密集阵防御系统

用于密集阵防御的系统

‌密集阵防御系统‌（Phalanx CIWS）是一种广泛应用于现代海军舰艇上的近程防御武器系统，主要用于拦截导弹、飞机和其他威胁物。

闭环火控

火炮的射击控制问题

已知：⑴测量的目标位置

⑵空间稳定天线速率伺服

⑶空间稳定火炮速率伺服

⑷火炮与天线的相对位置

寻求：

⑴天线伺服速率指令使目标保持跟踪

⑵火炮伺服速率指令使射弹拦截目标

常规射击控制中的误差源

⑴炮与跟踪雷达之间的机械的和电子的失调

⑵弹丸弹道误差（风、气象效应）

⑶工具偏差和噪音（分解器、速率陀螺）

⑷目标机动

在三位一体的结构中。用两个积分陀螺稳定天线，用算法计算速率指令维持跟踪雷达跟踪目标。另有火力管制算法提供射击诸元，指挥火炮射击。跟踪雷达提供目标距离、仰角和方位，天线先被平稳在水平后在俯仰方向。炮架也是两度自由，用速率陀螺可量出高低和方向的变化率，算出惯性参考坐标系。根据目标的定位数据可算出目标的坐标和机动。在火控计算机中存有火炮的所有弹道数据，从而算出火炮的指向，炮瞄准角加上提前角产生速率指向控制火炮。

⑴目标的估计，算出目标速度和加速度，用速度补偿的办法利用速度预测推动跟踪雷达天线保持跟踪。

⑵预测和管理火炮

用目标速度和加速度及弹丸的弹道数据，算出合理的火炮提前角，预测目标的未来位置。

⑶有一系列的逻辑决定开火、毁伤评定及停火。

这样火炮有很多误差源，可能有错误的指向、弹道数据在计算机中不一定代表实际射弹的情况，速率陀螺随时间变化的误差，无法在速率陀螺本身进行校正，目标运动假定以外，如目标机动，则无法考虑这种因素，特别当目标损伤但未被击毁时，这种机动是很难预测的。由于误差的存在，开环系统的射弹打不中目标就是打不中，毫无办法。而雷达观测弹着可以知道弹丸与目标的偏差，因多普勒频率，目标与弹丸差不多，故设一前一后距离波门，前后门是交替使用的一个波门通过变换位置而得到，根据前门与后门的数据，在火控计算机算出最接近目标的角量化的误差。

对常规火控系统的误差用大闭环校正的方法解决。

利用弹丸多普勒数据，改善射弹预先存贮于计算机的弹道数据。在计算机中存贮了弹道表，有弹丸的目标附近的存速，而雷达实时观测弹丸的存速（多普勒），从而得出差量（测出的存速与计算机计算的存速之差）经过低通滤波进入弹道预测方程得出炮口速度，利用炮口速度将有助于估计正确的弹丸飞行时间。

多普勒测量精度10英尺/秒

整个系统的偏差由大闭环校正消除

⑴闭环瞄准可以校正

①动态的火炮伺服滞后

②在目标附近，风的影响

③动态跟踪误差

④炮管的热效应

⑤火控动态误差

对于目标机动，尤其是已损伤但未被击毁的目标，检测其机动，命中的可能就会增大。

⑥静态偏差

⑦弹药分组的弹道差

⑵预先校准可校正

①静态跟踪的炮瞄准误差

②批与批之间的弹道差

⑶闭环控制

多路径效应

雷达观测的射弹弹着误差经瞄准误差估计器处理结合预先校正数据作为瞄准校正量。实时修正火控解，使系统获得零平均的瞄准误差。

在整个射击过程中，从获得脱靶量开始，闭环控制一直使用。

当目标掠海飞行时，跟踪雷达处于低角跟踪状态会出现低空映象的问题，这时电磁波会产生多路径效应，反射波经过海面折射，计算机据此进行计算，会产生错误的目标位置（虚影），这样雷达天线便在真目标与海面以下的虚影之间作上下摆动，使雷达不能在紧贴水面飞行的目标与虚影之间作出正确的分辨。

当雷达――目标线+反射点线＜0.7波束宽度

＜0.7波束宽度

就认为进入多路径效应

密集阵系统在刚开始设计时就考虑了这一问题。做了很多试验，在密集阵雷达频率上，对于通常的作战目标速度、高度，计算出的多路径效应，频率很高，高于设计频率，从而估计出这多路效应的扰动平均值为零，可用滤波器滤掉。此外，掠海飞行的目标不可能作太大的机动，在这种情况下，目标要机动就必须向上飞，这时多路径效应就不存在了。在软件中，根据目标的高度和距离用了很重（即观察时间长）的自适应滤波器。这样多路径效应的问题结合软件来解决。根据实际试验的经验，处理多路径效应不需要很严密的方法。对弹丸来讲，在海面飞行，多路径效应也同样存在，也是零平均值，现在是用软件的办法，但并不是完全解决，只是降低影响，使火炮能瞄准目标。做过5公尺以下的高度，1－4级的海情下的试验。

对于多路径应用一个估计的高度，滤波器滤掉多路径效应的振动误差，然后控制火炮，滤波器时间重，便于火炮平稳。

效果

1970年做过许多模拟试验证实，并适于有人驾驶的飞机，最近几年也做过50英尺－10英尺的拖靶试验。1984年4月17日在加利福尼亚州海岸2－3级海情，用BQM无人驾驶靶机，6米高，700英尺/秒速度，6000英尺开火，3000英尺击中。

计算机模拟，故意加4毫弧的偏差，加入闭环控制，经过0.5秒就去掉80%，2秒钟全部去掉。

通常大闭环系统可以使系统偏差从5－10毫弧降低到1－2毫弧，这是通过大量的模拟计算和实场试验证实的。

使用计算机的模拟程序估计命中率，用数学模型模拟系统的有关设备，所有在火控计算机的程序中，目标航路有真实航路，也有数学模拟的航路，扰动形式根据军方的数据。

海军要求的毁伤概率是80%。

在作战鉴定时，对所有出现的目标多发命中计算为100%（当场击毁）。

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