开放式声电定位报靶系统

于正亮，肖 曦

(总参谋部第六十研究所，南京 210016)

随着科学技术的进步，部队的实弹射击训练已逐渐从传统的人工报靶向自动报靶发展。自动报靶与人工报靶相比，不仅避免了安全隐患问题，而且报靶效率和报靶精度都得到了提高，保证了射击过程的连贯性，改善了射击后的评估效果。目前国内研究所、公司和高校研制出多种自动精度报靶系统，主要有双层电极短路报靶系统、光电电子靶系统、基于图像处理的摄像报靶系统和声电定位自动报靶系统等［1］。其中，由于声电定位自动报靶系统具有实时性强、报靶精度高、环境适应性能力强，可全天候工作等优点，在部队的实弹射击训练中得到了越来越广泛的应用。

声电定位报靶，是一种基于由超音速弹丸激波所致声爆在掠过声学传感器阵列时声爆脉冲的时延数据和激波形态与传感器阵列之间的几何关系，构造出超声报靶定位的数学模型，将计算机数据采集与数值计算相结合的实时报靶定位系统［2］。声电定位自动报靶系统主要包括封闭式和开放式2种。封闭式声电报靶系统具有封闭靶腔，报靶精度较高，还可消除相邻靶位间的相互干扰，但是靶腔受弹量有限，靶腔严重受损后会出现误报或漏报的情况，这种情况就需要更换靶腔，具备更换条件的场合使用起来不存在任何问题，如武警、院校的室内靶场，部队的室外精度射击训练的使用中都得到了很好的推广，而部队的战场战术训练布靶数量多、范围广，这种情况就不适合使用封闭式声电定位报靶系统了，需改用开放式声电定位报靶系统。国内开放式声电报靶系统精度相对较低，多将其用于直瞄重武器的射击训练与考核，而几乎不用于轻武器的射击训练，而外军部队无论是直瞄重武器还是轻武器的实弹射击训练中均用到开放式声电定位报靶系统。

众所周知，开放式声电定位报靶系统不仅可以对弹丸着靶点进行定位，而且还可以测算出弹丸的脱靶量，所以国外将开放式声电定位报靶系统称为脱靶与命中定位系统(Lo-cation of Miss and Hit System，LOMAHs)。瑞典的 SAAB、Air Target、瑞士的 Polytronic、SIUS、英国的 Meggitt、MS Instruments、德国的Theissen、美国的Action Target等世界著名公司都研制了LOMAH系统，如图1所示。其中SAAB公司的LOMAH综合性能最强，最具有代表性，本文将对其进行详细的介绍，并深入探讨它的先进与独特之处，以期为我军的开放式声电报靶系统的研制起到一定的借鉴作用。

图1 国外的LOMAH系统

1 SAAB公司

SAAB防务与安全公司从成立至今已有77年的历史，为陆海空三军的对抗、实弹和虚拟训练提供各种设备及解决方案，其主要客户包括美国、英国、荷兰、挪威、瑞典、澳大利亚和南非等国家。其中，SAAB有超过40年的时间致力于实弹射击训练研究领域，为几乎所有口径的武器装备提供训练需求分析(training needs analysis，TNA)、各类固定和移动靶标、LOMAH、靶场设计、系统集成等等，既有制式化的产品和服务，也可根据客户的要求定制。

2 SAAB公司的LOMAH

2.1 LOMAH 系统

在实弹射击训练中，无论是单兵精度射击训练还是战术战场实弹训练(包括火力压制武器)，都需要提高对于训练结果的评估能力。对于单兵和大规模重型武器的实弹射击训练都需要高效费比的解决方案。而对于战场训练，因为射手位置和靶标位置都不固定，所以要求靶标的设置及校准等程序要尽可能减少。对于移动靶标，要求射手从不同的角度射击都有较高的准度。SAAB的LOMAH系统能够满足上述要求，该传感装置作为附件安装于SAAB靶标的起倒装置上，如图2所示。当射手进行射击时，LOMAH系统能实时地将弹丸命中信息反馈给射手，包括靶标上弹着点的图形显示、弹着点坐标，平均弹着点(mean point of impact，MPI)和弹着点散布情况。

图2 SAAB LOMAH

SAAB LOMAH的主要参数如表1所示［3］。

表1 SAAB LOMAH主要参数

2.2 LOMAH系统的主要特点

通过SAAB LOMAH的介绍及主要参数，可以归纳其有以下几个主要特点:

1)SAAB LOMAH的最大射击频率检测能力为50发/s，适用于火力压制武器，也就是说，即使在连发射击的情况下，前后两发子弹间隔时间非常短也能很好地进行报靶。这就要求传感器检测相邻2次声波的能力要非常强，同时能够有效排除相邻2发弹之间的干扰，此外还要求系统的程序计算效率和数据的传输速度要非常高，能够在极短时间内将采集的数据进行分析处理，为射手实时精确地显示弹着点位置。

2)SAAB LOMAH适用不同角度射击的报靶，即使是水平宽角度和俯仰角射击仍然能够保持较高的报靶精度，使其不仅适用于各种超音速弹的精度射击训练，还使适用于战场战术射击训练，其他公司如MS Instruments公司的LOMAH的最大射击角度仅为3°。一方面，SAAB LOMAH能够进行水平宽角度的射击报靶，即可适用于射手斜向射击固定靶标或横向移动靶标的情况。另一方面，SAAB LOMAH能够进行俯仰角的射击报靶，使其可适用于低地对高低目标的射击训练以及空中武装直升机对地目标的射击训练。理论上，当弹丸斜向入射靶面时，如图3所示，弹丸激波，即N波的上升沿时间T1'会大于垂直入射靶面时的N波上升沿时间T1，会严重影响弹着点的测算精度［5］，且斜射角度越大，偏差越大。SAAB LOMAH的传感装置为三维空间的传感群，其出色的性能能够精确地检测不同角度超音速射弹的声波信息，不仅能够对不同角度射弹进行报靶，还能够对射弹方位角进行定位，且定位分辨率高达0.1°。另外，传感装置具有自动温度感知功能，温度的变化会影响声波的传播速度［6］，因此，传感装置通过实时地感知空气温度以计算声波的传播速度，对于计算各传感器之间的时延量非常重要。不过SAAB LOMAH的双十字结构相对较为复杂，且采用了8个传感器，成本相对较高。

图3 弹丸激波(N波)压力变化曲线

3)适用于任何尺寸的靶标。SAAB LOMAH的最大探测范围是12 m×5 m(宽×高)，对单兵靶标、地堡靶、坦克正面靶、装甲移动靶都能够提供较高精度的命中和脱靶检测能力，如图4所示，其在靶面中心附近范围的弹着点定位精度可达5mm，其他公司产品如Air Target公司的LOMAH在1 m×1 m范围内的定位精度为10 mm，MS Instruments公司的LOMAH的定位精度为小于一个弹径。相对于封闭式声电报靶系统，SAAB LOMAH的靶心弹着点定位精度要低一点，但是封闭式声电报靶系统的弊端已在前文简述过，而且国外部队单兵精度射击训练所用靶面也多为人形靶、身靶、半身靶等外形轮廓模拟靶面，射击时靶位显示设备和总控计算机显示经计算处理后的模拟弹着点图像，5 mm的靶心报靶精度完全可满足训练要求，而对于直瞄重武器的实弹射击训练，该精度水平可谓是非常的高，已远远超出国内开放式直瞄重武器报靶系统的报靶精度。

图4 SAAB LOMAH 3000携装甲移动靶

4)强大的评估系统。系统能够实时地对采集到的数据进行计算与评估，显示详细的命中数据，同时还会生成详细的评估结果，如火力压制武器的射击效果评估、命中区域的平均弹着点评估，还包括战术报告的事后评估(after action review，AAR)。SAAB LOMAH的AAR功能极大地丰富和增强了靶标之于战场战术训练的作用。AAR最早是美国陆军所进行的一项任务后的检视方法。美国陆军把AAR定义为:对一事件的专业性讨论，着重于表现标准，使参加者自行发现发生了什么、为何发生、及如何维持优点，并改进缺点。对美国陆军来说，使用这种方法的好处是当新的理解被产生时，可以马上响应到行动上，他们使用 AAR解决了许多问题。

5)能够排除相邻靶位之间的干扰。从靶场控制图可以看到在200 m和300 m距离都并排放置有6个单兵靶标，如图5所示，因此可以推断SAAB LOMAH可有效消除相邻靶位间的相互干扰，从另一方面看，要达到战场战术训练的目的，必然要在靶场内布设多个靶标，难免会有位置比较接近的靶标，而SAAB LOMAH可满足战场战术训练需求。至于相邻靶位间的最小距离限制以及SAAB LOMAH是如何消除相邻靶位间相互干扰的，资料中并未提及，需在今后的工作中继续挖掘相关技术资料。

6)环境适应性很强。由于环境因素的影响，例如温度、风场、雨雪和场地其他因素，使得传感器采集到的弹丸激波信号中含有大量噪声，这些噪声会引起信号的衰减、畸变甚至湮没原始信号，对报靶精度有着很大的影响［7］。而SAAB LOMAH符合美国军标MIL-STD-810F［4］，即《国防部试验方法标准-环境工程考虑和实验室试验》，无论是在干燥还是潮湿的环境、甚至在雨雪天都能稳定工作并保持较高的报靶精度。同时SAAB LOMAH有着非常强的极端环境耐受性，在北欧的瑞典、丹麦、挪威，北美的芬兰等地，都靠近极地，冬天非常寒冷、而SAAB LOMAH完全能够满足冬训的要求。

3 结束语

通过上述对SAAB公司的LOMAH的介绍与讨论可以知道，其在报靶精度、最大射频检测能力、射弹斜射角度、排除相邻靶位间干扰等技术方面都领先于国内产品，另外其系统非常稳定、对极端环境的耐受性也很强，这些都是国内产品所欠缺的，是今后应该加大研究投入的方向。由于训练产品具有很强的技术背景，国外公司都会进行产品与技术封锁，很难直接获得技术资料，也不可能从国外引进产品，只能从公开资料中一点点地挖掘与积累数据，从中获取有价值的信息，从而为我军的开放式声电报靶系统的研制起到一定的借鉴作用，这也是值得今后继续开展的工作。

［1］张军，颜树华，徐琰.自动报靶系统的研究进展［J］.激光与红外，2006(12):1152-1154.

［2］张江涛.激波报靶原理、算法及信号处理方法研究［D］.石家庄:河北科技大学，2007.

［3］SAAB 公司.SAAB LOMAH［EB/OL］.［2014-05-12］.http://www.saabgroup.com/en.

［4］MIL-STD-810F，Department of Defense Test Method Standard.Environmental Engineering Considerations And Laboratory Tests［S］.

［5］胡泽儒.基于声爆效应的枪械自动报靶系统研究［D］.重庆:重庆大学，2008.

［6］国蓉，何镇安，王伟.被动声探测技术与弹着点定位方法综述［J］.电声技术，2010(11):48-52.

［7］孙磊，柏逢明，王宇航.小波变换在弹丸超声阵列中的应用［J］.长春理工大学学报，2011(1):96-99.