AHEAD弹药在防空武器中的应用
收稿日期    修回日期6作者简介刘　静(6　)，女，天津人，高级工程师，从事
专业火控总体设计。
文章编号:1002-0640-(2010)增刊-0087-02
AHEAD 弹药在防空武器中的应用
刘　静，刘　刚
(北方自动控制技术研究所，太原　030006)
  摘　要：重点介绍了AHEAD 弹药的基本概念、弹药组成、应用原理、毁伤机理，以及国内首例35mm 口径AHEAD 弹在某高炮武器系统中的工程应用。
关键词:AHEAD 弹药，电子时间引信，引信装定，初速测量中图分类号:TJ 41    文献标识码:A
Application of AHEAD Ammunition to the Air Defense Weapon
LIU Jing,LIU Ga ng
(North A utoma tic Control Technology Institute ,Taiyua n 030006,China )
  Abstract :This paper mainly describes the basic concept of AHEAD ammunition a nd its composing ,application principle and damage means .Viewed from the system ,describes operating principle a nd implementation of the AHEAD ammunition first use in one air defense weapon system .
彭州在哪里
Key words :AHAED ammunition,electronic time fuze,fuze setting,muzzle velocity measurement
1　AHEAD 弹药的需求背景
随着高新技术在空袭兵器中的大量应用，空袭兵器(反辐射导弹、)将是未来局部战争面临的最大威胁。中低空防御系统防御的目标将更多地向超低空、无人驾驶飞机等类型转化，迫使武器的弹药设计思想出现新的转化。鉴于未来战争的发展趋势，近程防空武器大多采用弹炮一体化方式，同时呈现出高炮弹药的子母化与制导化发展趋势。AHE AD 弹作为这种转化的典型代表，采用“间接命中”体制，以显著提高对空中来袭目标的毁伤概率的优势逐渐成为防空高炮的新宠，其多束定向预制破片的杀伤特性提升了小口径高炮的反导能力。
2　AHEAD 弹的基本概念
AHEAD 为“Adva nced H it Efficiency And Destr uction ”的缩写，即“高效命中与毁伤”,AHEAD 又可译为“在……前方”，表示AHEAD 弹药在目标前方引爆、抛撒子弹药(预置破片)，即“超前撒网拦截”的概念。
AHEAD 弹药是由瑞士厄利空公司首先研制的一种35mm 口径高炮的配用弹药(未来也有可能适用于其他小口
径弹药)，将现代弹药制造工艺与嵌入式电子技术有机结合，该弹药为可编程弹药，其可编程定时引信可在目标前方适时抛射钨合金子弹，形成致命的弹幕，以此来提高拦截目标的成功率。
AHEAD 弹药系统由AHEAD 弹药、弹丸初速测量与时间引信装定装置、时间引信诸元求取系统三个部分组成。
2.1　AH EAD
弹药
图1　35mm AHE AD 弹药结构示意图
AHEAD 弹药是一种独具特的字母型可编程引信弹药，主要由可编程电子时间引信、钨合金子弹、抛撒药、薄壁弹体、消化纤维发射药和钢制药筒等组成。其圆柱形钨合金子弹有锋利的边缘，从而保证在小角度也能侵入目标。实弹发射试验表明,7枚～25枚钨合金子弹命中目标就可保证目标的毁伤。该弹可在1.2km 处摧毁反辐射导弹，在  1.5km 处摧毁掠海导弹，在2.5km 处摧毁，可在4km 处摧毁飞机或直升机等目标。
D 弹的主要技术指标如下弹径35弹丸长度Vol.35,Supplement
Aug,2010火力与指挥控制
Fi re Cont rol and Command Cont rol 第35卷增　刊
:2009-08-18:2009-11-2:198-:AHEA ::mm :228mm
初速:1050m/s
弹丸质量:750g
全弹质量:1780g
重金属杀伤元素(子弹)总质量:500g左右
单枚子弹质量:  3.3g
子弹数量:152个(国产预制破片弹为133个)
抛撒角:10°～12°
引信时间装定间隔:1ms
引信作用距离:70s∽4600m
炮口安全距离:60m
2.2　测速与装定装置
测速与装定装置由炮口装置和系统信息处理装置组成，炮口装置主要由三个感应线圈组成，其中前两个线圈用来测定弹丸的初速，称为初速测定线圈；最后一个线圈用来装定弹丸的弹底时间引信，称为引信装定线圈。弹丸的弹底内装有一个数据接收线圈和可编程电子时间引信，在通过装定线圈将引信
时间无线发射至弹丸上的接收线圈后，弹体上的可编程电子时间引信即受控启动倒计时，弹丸在飞行至引信引爆时刻时，即引爆并定向抛撒多束子弹。
2.3　电子时间引信求取系统
电子时间引信求取系统完成射击诸元解算、电子时间引信装定数据解算的工作。时间引信诸元的确定与弹丸飞行时间、存速和最佳开舱距离有关，而弹丸飞行时间在未来点已知条件下，与炮口初速有关，利用厄利空经验采用感应方法测量炮口初速，对每一个射击点计算需使用当前周期实际的炮口初速，因此需要对弹丸飞行时间、存速进行实时修正，在修正基础上获得最佳引信装定时间。
3　国内外目前状况
AHEAD技术工程应用是陆基和海基近程防空系统的理想解决方案，瑞士厄立空—康特拉夫斯公司在该项技术研究上处于领先地位，该公司于1991年开始AHEAD技术的研究,1993年首次公开其AHEAD防空系统。其研制的“千发”AHEAD弹药系统，采用35mm AHEAD可编程时间引信的动能子弹丸载体，在炮弹飞离炮口时，通过炮口装置设定火控系统提供的引信工作指令时间。在1km～2km距离内，射速为1000发/min的舰炮，在1.1s内点射18发AHEAD弹，每个弹丸可释放152个  3.3g的旋转稳定的钨合金子弹丸。研制的“防空卫士”(Skygua rd)Ⅲ35 mm AHEAD防空系统配备1部“防空卫士”Ⅲ火控系统、2门GDF007-A h ead双管35mm高炮和2个防空导弹发射架，该武器系统可使用AHEAD弹药。“防
表面兄弟五五开
空卫士”Ⅲ是该系列火控系统的最新改进型,GDF007-Ahea d双管35mm高炮是GDF型高炮的最新型号。新系统增加了引爆时间求取功能，换装了弹丸初速测量与时间引信装定装置，配备35 mm AHEAD弹药，其作战效能大大增强，同时加强了火控系统的搜索和跟踪能力与抗电子干扰能力，缩短了系统反应时间[]。
我国有关D弹及其相关技术的研究起步较晚，从“九五”期间部分研究所及院校才开始着手研究。近几年来我国已研制出类似于AHEAD弹的新弹种即多束定向预制破片弹，并把该弹种作为我国自主研制的某防空武器系统的主要配套装备，用来防御低空、超低空入侵的、飞机、无人机和直升机等目标。因此，新型弹药(AHE AD和预制破片)的出现，迫切需要同步研究AHEAD弹工程应用技术，建立相应的数学模型，提出适用于工程实现的算法，搭建高速解算平台，并尽早在武器型号中得到验证和应用。
修防水漏水截止2008年底，结合某防空武器系统的研制需求，国内已攻克了AHEAD弹药、弹丸初速测量、电子时间引信建模与工程实现、电子时间引信装定等关键技术，并通过武器系统的大量试验得到了充分的验证，目前AHE AD弹药已完全可以在防空武器系统上大量推广应用。未来的研究方向是如何在更小口径高炮中应用该项技术。
4　火控系统控制A HEAD弹的基本工作原理
  AHEAD弹药系统打破了一般弹丸依靠起爆将弹体炸成破片或一般破片高速抛出的原理，而是利用弹丸的弹道存速，将预制破片向前锥形抛出形成拦截网。
火控系统控制AHEAD弹的基本工作原理如下：火控系统采用总线通讯方式，火控计算机、搜索系统、跟踪系统、测速与装定装置等各单体以节点形式挂在总线上，各单体按严格按系统规定时序传输信息到总线上，同时根据自己需要获取单体信息。火控系统中火控计算机根据跟踪系统(雷达、光电)给出的目标信息，按照实际的气象条件和火炮弹丸的平均初速等参数计算出火炮射击诸元，发送给火炮伺服系统控制火炮进行射击；火控计算机同时作为电子时间引信求取系统，根据每枚弹丸在炮口测得的实际初速，计算弹丸在目标前方指定距离的最佳引爆开仓时间，送至装定装置，通过电磁感应在弹丸飞出炮口的瞬间完成对弹丸的时间引信装定；弹丸上的数据接收圈接收到引信作用时间的脉冲信号后，立即激活可编程电子时间引信进入倒计时工作状态，当达到装定时间时，输出发火信号，弹丸起爆，形成抛向目标的破片
幕。
图2　闭环装定时间引信示图
5　在国内某型号产品中的应用
国内某防空武器系统，其任务是以高密集火力对付小、低空、快速活动的来袭目标，如各类空地导弹、攻击性无人驾驶机等，从而保护己方重点目标。该武器系统的火控系统与
(下转第页)
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表4　平均关联时间的比较
单位:ms
场景1场景2场景3 JPDA128.96————
N SJPDA67.76144.32241.7
求三角形中心65.77136.34215.1
表5　关联正确率的比较
场景1场景2场景3 JPDA91.2%————
N SJPDA95.4%95.1%94.7%
求三角形中心95.3%95.3%95.0%
景中，求三角中心的方法比NS JPDA提高了5.53%，在第3个场景中，求三角中心的方法比NS JPDA提高了11.0%。这验证了理论分析中说明的“越是在复杂环境下，本算法的实时性越能得以体现”；但提高的不明显是因为本文中的场景都不是很复杂，计算量并不是特别大。
关联正确率方面，由于场景1比较简单,JPDA的关联正确率也达到了91.2%,NS JPDA和求三角形中心的方法分别到达了95.4%和95.3%；场景2中,NS JPDA和求三角形中心的方法分别到达了95.1%和95.3%；场景3中, NS JPDA和求三角形中心的方法分别到达了94.7%和95.0%。在3个场景下,N SJP DA和求三角形中心的方法的关联正确率都没有太大差别。场景复杂的情况下，求三角形中心比NS JPDA的关联正确率高，是因为求三角形中心的方法时时以目标的预测值为参考点，从而保证了关联量测不会偏离预测值很远，因此保证了关联正确率。
4　结　论
本文提出的求三角形中心的数据关联方法，有效解决了JPDA的计算量大、实时性差问题。通过理论分析和仿真表明，该算法的实时性高于JPDA及N SJPDA算法，关联正确率也得到了保证，是一种有效的方法。
应该指出，本文的仿真场景都是假设目标做匀速运动，没有关于目标做机动运动的比较，这正是笔者下一步的工作；同时，本方法也需要在实际中进一步的验证。
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瑞士的Skygua rdIII35mm AHEAD防空系统相比，在AHEAD弹药控制方面的流程以及性能指标基本相近。
在国产新装备上，火控系统攻克了以下关键技术:
(1)弹丸初速的精确快速测量：在弹丸通过两个测速电磁线圈后，通过测量其感应脉冲的时间间隔快速计算出弹丸初速(微秒级);
(2)快速解算电子引信时间：初速测量仅是火控计算机解算电子引信时间的一个输入参数。火控计算机
对电子引信时间的确定与诸多因素有关，与火控系统对未来点诸元解算有关，与当发弹丸炮口初速有关，与最佳开舱距离有关，而火控对未来点诸元解算又与目标探测器测试精度、射击条件偏差量即气压、气温、空气密度、风速、风向等有关。通过建立仿真建立了最优工程应用模型，可在完成弹丸初速测量后通过装定线圈前，快速解算出电子时间引信并完成完成引信编码(微秒级)。
(3)数据编码技术：引信的数字装定过程需要对时间信息进行数字编码，以保证数据传输的有效性和抗干扰能力。
()数字通信技术用以保证将电子引信时间编码快速装定至弹丸的接收线圈(微秒级)。引信的装定过程本质上是一个数字通信过程，包含了装定信息的编码+调制+驱动和发射，同时引信对信息的接收过程也要完成滤波+解调+解码和识别等。
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