试前可验证正确性的高炮标准值程序设计方法

史海龙，王晶晶，化斌斌，任成才，杜 伟

（1.解放军63850 部队，吉林 白城 137001；2.解放军32200 部队，辽宁 锦州 121000）

0 引言

在高炮武器系统设计定型试验中，高炮停止间对匀速直线运动目标的动态射击诸元精度是重要的指标，为考核此指标，需要进行动飞试验。在试验中，要求在每天试验后进行数据处理，及时用数据处理结果判定被试品、参试品和测试设备状态是否正常，避免在耗尽所有的航架次后才发现试验存在问题，造成整个动飞试验数据的作废。要在整个飞行试验期间既给出试验结果而又不影响试验进度，则要求标准值程序在动飞试验前即可保证正确性，否则由于程序调试时间不可控制，会造成试验进度延后。目前，匀速直线运动目标的射击诸元算法在理论上相对成熟［1-6］，但不存在一个通过验证的射击诸元精度统计程序，能够在动飞试验前保证解算结果的正确性。

在定型试验中，认为经过了实际试验检验的程序可保证正确性。要完成这一目标，可以通过两种方式保证程序正确。第1 种是建立起通用的标准值解算程序，使程序适用于现在和未来的武器系统，此程序经过一个试验的验证后，即可保证在后续的试验中此程序正确。由于不同试验标准值设备不同、被试品数据采集设备不同，武器系统坐标系定义不同，武器系统弹种的不同，在计算过程中涉及到的数据读取、坐标平移、坐标旋转、球坐标与直角坐标互换、标准值坐标系与被试品坐标系的互换、静态射击诸元解算等部分都很难建立通用的算法，因此，建立通用的射击诸元解算程序不可实现。第2种是每个试验前都重新编写程序，然后建立测试用例［7］，通过严格的软件测评保证程序正确性。此种方法也难以实施。目前要求采用的测试机制为双人对算制。双人对算制难以找到两个数据处理人员，另外没有经过实际试验验证，即使有两人也难以保证程序正确。如两人虽然结果相同，但同时计算错误；或两人结果不同，但不能确定哪人错误。

本文通过定义标准值设备、数据采集设备和程序间的协议，定义标准坐标系，应用开放-封闭原则［8］，建立了高炮射击诸元精度统计算法，并依此算法编写了程序，严格区分程序中变化与不变的部分，将变化部分压缩到局部，使程序只需编写射击诸元的静态解题部分，即可以复用原有程序，解算动态精度。并建立了测试机制，使程序中不变部分和变化部分，在动飞试验前都经过了实际试验的检验，保证了程序的正确性。

1 高炮停止间射击诸元精度统计算法

1.1 坐标系定义

标准坐标系S：以北为Y 轴正向，以东为X 轴正向，垂直向上为Z 轴正向，X 轴Y 轴Z 轴构成右手坐标系，原点采用一个预先定义的点。方位角以北为0，逆时针旋转为正，高低角以水平面为0，向上旋转为正。

标准站心坐标系C：原点与武器系统坐标系原点重合，以北为Y 轴正向，以东为X 轴正向，垂直向上为Z 轴正向，X 轴Y 轴Z 轴构成右手坐标系。方位角以北为0，逆时针旋转为正，高低角以水平面为0，向上旋转为正。

射表坐标系F，原点和坐标轴与站心坐标系重合，各坐标轴及球坐标定义方法由采用的射表确定。

标准载体坐标系V：原点与武器系统坐标系原点重合，Y 轴与武器系统纵轴平行，指向前方为正，X 轴与武器系统横轴平行，直线武器系统右侧为正，Z 轴与X 轴和Y 轴构成右手坐标系。方位角以车体纵轴为0，逆时针旋转为正，高低角以OXY 平面为0，向上旋转为正。

武器系统（被试品）坐标系T：不同的武器系统定义不同。在定义球坐标时，常见的有两种定义方法。第1 种是方位角以南为0，逆时针旋转为正；高低角与载体平面为0，向上为正。第2 种是方位角以北或车体纵轴为0，顺时针旋转为正；高低角与载体平面为0，向上为正。

标准值坐标系、站心坐标系和载体坐标系都是右手坐标系，被试品坐标系根据武器系统的不同，由系统定义。

1.2 基于站心坐标系的查射表函数

图1 解静态射击诸元

FiringData 模块是开放-封闭原则中的开放部分，采用式（1）的接口定义方法，针对不同的武器系统射表编程实现。

图1 中的方法主要针对非转管高炮，对于转管速射炮，可查阅相关资料［10-12］。

1.3 动态射击诸元算法

建立FiringData 模块后，即可建立通用算法，数据处理过程如图2 所示。

图2 射击诸元标准值处理过程

标准坐标系下的航路坐标数据Sl，通过Translate 模块变换到标准站心坐标系下，得变换后的航路数据Cl，通过FutruePoints 模块求得未来点Cp，求得标准站心坐标系下的射击诸元Cd，再变换到标准载体坐标系下，得Vd。被试品数据Td'变换到载体坐标系下，与标准值数据比较，得到一次差，进行精度统计。

Translate 公式为：

对于输入的标准站心坐标系下的航路坐标数据Cl，通过FuturePoints 求出标准站心坐标系下的未来点Cp。FuturePoints 输入是现在点的序列，输出是未来点的序列，FuturePoints 对于每个点，使用图3方法。

图3 通用逆解法

图3 中方法为逆解法，对每一个点，通过查定型的射表，可以得到弹飞时间，用当前的时间减去弹飞时间，可以构成一个未来点的序列。如果采用顺接法，过程如图4 所示。

解出未来点就可以通过查射表的方式，用FiringDatas 函数解出对应的射击诸元，FiringDatas 对每一个点调用式（1）定义的FiringData，得到Cd。

图4 通用顺解法

变换后再通过Rotate 模块进行坐标旋转，Rotate 公式为：

再通过Rect2Sphere 模块转化为球坐标：

图2 中，对被试品数据通过Testee2Std 模块进行了预处理，将载体坐标系下的被试品数据变换到标准载体坐标系中。被试品坐标系到标准载体坐标系的变换比较简单。如对某型自行高炮，方位角以北或车体纵轴为0，顺时针旋转为正，可采用如下变换：

对于某型牵引高炮，方位角以南为0，逆时针旋转为正，则不需进行变换。

此部分是开放-封闭原则中的封闭部分，包括对现在点标准值的坐标平移、旋转、未来点解算、直角坐标与球坐标的互换，通用于不同的武器系统。

1.4 一次差计算及误差统计

解出射击诸元后，由于与被试品数据的时间取样间隔不一致，还要对解出的标准未来点插值来进行时间对齐，使标准值数据域被试品数据的取样间隔一致。插值公式为：

式中：

然后相减，得到一次差。最后采用GJB3856-99［14］或GJB74A-98［15］的方法进行统计，如需要，还可进一步推导时空特性［16-17］。可以推导出，对于方位角以北或车体纵轴为0，顺时针旋转为正，最终的系统误差和均方差，高低角不用再进行处理，对于方位角，用式（10）处理：

对于方位角以南为0，逆时针旋转为正的系统，则不需进行变换，输入时将航向角h 设为3 000 mil。

对于Testee2Std 部分，通过定义数据采集设备的输出格式，可以使数据采集设备直接输出载体坐标系下的射击诸元，不需要编程处理。

2 正确性验证

2.1 不变部分的验证

程序不变部分对于不同的武器系统是通用的，因此，此部分只要通过了一次充分验证，即可认为此部分正确。

本文中的程序初次应用在某型履带式双管自行高炮定型试验中。在验证过程中，本文中用C++编写的程序与研制方用basic 编写的程序进行对算，结果不同时，采用单步调试的方式对算每步的计算结果。出现争议时，邀请试验负责人采用手工计算的方式估算出大致结果，与程序的计算结果交互验证。双方的程序解算结果一致后，又经过了正样机试验和定型试验的验证，确保了不变部分的正确性。

2.2 变化部分的验证

第一次对算保证程序正确后，在后续的定型试验中，则只对静态解题结果进行对算。在设计定型试验前，本程序与火控计算机的静态解题结果进行对算，如果误差在规定范围内，则认为程序正确，程序可以用于动态射击诸元精度考核；如果误差超过规定范围，则与火控计算机研制人员共同寻找原因，确定是火控计算机错误还是标准值计算程序错误，直至结果正确。

由于静态解题试验安排在动飞试验前，因此，可保证程序在动态飞行试验前变化与不变的部分都经过实际试验检验。

3 应用

从射击诸元解算角度，对于目前非转管的高炮武器设计定型试验动态射击诸元数据处理可以分为两类：一类是射表不变。由于目前高炮武器的发展以信息化方向发展为主，很少研制新的口径，弹种的发展与武器本身的发展相对独立。因此，设计定型试验可能是弹种不变，即射表不变，比如同一口径的火炮，可以有轮式、履带式、牵引式，其他方面改变，射表不变。另一种是试验中要测试一种新的弹种，即射表改变。

对于第1 类武器，即射表不变的武器，通过建立通用的算法，可以保证程序不变。对于第2 类武器，则程序中改变射表相关部分，将计算动态射击诸元的复杂度变为计算定点解题的复杂度，然后通过静态解题试验确定程序的正确性。

例1：在某型轮式单管自行高炮武器系统的定型试验中，其采用的射表与之前定型的某型履带式双管自行高炮武器系统射表相同，则在试验中采用了履带式高炮定型中的程序。

例2：某型火控雷达定型试验，采用的射表在之前的试验中未出现过，则新编写了基于该射表的静态解题部分，其他部分复用原有程序，在动飞试验前进行研制方与试验方对算，保证程序正确。

例3：某型履带式4 管弹炮结合武器定型试验，采用的一种弹丸射表在之前牵引式高炮试验中出现过，但是方位角定义的零位和正向与牵引式高炮方向相反，则对此射表考核的程序不变，输出标准载体坐标系下的误差统计结果，再用式（10）手工转化为被试品坐标系下的误差统计结果。此系统的另一种弹丸射表未在之前试验中出现，则新编写射表部分。

4 结论

本文针对高炮动态射击诸元考核中标准值程序算法复杂、难以保证正确性的问题，通过应用开发-封闭原则，建立了算法，编写了程序，并建立了测试机制。

本文方法已应用到多种武器系统的设计定型试验中。试验结果说明，可以将动态射击诸元精度统计的编程难度降到查射表的静态解题难度，可以在动飞试验前确保程序的正确性。