机时间的概率密度函数，建立滞留时间和待机时间的概率分布密度函数；

步骤4、运用随机过程交替更新定理，计算坦克炮在动对动射击条件下，一段时间t_all内，身管指向武器线滞留射击门的时间概率；将滞留时间概率与静态首发命中概率p_o的乘积作为坦克炮在动对动射击条件下的首发命中概率，利用滞留概率和静态单发命中概率计算坦克炮动对动射击的首发命中概率。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明运用随机过程中交替更新理论，通过坦克炮在动对动射击试验中，得到武器线对射击门的时间穿越特性，计算出武器身管在射击门内时可击发的概率，提高了计算的方便性。

(2)本发明针对射击门体制下的坦克炮首发命中率，在坦克炮在动对动射击试验条件下，测量一段时间t，在动对动试验条件下的武器线指向对射击门的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间，根据实际数据的测量计算获得滞留时间总和t_in和射击门外的待机时间总和t_out；容易实现射弹散布具有相关性的检查，并且不需要在动对动坦克炮试验过程中进行大量的实弹射击，可有效节省试验费用。

本发明考虑目标机动及生存因素等时间约束的首发命中概率，采用输入综合计算机系统根据滞留时间t_in和待机时间t_out的随机特性，推导建立滞留时间和待机时间的概率密度函数，建立滞留时间和待机时间的概率分布密度函数，可靠性高。

本发明针对目前计算火箭炮毁伤概率只考虑射击精度和目标特性及弹药量等因素,而不考虑目标机动和对抗因素、生存能力的不足，基于射击理论和火力对抗理论,运用随机过程交替更新定理，计算坦克炮在动对动射击条件下，根据随机过程交替更新理论，对坦克炮武器线一段时间t_all内，身管指向武器线滞留射击门的时间概率的随机穿越特性进行了更准确的描述和处理，将滞留时间概率与静态首发命中概率p_o的乘积作为坦克炮在动对动射击条件下的首发命中概率，利用滞留概率和静态单发命中概率计算坦克炮动对动射击的首发命中概率。可在不进行坦克炮动对动实弹射击的情况下，快速获得首发命中概率，简化了坦克炮动对动射击的首发命中概率的检测。仿真证明首发命中率的提高,提通过射击门能提高首发命中率。通过模拟推演,证明了该方法的有效性。

附图说明

图1为本发明动对动的射击条件下坦克炮首发命中概率的确定流程示意图；

图2是坦克炮武器线(身管指向)对射击门的随机穿越示意图。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参阅图1、图2。根据本发明，采用如下步骤：

步骤1、测量坦克炮在静止条件下的击发延时t_d、平均射速fr_ave和固定目标射击的首发命中概率p_o，运用随机过程中交替更新理论，通过坦克炮在动对动射击试验中，得到身管指向武器线对射击门的时间穿越特性，计算出武器身管在射击门内时可击发的概率；

步骤2、坦克炮在动对动射击试验条件下，测量一段时间t内，在动对动试验条件下的武器线指向对射击门的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间，根据实际数据的测量计算获得滞留时间总和t_in和射击门外的待机时间总和t_out；

步骤3、输入综合计算机系统根据滞留时间t_in和待机时间t_out的随机特性，推导建立滞留时间和待机时间的概率密度函数，建立滞留时间和待机时间的概率分布密度函数；

步骤4、运用随机过程交替更新定理，计算坦克炮在动对动射击条件下，一段时间t_all内，身管指向武器线滞留射击门的时间概率；将滞留时间概率与静态首发命中概率p_o的乘积作为坦克炮在动对动射击条件下的首发命中概率，利用滞留概率和静态单发命中概率计算坦克炮动对动射击的首发命中概率。

进一步地，在步骤1中，根据实际数据的测量计算，获得所述坦克炮在静止条件下对固定目标射击的首发命中概率p_o。

进一步地，在步骤2中，根据坦克炮身管(武器线)在射击门内随机穿越实际数据的测量计算，获得所述的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间t_in、滞留时间总和∑t_in和射击门外的待机时间总和∑t_out。

骤3中所述的待机时间的概率密度函数为：

滞留时间概率密度函数为：

其中，α₁＝1-α₀，

表示滞留时间的占比，

表示单个滞留时间小于击发延时的时间之和，

式中，t为f_in,n(t)和f_out,n(t)的自变量，n为滞留时间的个数，λ为穿越频率。

进一步地，步骤4中所述的一段时间t_all内，滞留时间大于击发延时的概率，根据以下计算公式得到：

式中，α₀为滞留时间占比，λ为穿越频率，

为发射已发弹药所需的平均时间， T_h≥t_d为最小有效发射时长，p₀₀为状态转移系数，F_out,n为待机时间分布函数，F_in,n+1为滞留时间分布函数，F_ch,n为穿越周期分布函数，也是待机时间和滞留时间的联合分布。转移系数计算方法如下：

p₀₀(t)＝α₀+α₁exp[-(λ/α₀+λ/α₁)t]

p₀₁(t)＝α₁-α₁exp[-(λ/α₀+λ/α₁)t]

式中，t为转移系数的自变量。

待机时间分布函数和滞留时间分布函数计算如下：

待机时间分布函数：

和滞留时间分布函数

穿越时间分布函数：

式中，n＝1,2,...，表示随机穿越周期个数；i＝1,2....，表示循环计算变量，t为各分布函数的自变量。

进一步地，步骤4中所述的动对动射击条件下坦克炮首发命中概率，根据 H(α₀,λ,T_s,T_h)的公式计算得到坦克炮一次射击过程中，其武器线滞留射击门的概率H，再按以下计算公式得到坦克炮首发命中概率：P＝P₀ ·H

式中，P₀为坦克炮在静止条件下对固定目标射击的首发命中概率，H为坦克炮单发射击的滞留时间概率。

实施例1

本实施例应用于考虑动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的计算，具体如下：

设相对速度为40千米/小时的坦克动对动射击试验中，一个坦克炮武器系统的配置为身管数为1、火控系统和测量修正装置均为1，武器的射速为10发/秒，坦克炮在静止条件下对固定目标射击的首发命中概率P₀＝0.8量时间为1200秒，滞留时间为736.6秒，待机时间为463.4秒，击发延时平均值为0.16秒,穿越频率为0.5，单个滞留时间小于击发延时的总时间为1.76秒，利用滞留时间概率计算公式：

可计算出H＝0.627，则该坦克炮在动对动射击条件下坦克炮首发命中概率为 P＝p₀·H＝0.8*0.627＝0.502。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、测量坦克炮在静止条件下的击发延时t_d、平均射速fr_ave和固定目标射击的首发命中概率p_o，运用随机过程中交替更新理论，通过坦克炮在动对动射击试验中，得到身管指向武器线对射击门的时间穿越特性，计算出武器身管在射击门内时可击发的概率；

步骤2、坦克炮在动对动射击试验条件下，测量一段时间t内，在动对动试验条件下的武器线指向对射击门的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间，根据实际数据的测量计算获得滞留时间总和t_in和射击门外的待机时间总和t_out；

步骤3、输入综合计算机系统根据滞留时间t_in和待机时间t_out的随机特性，推导建立滞留时间和待机时间的概率密度函数，建立滞留时间和待机时间的概率分布密度函数；

步骤4、运用随机过程交替更新定理，计算坦克炮在动对动射击条件下，一段时间t_all内，身管指向武器线滞留射击门的时间概率；将滞留时间概率与静态首发命中概率p_o的乘积作为坦克炮在动对动射击条件下的首发命中概率，利用滞留概率和静态单发命中概率计算坦克炮动对动射击的首发命中概率。

2.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，在步骤1中，根据实际数据的测量计算，获得所述坦克炮在静止条件下对固定目标射击的首发命中概率p_o。

3.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，在步骤2中，根据坦克炮身管(武器线)在射击门内随机穿越实际数据的测量计算，获得所述的穿越频率λ、武器线在射击门内的每一个滞留时间t_in、滞留时间总和∑t_in和射击门外的待机时间总和∑t_out。

4.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，骤3中所述的待机时间的概率密度函数为：

滞留时间概率密度函数为：

其中，α₁＝1-α₀，

表示滞留时间的占比，

表示单个滞留时间小于击发延时的时间之和，

式中，t为f_in,n(t)和f_out,n(t)的自变量，n为滞留时间的个数，λ为穿越频率。

5.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，步骤4中所述的一段时间t_all内，滞留时间大于击发延时的概率，根据以下计算公式得到：

式中，α₀为滞留时间占比，，λ为穿越频率，

为发射已发弹药所需的平均时间，T_h≥t_d为最小有效发射时长，p₀₀为状态转移系数，F_out,n为待机时间分布函数，F_in,n+1为滞留时间分布函数，F_ch,n为穿越时间分布函数，也是待机时间和滞留时间的联合分布。转移系数计算方法如下：

p₀₀(t)＝α₀+α₁exp[-(λ/α₀+λ/α₁)t]

p₀₁(t)＝α₁-α₁exp[-(λ/α₀+λ/α₁)t]

式中，t为转移系数的自变量。

6.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，待机时间分布函数和滞留时间分布函数计算如下：

待机时间分布函数：

滞留时间分布函数：

穿越时间分布函数：

式中，n＝1,2,...，表示随机穿越周期个数；i＝1,2....，表示循环计算变量，t为各分布函数的自变量。

7.根据权利要求1所述的一种动对动射击条件下坦克炮首发命中概率的确定方法，其特征在于，步骤4中所述的动对动射击条件下坦克炮首发命中概率，根据H(α₀,λ,T_s,T_h)的公式计算得到坦克炮一次射击过程中，其武器线滞留射击门的概率H，再按以下计算公式得到坦克炮首发命中概率：P＝P₀ ·H

式中，P₀为坦克炮在静止条件下对固定目标射击的首发命中概率，H为坦克炮单发射击的滞留时间概率。

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