摘 要：概述了在火炮研制中应用仿真技术的重要性，建立了火炮系统仿真模型并简述了各仿真模块的功能。
关键词：火炮；效能模型；仿真模型
1 引 言
随着未来战争与作战需求对火炮武器系统提出更新更高的要求，现代火炮的构成日益复杂，火炮武器系统的技术集成度越来越高，原理、新技术、新材料的采用成为必然趋势，带来了实现系统质量和可靠性水平要求的难度越来越大。另一方面，当代科学技术的发展，不仅促进了火炮武器系统成为技术密集的高技术装备，而且为提高其研制工作水平提供了必要手段。在仿真技术、计算机技术和试验测试技术高度发展的今天，应用这些技术、改变传统的手工设计-加工试制-试验验证的循环一类的设计与试制方法，从而提高研制水平、缩短研究周期、节省全寿命周期的费用，已成为必然的趋势。
我国火炮行业至今仍无总体仿真实验室可供总体论证、分析、设计、研制之用。为了适应打赢一场现代技术特别是高技术条件下的局部战争，研制精良火炮系统和符合多试少产的要求，进一步提高火炮研制的效费比，以适应我军装备需求和军贸市场的激烈竞争，迫切需要采用仿真技术和先期技术演示验证手段，建立起火炮总体仿真模型和相应仿真演示实验室，加速火炮研究进程，缩小与国际火炮先进水平的差距。
1 火炮总体仿真系统方案
1.1 仿真目的
武器系统综合性能指标是衡量武器系统在给定条件下实现某一种功能之量度，是对有关的几项甚至几十项单项性能指标的效果之优劣的评判。火炮系统主要综合性能指标有：
(1)发现目标的能力即发现概率P0；
(2)对目标实施射击的能力即服务概率Pf；
(3)对目标的射击效力即毁歼概率PK；
(4)在作战中受到敌方攻击时的生存能力即生存概率PS；
(5)在任一时刻以来以良好状态开始工作的能力即可用度A。
火炮系统的总体效能是对火炮系统所有综合性能指标进行全面的、综合的评价，从而评判火炮系统的优劣。所以火炮系统的仿真目的是通过仿真这一技术手段，预测或评价在模拟环境中,火炮系统的效能,研究分析火炮的稳定性，开展火炮先期技术演示验证。
该仿真以复杂的自行高炮系统为主要对象，兼顾其它炮种。采用数学和半物理相结合的形式仿真。
1.2 技术途径
1.2.1 效能模型
前面已指出，仿真的目的是评价火炮系统的效能，要评价效能，就要有效能模型，在常见几种效能模型中，美国武器工业咨询委员会的WSEIAC模型显得最清晰、明了，最易人们所接受，因此选择WSEIAC效能模型E=A×D×C，其模型层次分解如图2-1所示。
图2-1 效能模型层次分解框图 其中：
E——系统效能；
A——可用度，是系统在开始执行任务时所处状态的量度；
D——可信赖度，系统在执行任务过程中所处状态的量度；
C——能力，已知系统在执行任务过程中所处的状态。表示系统完成规定任务之能力的量度(C＝f2(P0.Pf.PS.PK))；
Pk——火炮武器系统毁歼概率；
Pf——火炮武器系统服务概率；
Ps——火炮武器系统生存概率；
Po——火炮武器系统发现概率；
n——火炮武器系统点射长度；
p——火炮武器系统火炮身管数；
v——目标幅员与易毁程度参数；
ω——毁歼一个目标所需的平均命中弹数；
x——武器系统的射弹散布特性与精度特性；
Sp——武器系统参数（如观测系统、火控系统、火炮伺服系统、车体悬挂稳定系统、行驶驱动系统及身管指向与身管振动的参数等）；
Tp——目标参数（如目标的机动速度、方向、高度、捷径、距离及机动方式等）；
Ap——气象参数（如气温、气压、空气密度、风速、风向等）。
1.2.2 途径
由于C是最能反映系统效能，也是人们最关心的，所以该仿真系统拟从火炮完成探测概率P0，服务概率Pf，毁歼概率Pk过程和效能入手，围绕火炮系统动态精度，建立由目标、外弹道，火炮武器系统及评价模型组成的火炮仿真演示验证系统模型。通过对运动目标、外弹道、火炮、目标探测、跟踪、解算系统、伺服系统、炮塔、射击动力学、车体姿态等环节建立数学物理仿真模型。同时，模拟火炮射击、车体倾斜、摇摆、气象、环境等干扰因素。即可预测或评价在模拟环境中，火炮系统的效能或性能，研究火炮的稳定性，进行火炮先期技术演示验证。自行火炮仿真演示验证系统模型如图2-2所示。
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图2-2 自行火炮仿真演示验证系统模型框图 1.2.3 各模块的功用与仿真形式简介
①运动目标模块
该模块用来产生模拟运动目标的航路、速度、姿态、形状、大小、空间背景、环境条件和干扰等，为探测跟踪系统进行动态模拟试验提供目标参数及环境条件。该模块由雷达、红外、可见光、激光运动目标模拟器来实现，各模拟器采用数学或物理模型。红外和可见光模拟器可产生：目标大小、形状、信号强度、天候以及目标的高低角、方位角和速度等；对于雷达运动体系模拟器还包括杂波、角闪烁，振幅起伏、多路径效应和干扰信号等；激光回波模拟器。
②探测跟踪模块
探测跟踪模块是由目标坐标探测跟踪与人机模块所组成的。该模块用于模拟火炮在行进间探测跟踪运动目标并提供各种探测量，即雷达系统提供目标的高低角、方位角、距离、径向速度等；红外系统提供目标的高低角、方位角；可见光系统提供目标的高低角、方位角；激光系统提供目标的距离。人可以作为一个特殊探测器来对待，提供高低角、方位角及距离。
雷达系统采用数学或半实物仿真的形式；红外、可见光和激光系统采用数学或实物仿真；人机系统采用数学仿真。
③炮塔模拟器模块
该模块是由火炮稳定伺服，力矩加载和炮塔结构模块组成。它们主要是用于模拟火炮目标未来点诸元、高低角、方位角及其变化；模拟未来点诸元受车体姿态变化，射击扰动影响引起的变化；模拟炮塔运动对车体、操作手、火控系统的影响，是构成火炮仿真系统不可缺少的环节。做为总体重要组成部分之一，主要是用于研究火炮系统行进间射击过程中火炮武器系统对目标未来点的射击线稳定精度和瞄准线稳定精度问题以及火炮系统动态射击精度问题。炮塔模拟器采用数学或物理仿真的形式。
④车体姿态模块
该模块是由路面噪声、驾驶噪声与行驶驱动动力等和车体悬挂系统模块组成。它用于模拟火炮行进间射击的路面、驾驶噪声与行驶驱动系统对车体姿态（横摇角、纵摇角、航向角）的影响，分析车体姿态变化对稳定系统、火控系统和射击的影响。车体姿态的仿真采用数学或半物理的形式。
⑤瞄准线校正和射击线校正模块
瞄准线校正模块和射击线校正模块用于火炮在行进状态下对火炮的射击线和瞄准线进行补偿和修正的仿真试验。采用数学或物理仿真的形式。
⑥火炮射击模块
该模块主要由射击模拟装置及相应的控制系统组成。主要用于产生与火炮实弹射击相一致的冲击作用，使火炮在这个冲击力的作用下产生振动，模拟火炮射击时的受力和振动情况。作为火炮全系统仿真的一个重要组成部分，主要用于分析研究火炮射击及其引起的冲击振动对全炮其他系统的影响，如振动对跟踪瞄准系统的影响，射击载荷对随动系统及稳定系统的影响，各系统在射击时的工作状况及可靠性，以及振动对射击精度的影响。并通过炮口振动，给外道弹提供弹丸出炮口的初始扰动。火炮射击模拟可采用数学或物理仿真形式。
⑦火控计算机模块
火控计算机的目的主要是解算出火炮未来点的高低方位角。为解出目标的未来点的坐标，火控计算机首先对探测器测得的坐标进行转换、坐标平滑，以及目标速度的平滑等，然后计算提前点的坐标、输出诸元等。最后对输出诸元进行平滑，并输出至火炮随动系统。采用数学或物理仿真形式。
⑧外弹道模块
该模块用于生成弹丸出炮口后在空中的运动轨迹（坐标、速度等），以便随时确定弹丸与目标的相对位置，求取弹丸脱靶距离、计算命中或毁歼概率。外弹道通常采用数学仿真。
⑨评价模块
评价模块是由火炮弹目偏差，毁歼概率，服务概率，探测概率，生存概率，可用度，可信赖度模块所组成。它用于评价、分析火炮总体效能性能或单体性能。具体评价内容，方式可参阅参考文献［1］，这里不再细述。评价模块采用数学仿真。 2 结束语
为了改变我国高炮系统研制方面的落后面貌，缩短与发达国家在这方面的差距，应尽快建立火炮仿真实验室，提供先进仿真技术和演示验证手段，加速火炮研究进程。 作者单位：兵器工业第二○二研究所，陕西 咸阳 712099 参考文献：
［1］ 田棣华，肖元星等.高炮武器系统效能分析［M］.北京：国防工业出版社，1991，12
［2］ 潘承泮.武器系统射击效力分析［M］.北京：国防工业出版社，1985.6
［3］ 张飞猛，吴冬梅.论建立我国火炮仿真实验室的必要性［J］.四川兵工学报，1997，1 |
