AHEAD弹药在防空武器中的应用

Vol.35,SupplementAug,2010火力与指挥控制FireControlandCommandControl第35卷增　刊文章编号:1002-0640-(2010)增刊-0087-02AHEAD弹药在防空武器中的应用刘　静,刘　刚(北方自动控制技术研究所,太原　030006)　　摘　要:重点介绍了AHEAD弹药的基本概念、弹药组成、应用原理、毁伤机理,以及国内首例35mm口径AHEAD弹在某高炮武器系统中的工程应用。关键词:AHEAD弹药,电子时间引信,引信装定,初速测量中图分类号:TJ41　　　　文献标识码:AApplicationofAHEADAmmunitiontotheAirDefenseWeaponLIUJing,LIUGang(NorthAutomaticControlTechnologyInstitute,Taiyuan030006,China)　　Abstract:ThispapermainlydescribesthebasicconceptofAHEADammunitionanditscomposing,fromthesystem,describesoperatingprincipleandimplemds:AHAEDammunition,electronictimefuze,fuzesetting,muzzlevelocitymeasurement1　AHEAD弹药的需求背景随着高新技术在空袭兵器中的大量应用,空袭兵器(反辐射导弹、)将是未来局部战争面临的最大威胁。中低空防御系统防御的目标将更多地向超低空、无人驾驶飞机等类型转化,迫使武器的弹药设计思想出现新的转化。鉴于未来战争的发展趋势,近程防空武器大多采用弹炮一体化方式,同时呈现出高炮弹药的子母化与制导化发展趋势。AHEAD弹作为这种转化的典型代表,采用“间接命中”体制,以显著提高对空中来袭目标的毁伤概率的优势逐渐成为防空高炮的新宠,其多束定向预制破片的杀伤特性提升了小口径高炮的反导能力。径弹药),将现代弹药制造工艺与嵌入式电子技术有机结合,该弹药为可编程弹药,其可编程定时引信可在目标前方适时抛射钨合金子弹,形成致命的弹幕,以此来提高拦截目标的成功率。AHEAD弹药系统由AHEAD弹药、弹丸初速测量与时间引信装定装置、时间引信诸元求取系统三个部分组成。2.1　AHEAD弹药2　AHEAD弹的基本概念AHEAD为“AdvancedHitEfficiencyAndDestruction”的缩写,即“高效命中与毁伤”,AHEAD又可译为“在……前方”,表示AHEAD弹药在目标前方引爆、抛撒子弹药(预置破片),即“超前撒网拦截”的概念。AHEAD弹药是由瑞士厄利空公司首先研制的一种35mm口径高炮的配用弹药(未来也有可能适用于其他小口图1　35mmAHEAD弹药结构示意图AHEAD弹药是一种独具特的字母型可编程引信弹药,主要由可编程电子时间引信、钨合金子弹、抛撒药、薄壁弹体、消化纤维发射药和钢制药筒等组成。其圆柱形钨合金子弹有锋利的边缘,从而保证在小角度也能侵入目标。实弹发射试验表明,7枚～25枚钨合金子弹命中目标就可保证目标的毁伤。该弹可在1.2km处摧毁反辐射导弹,在1.5km处摧毁掠海导弹,在2.5km处摧毁,可在4km处摧毁飞机或直升机等目标。AHEAD弹的主要技术指标如下:弹径:35mm弹丸长度:228稿日期:2009-08-18　　　　修回日期:2009-11-26作者简介:刘　静(1968-　),女,天津人,高级工程师,从事专业:火控总体设计。

·88·初速:1050m/s弹丸质量:750g全弹质量:1780g火力与指挥控制2010年　增　刊“九五”期间部分研究所及院校才开始着手研究。近几年来我国已研制出类似于AHEAD弹的新弹种即多束定向预制破片弹,并把该弹种作为我国自主研制的某防空武器系统的主要配套装备,用来防御低空、超低空入侵的、飞机、无人机和直升机等目标。因此,新型弹药(AHEAD和预制破片)的出现,迫切需要同步研究AHEAD弹工程应用技术,建立相应的数学模型,提出适用于工程实现的算法,搭建高速解算平台,并尽早在武器型号中得到验证和应用。截止2008年底,结合某防空武器系统的研制需求,国内已攻克了AHEAD弹药、弹丸初速测量、电子时间引信建模与工程实现、电子时间引信装定等关键技术,并通过武器系重金属杀伤元素(子弹)总质量:500g左右单枚子弹质量:3.3g子弹数量:152个(国产预制破片弹为133个)抛撒角:10°～12°引信时间装定间隔:1ms引信作用距离:70s∽4600m炮口安全距离:60m2.2　测速与装定装置测速与装定装置由炮口装置和系统信息处理装置组成,炮口装置主要由三个感应线圈组成,其中前两个线圈用来测定弹丸的初速,称为初速测定线圈;最后一个线圈用来装定弹丸的弹底时间引信,称为引信装定线圈。弹丸的弹底内装有一个数据接收线圈和可编程电子时间引信,在通过装定线圈将引信时间无线发射至弹丸上的接收线圈后,弹体上的可编程电子时间引信即受控启动倒计时,弹丸在飞行至引信引爆时刻时,即引爆并定向抛撒多束子弹。2.3　电子时间引信求取系统电子时间引信求取系统完成射击诸元解算、电子时间引信装定数据解算的工作。时间引信诸元的确定与弹丸飞行时间、存速和最佳开舱距离有关,而弹丸飞行时间在未来点已知条件下,与炮口初速有关,利用厄利空经验采用感应方法测量炮口初速,对每一个射击点计算需使用当前周期实际的炮口初速,因此需要对弹丸飞行时间、存速进行实时修正,在修正基础上获得最佳引信装定时间。3　国内外目前状况AHEAD技术工程应用是陆基和海基近程防空系统的理想解决方案,瑞士厄立空—康特拉夫斯公司在该项技术研究上处于领先地位,该公司于1991年开始AHEAD技术的研究,1993年首次公开其AHEAD防空系统。其研制的“千发”AHEAD弹药系统,采用35mmAHEAD可编程时间引信的动能子弹丸载体,在炮弹飞离炮口时,通过炮口装置设定火控系统提供的引信工作指令时间。在1km～2km距离内,射速为1000发/min的舰炮,在1.1s内点射18发AHEAD弹,每个弹丸可释放152个3.3g的旋转稳定的钨合金子弹丸。研制的“防空卫士”(Skyguard)Ⅲ35mmAHEAD防空系统配备1部“防空卫士”Ⅲ火控系统、2门GDF007-Ahead双管35mm高炮和2个防空导弹发射架,该武器系统可使用AHEAD弹药。“防空卫士”Ⅲ是该系列火控系统的最新改进型,GDF007-Ahead双管35mm高炮是GDF型高炮的最新型号。新系统增加了引爆时间求取功能,换装了弹丸初速测量与时间引信装定装置,配备35mmAHEAD弹药,其作战效能大大增强,同时加强了火控系统的搜索和跟踪能力与抗电子干扰能力,缩短了系统反应时间[7]。我国有关AHEAD弹及其相关技术的研究起步较晚,从统的大量试验得到了充分的验证,目前AHEAD弹药已完全可以在防空武器系统上大量推广应用。未来的研究方向是如何在更小口径高炮中应用该项技术。4　火控系统控制AHEAD弹的基本工作原理　　AHEAD弹药系统打破了一般弹丸依靠起爆将弹体炸成破片或一般破片高速抛出的原理,而是利用弹丸的弹道存速,将预制破片向前锥形抛出形成拦截网。火控系统控制AHEAD弹的基本工作原理如下:火控系统采用总线通讯方式,火控计算机、搜索系统、跟踪系统、测速与装定装置等各单体以节点形式挂在总线上,各单体按严格按系统规定时序传输信息到总线上,同时根据自己需要获取单体信息。火控系统中火控计算机根据跟踪系统(雷达、光电)给出的目标信息,按照实际的气象条件和火炮弹丸的平均初速等参数计算出火炮射击诸元,发送给火炮伺服系统控制火炮进行射击;火控计算机同时作为电子时间引信求取系统,根据每枚弹丸在炮口测得的实际初速,计算弹丸在目标前方指定距离的最佳引爆开仓时间,送至装定装置,通过电磁感应在弹丸飞出炮口的瞬间完成对弹丸的时间引信装定;弹丸上的数据接收圈接收到引信作用时间的脉冲信号后,立即激活可编程电子时间引信进入倒计时工作状态,当达到装定时间时,输出发火信号,弹丸起爆,形成抛向目标的破片幕。图2　闭环装定时间引信示图5　在国内某型号产品中的应用国内某防空武器系统,其任务是以高密集火力对付小、低空、快速活动的来袭目标,如各类空地导弹、攻击性无人驾驶机等,从而保护己方重点目标。该武器系统的火控系统与(下转第92页)

·92·火力与指挥控制2010年　增　刊表4　平均关联时间的比较单位:ms场景1场景2场景3JPDA128.96————NSJPDA67.76144.32241.7求三角形中心65.77136.34215.1表5　关联正确率的比较场景1场景2场景3JPDA91.2%————NSJPDA95.4%95.1%94.7%求三角形中心95.3%95.3%95.0%景中,求三角中心的方法比NSJPDA提高了5.53%,在第3个场景中,求三角中心的方法比NSJPDA提高了11.0%。这验证了理论分析中说明的“越是在复杂环境下,本算法的实时性越能得以体现”;但提高的不明显是因为本文中的场景都不是很复杂,计算量并不是特别大。关联正确率方面,由于场景1比较简单,JPDA的关联正确率也达到了91.2%,NSJPDA和求三角形中心的方法分别到达了95.4%和95.3%;场景2中,NSJPDA和求三角形中心的方法分别到达了95.1%和95.3%;场景3中,NSJPDA和求三角形中心的方法分别到达了94.7%和95.0%。在3个场景下,NSJPDA和求三角形中心的方法的关联正确率都没有太大差别。场景复杂的情况下,求三角形(上接第88页)瑞士的SkyguardIII35mmAHEAD防空系统相比,在AHEAD弹药控制方面的流程以及性能指标基本相近。在国产新装备上,火控系统攻克了以下关键技术:(1)弹丸初速的精确快速测量:在弹丸通过两个测速电磁线圈后,通过测量其感应脉冲的时间间隔快速计算出弹丸初速(微秒级);(2)快速解算电子引信时间:初速测量仅是火控计算机解算电子引信时间的一个输入参数。火控计算机对电子引信时间的确定与诸多因素有关,与火控系统对未来点诸元解算有关,与当发弹丸炮口初速有关,与最佳开舱距离有关,而火控对未来点诸元解算又与目标探测器测试精度、射击条件偏差量即气压、气温、空气密度、风速、风向等有关。通过建立仿真建立了最优工程应用模型,可在完成弹丸初速测量后通过装定线圈前,快速解算出电子时间引信并完成完成引信编码(微秒级)。(3)数据编码技术:引信的数字装定过程需要对时间信息进行数字编码,以保证数据传输的有效性和抗干扰能力。(4)数字通信技术:用以保证将电子引信时间编码快速装定至弹丸的接收线圈(微秒级)。引信的装定过程本质上是一个数字通信过程,包含了装定信息的编码+调制+驱动和中心比NSJPDA的关联正确率高,是因为求三角形中心的方法时时以目标的预测值为参考点,从而保证了关联量测不会偏离预测值很远,因此保证了关联正确率。4　结　论本文提出的求三角形中心的数据关联方法,有效解决了JPDA的计算量大、实时性差问题。通过理论分析和仿真表明,该算法的实时性高于JPDA及NSJPDA算法,关联正确率也得到了保证,是一种有效的方法。应该指出,本文的仿真场景都是假设目标做匀速运动,没有关于目标做机动运动的比较,这正是笔者下一步的工作;同时,本方法也需要在实际中进一步的验证。参考文献:[1]张　谦.多传感器目标跟踪技术研究[D].西安:西北工业大学,2007.[2]杨万海.多传感器数据融合及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.[3]RoeckerJA,imalJointProbabilisticDataAssociation[J].ctionsonAerospaceandElectronicSystems(S0018-9251),1993,29(2):510-517.[4]袁刚才,吴永强.密集杂波环境下的快速数据关联算法[J].系统仿真学报,2006,18(3):29-31.发射,同时引信对信息的接收过程也要完成滤波+解调+解码和识别等。参考文献:[1]谭先萍.浅析外军炮兵防空武器的火控系统[J].外军炮兵,2001,31(9):40-42.[2]王银梅.21世纪地面防空武器系统的发展[J].外军炮兵,2000,30(7):3-11.[3]卫锦萍.21世纪防空/反导武器系统与技术发展研究[R].北京:国防科技情报研究报告,2000.[4]郭福清.拦截导弹AHEAD炮弹[J].飞航导弹,1994,23(5):10-11.[5]李朴莲.35高炮和AHEAD弹相关资料[S],2006-08-17.[6]孙　旭,严新阳.跨世纪的力剑—漫谈35毫米高炮[J].兵器知识,1998,19(10):20-22.[7]王　兵.难以逾越的防空弹药——瑞士“AHEAD”35mm弹药[J].现代兵器,1994,39(4):41-43.[8]岳松堂.外军高炮武器系统装备现状、特点、技术水平和发展趋势[J].外军炮兵,2000,30(3):3-11.[9]肖元星张冠杰.地面防空武器系统效费分析[M].北京:国防工业出版社,2006.