基于气象组网的炮兵气象共享程序设计*

曹丽静 李 俊 蒋 明 张志远

(陆军军官学院炮兵系 合肥 230071)



基于气象组网的炮兵气象共享程序设计*

曹丽静 李 俊 蒋 明 张志远

(陆军军官学院炮兵系 合肥 230071)

为了充分利用整个战场的气象信息，提高火炮射击精度，开发了一款基于气象组网的炮兵气象共享程序。介绍了程序的组成结构、主要功能和实现方法。YYNW程序基于气象组网，采用线性插值算法计算气象诸元和气象通报，实现了弹道气象通报、计算机气象通报的编制。通过网络实现气象站点数据的输入和成果气象的共享，具有气象通报计算、存储、发送等多种功能，可用于炮兵近、中、远程射击的气象保障，为实现军兵种气象信息共享提供了一种参考方案。

气象组网; 炮兵气象; 共享; 气象通报; 气象保障; 程序设计

Class Number TP311.1

1 引言

气象条件是影响诸元误差的最主要因素，进而严重影响炮兵射击精度[1～2]，因此，提高气象信息精度对提高炮兵射击精度至关重要。炮兵气象信息主要包括地面气温偏差量、地面气压偏差量、弹道气温偏差量和弹道风等气象要素[3]。为了修正这些气象要素对炮兵射击和侦察的影响，首先要测得这些气象要素，但是由于炮兵武器装备的射程较远，单凭一个气象站所提供的气象信息来修正射击诸元的效果有限。即使小范围内，也可能由于地形起伏等原因造成气象信息的变动，尤其是弹道风的改变更是变幻莫测。而且气象是时刻变化的，炮兵射击时的气象和探测时刻的气象已经不同[4]。这些缺陷阻碍了对射击诸元的修正，从而导致火炮射击准确性降低[5]。因此，为了进一步提高气象修正量的准确性，提高射击的精度，发挥多个气象站在联合监测气象信息中的作用，就必须把多个气象站测得的气象信息进行组网，实现气象信息共享，从而可获得战场区域内任一点的气象信息。为了实现这一目的，本文开发设计了一款基于VC2010的气象信息组网与共享程序。

2 程序组成及功能[6～7]

本程序主要由数据输入模块、坐标图像显示模块、功能实现模块和网络连接模块等几部分组成。其中功能实现模块是程序的核心，可根据需要完成相应功能，实现炮兵气象信息共享。

2.1 数据输入模块

数据输入模块主要负责接收组网内各气象站提供的坐标数据、气象数据、气象通报以及炮阵地、目标和所求点坐标等必要数据。

2.2 坐标图像显示模块

该模块以网格的形式直观地显示出炮阵地坐标、目标坐标以及所求点坐标的位置，让使用者一目了然的看到所求气象信息在整个战区中的位置，方便指挥人员做判断。每次求取不同的气象信息，该模块都会重新绘制，实时显示结果。

2.3 功能实现模块

该模块是整个软件的关键所在，可以实现求取任意点气象信息、炮目中点气象信息、炮目中点气象通报、两点法气象通报和沿弹道高气象通报等功能。其中炮目中点气象通报用于满足炮兵短距离射击时的气象修正，两点法气象通报用于常规炮兵射击时的气象修正，是最常用到的，沿弹道高气象通报主要用于远程火炮射击时修正射击诸元。另外，该模块还可实现弹道气象通报和计算机气象通报之间的转换。

2.4 网络连接模块

该模块主要用于完成软件与各气象站及指挥所和炮阵地的连接，实现数据的互联互通和气象成果的共享。

3 炮兵气象共享关键技术

3.1 组网形式

炮兵气象信息组网可以采取多种形式，例如，可以根据陆战场实际情况确定气象站间距和排布方位，如果整个陆战场都相对平坦，气象站可以等间距排布；如果整个陆战场地形不一致，可以在地形起伏较大的区域，密集排布气象站，在地形起伏较小的区域，疏散排布气象站。

为了说明的方便，这里假设整个陆战场地形平坦，所以采取等间距的方式排布气象站，通常取X、Z方向间距相等，如图1所示。

图1中，纵轴为X，横轴为Z，每个交点代表一个气象站，用Q(x,z)表示。

组网后，各气象站在同一时刻测得的气象信息全部传输到气象站总机，由总机根据各气象站传回的数据进行计算，获得任意点气象信息。

图1 气象组网

3.2 炮兵气象信息计算方法

气象站进行组网后，整个网络覆盖范围内任意点的气象信息都可通过计算获得，主要计算方法有线性插值和拟合多项式[8～9]。拟合多项式法计算较复杂，占用机时长，不利于炮兵气象保障的快速反应；而线性插值法则因其计算简便能够满足炮兵气象保障快速反应的需求，并且其计算误差也在炮兵射击误差允许范围内，所以本文选择用线性插值法[8]计算任意点气象诸元。

3.2.1 线性插值方法

为了获得气象组网中任意点的气象信息，可以采用线性插值的方法来求取。其具体思想是根据任意点的坐标，在组网中确定其位置，用在同一高程上包围该点的四个点进行两次插值运算，从而获得该点的气象信息。如图2所示，组网中的任意点必然位于某一网格内，任意点用R表示，包围它的四个点分别用A、B、C、D表示，则R点的气象信息可以通过A、B、C、D四个点线性插值得到，首先对Z方向进行线性插值，得到点1和点2的气象信息，再用点1、点2做插值运算得到任意点气象信息。如果任意点高程与测量点高程不等，则先用插值方法计算出任意点上下两个高程的气象信息，再对高度方向进行插值运算，得到任意点气象信息。

图2 气象组网中的任意点

3.2.2 气象诸元的获取

炮兵气象诸元主要包括气温、气压和风这三个要素，为了方便说明，以气温为例说明采用线性插值方法获取气象诸元的方法。设任意点用R(x0,z0)表示，包围它的四个气象站分别用A(x,z-l)、B(x,z)、C(x-l,z-l)、D(x-l,z)表示，插值运算的两个中间点用D1、D2表示，如图2所示。各气象站的气温用T表示，则任意点的气温插值公式为

(1)

气压和风的获取方法与气温类似，只需将相应的气温值换成相应的气压和风即可。另外，因为风是矢量，还可以把某一方向上的风分解成纵风和横风，即X、Z两个方向上的风，然后分别对X和Z方向的风进行插值运算，得到任意点R在X和Z方向的风，再将X、Z方向的风合成，得到任意点R的风。

4 炮兵气象信息共享程序设计

4.1 程序结构介绍

为了得到任意点的气象信息或气象通报，首先要把各气象站发送过来的气象数据和气象通报读入到数据空间，并分类存储，然后根据不同功能模块调用需要的数据，计算完成后，要将计算结果分别存储并发送出去，其程序结构图如图3所示。

图3 程序框图

该程序设计了一个主对话框，相应的类是CWeatherDlg(派生于对话框类CDialogEx)，在此类中定义了数据结构，用于存储气象信息和各类气象通报。

struct weatheraviso{

float x; //存放X轴坐标

float y; //存放Y轴坐标

CString weather; //存放气象通报字符串

float DP; //存放地面气压偏差

float DT; //存放地面温度偏差

float h[100]; //存放各高程值

float T; //存放弹道高温偏

float t[100]; //存放各高程温偏

float WD; //存放弹道风风向

float wd[100]; //存放各高程风向

float WS; //存放弹道风风速

float ws[100]; //存放各高程风速

};

4.2 任意点气象诸元

为了获取任意点气象诸元，需要从软件主界面通过按钮调用“任意点气象诸元”对话框。在该对话框内输入任意点的坐标，然后点击“计算”按钮进入AnyPoint()函数，首先检验所需数据是否存在，如不存在则弹出对话框“数据不存在，请重新输入！”，如数据存在，则根据坐标从输入的气象数据中搜索与其相邻的四个气象站的气象数据(通过调用SearchPoint()函数实现)，再调用线性插值函数LinerInter()计算出该点的气温、气压、风速、风向的值，刷新对话框显示并存储到数据结构Weatherany中。

4.3 炮目中点气象诸元和气象通报

在短距离射击中，通常采用炮目中点的气象诸元作为全弹道气象诸元[10]，因此获取炮目中点气象诸元和气象通报意义重大。

计算炮目中点气象诸元和气象通报需要调用各气象站发来的弹道气象通报数据，首先根据炮阵地和目标坐标计算出炮目中点位置，然后按照求取任意点气象诸元的方法对炮目中点周围的四个气象站的弹道气象通报数据进行插值运算，得到炮目中点的弹道气象通报。在此过程中，首先要把弹道气象通报用函数WeatherChange()将文本类型的字符转换成能用于计算的数值，才能进行插值运算。再根据炮目距离计算出平均弹道高，进一步计算出炮目中点弹道气象诸元，然后刷新对话框，将计算结果显示出来，同时调用绘图函数OnGridPaint()，绘制网格坐标图，标绘出炮阵地、目标和炮目中点的位置。如需查看炮目中点气象通报，可点击“炮目中点气象通报”按钮，弹出“炮目中点气象通报”对话框。如图4所示。

图4 炮目中点气象诸元获取界面

4.4 两(站)点气象通报

随着炮兵射击距离越来越远，由于气象信息偏差引起的射击误差在不断增大，因此只用中点气象诸元修正射击诸元已不能满足中远程射击精度要求，本文提出用两点气象通报代替全弹道气象通报的思想。以弹道最高点为分界点，将弹道分成两个部分，并将其与弹道两端用直线相连，然后用直线段中点的气象诸元代替弹道气象诸元[11]，如图5中点1、点2所示，这种分段方法主要是考虑到弹道升弧段较缓慢，降弧段较迅速，使得点1和点2尽量接近真实弹道情况。获取点1、点2的气象通报方法与获取炮目中点气象通报基本相同，不同之处在于要先根据炮目坐标等信息计算出最大弹道高处的坐标，进而求出点1、点2的坐标，然后即可调用函数进行计算。为了适应炮兵射击精度的不同要求，本软件设计了两种气象通报的计算，即弹道气象通报和计算机气象通报，分别由类CWeatherDlg的对象Wdlg调用函数DandaoQXTB()和JisuanjiQXTB()来完成。

图5 两点法气象通报

4.5 沿弹道高变化的气象诸元

两点法虽然比一点法精确，但是对于远程火箭炮射击[12]来说，仍会造成弹道修正量不准确，炮弹打击精准度不高，为此，提出计算沿弹道高变化的一系列点的气象通报，当炮弹飞行至某点附近时，就用某点的气象通报来修正弹道，进一步提高修正精度。

由于实际弹道需要根据炮弹实际飞行情况获得，无法精确获得沿弹道方向各点的坐标，但是可以利用弹道拟合方法，拟合出一条与真实弹道接近的虚拟弹道，用此虚拟弹道的坐标计算出各点的气象通报，当炮弹飞过该点附近时，就可以根据弹道实际高度调用相应高程的气象诸元，修正弹道。

这里，在沿虚拟弹道水平方向上，每200m取一个点计算其计算机气象通报，直至到达目标点。在此过程中，先根据输入的炮阵地、目标坐标及沿弹道方向水平取点的距离计算出各点坐标，再用求任意点气象通报的方法求出各点计算机气象通报，最后将计算结果存储到txt文件中并发送出去。

5 结语

为验证程序计算效果，在10000m×10000m范围内，横坐标间隔2000m，纵坐标间隔1000m，共取了66个探测点，探测出各点气象通报，作为原始输入数据。因为炮目中点的计算结果已经能说明该程序的实用性和计算精度，故只在文章中给出炮目中点的计算结果。

炮目中点气象诸元和气象通报计算，输入炮阵地坐标Xp=00000,Zp=00000,Hp=200,目标坐标Xm=06000,Zm=08000,Hm=200，计算结果为地面温偏1.5℃，弹道温偏6.5℃，地面压偏-9.5mm，弹道风速6.5m/s，弹道风向32-54mil，炮目中点气象通报：1111-1730-0080-50908-02-033105-04-023206-08-013306-12-003407-16-513407- 20-523408-24-533306-30-533205-40-533305-50-533404- 050。在炮目中点(03000,04000)处实测气象情况，测得地面温偏2℃，弹道温偏6.8℃，地面压偏-10mm，弹道风速6.3m/s，弹道风向32-48mil，炮目中点气象通报：1111-1730-0080-51002-02-033106-04-023206-08-013306-12-003307-16-513407-20-523408-24-533306-30-533205-40-533305-50-533404-050。从两种结果对比分析，可以看出该程序计算结果很接近真实测量结果，仅地面气象数据的计算结果与实测数据存在微小偏差，高空数据基本一致，可见，该程序设计思路合理、计算结果符合实际情况。

另外，本程序很好地完成了炮兵射击过程中所需各类气象通报的计算功能，并能实现数据的存储与共享，为后续实现陆战场中炮兵、防空兵等各兵种间气象信息共享铺平了道路。本程序是基于VC2010进行可视化程序开发的，充分利用了VC提供的对话框类，使得程序简洁顺畅，运行速度快，保障了数据处理的精度和速度，为进一步提高炮兵射击精度做出了贡献。

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Program Design for Sharing Artillery Meteor Based on Meteor Net

CAO Lijing LI Jun JIANG Ming ZHANG Zhiyuan

(Artillery Department, Army Officer Academy of PLA, Hefei 230071)

In order to improve shooting precision of artillery by taking full advantage of the meteorology data of the whole battlefield, an artillery meteor sharing program based on meteor net was designed. And its framework, main functions and realization were introduced. The linear interpolation arithmetic was used to calculate meteorological element and bulletin based on meteor net in this program, at the same time, the compiling of trajectory and computer meteorological bulletin was realized. The input of meteor stations and output of meteor production were realized by network, and it had multi-functions such as meteorological bulletin calculation, storage, sending and so on. This program could be used for artillery meteorological support in short, medium and long distance shooting. It provided a

olution for realizing all services and arms meteorology data sharing.

meteor net, artillery meteor, sharing, meteorological bulletin, meteorological support, program design

2016年5月11日,

2016年6月28日

军内科研“陆战场气象信息数据共享技术研究”(编号：2011JNKY011)资助。

曹丽静,女,硕士,讲师,研究方向：图形图像处理以及炮兵射击技术。李俊,男,博士,讲师,研究方向：炮兵射击指挥、电视制导。蒋明,男,博士,讲师,研究方向：炮兵射击指挥。张志远,男,硕士,助教,研究方向：炮兵气象。

TP311.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.023