激光测距机的测距可靠性及其现状分析
激光测距机的测距可靠性及其现状分析
方启万
1.引言
可靠性在国家标准里的定义是“ 产品在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的能力” 。此定义可以给予广义和狭义的两种解释广义可靠性是指产品在其整个寿命期内完成规定功能的能力, 这是一种定性的说法, 它可以包括狭义的可靠性和维修性狭义可靠性则是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。在上述标准中, 将狭义可靠性称为可靠度, 而在英语里可靠性和可靠度是同一个单词:Reliability , 广义可靠性则为Dependabil-ity。根据国家军用标准图中可靠性定量要求”的内容, 结合军用激光测距机的具体使用情况和后勤保障特点, 作者认为“ 军用激光测距仪机的系统可靠性参数应包括下列三项定量指标与任务成功性有关的测距可靠性MCSP, 它表示激光测距仪机圆满完成测距任务的概率;
与产品寿命有关的平均无故障测距次数MTBF;
与维修人力费用有关的测距机的平均修复时间MTTR。
本文仅讨论与任务成功性有关的测距可靠性的定义、战术意义和现状分析。
2.测距可靠性的定义
激光测距机的任务是测距。故激光侧距视的任务可靠性就是测距可靠性。所谓测距可靠性是指激光测距机在规定的条件下和规定的时间内完成规定测距功能的概率, 也称为准测率。“ 规定的条件”是指设计时考虑的高、低温贮存与高、低温工作、太阳辐射、淋雨、浸渍、湿热、冲击、振动、霉菌、盐雾、运输条件等试验和使用维修条件、工作方式以及战术技术指标规定的大气能见距离、战术目标如坦克、运输机、战斗机、舰艇、冥河导弹、飞鱼导弹等或给定的目标特性参数如目标等效反射面积和有效反射率。同一测距机的某一规定条件稍有不同, 其测距可靠性呈现的差异则很大。
“ 规定的时间”是通过合同或具体的产品技术标准规定的。而可靠性工程中的“ 时间”概念是广义的, 即包括通常的“ 时间” , 也包括如行驶里程、实航次数、循环次数、工作次数等。在测距可靠性里, “ 规定的时间”是指规定的测距次数。
所谓“ 规定的功能”是对研制和生产产品的目的而言的, 既根据装备的战术需要, 又考虑生产的实际可能, 一般由装备的战技指标表征。装备达不到其规定的性能指标时称为失效。对激光测距机, “ 规定的功能”是指规定的测距功能对规定战术目标的测程范围、测距误差、距离选通、多目标识别、测距重复频率、应急测距、距离分辨率、角分辨率和虚警率等。激光测距机为可修复产品, 当达不到其规定的性能指标时称为故障状态, 也称为测距失效。
3.测距可靠性的战术意义
激光测距是最早应用且最为成熟的激光技术, 激光测距机是崭新的精密测量设备。它测距迅速、精确, 且精度不随距离的远近而改变, 特别是可用很小的发射孔径获得很窄的光束, 因此, 在车载、机载、舰载等光电火控系统中得到日益广泛的应用。
测距可靠性是军用激光测距机的一个圆满完成任务概率的极为重要的战术技术指标, 直接影响到战斗的胜负, 对陆、海、空三3.军都具有十分重要的战术意义。
如对交战坦克而言, 双方都力求尽早发现目标, 先敌开火首发命中, 否则贻误战机就使自己处于被动危险的境地。在八十年代前期的两伊战争中, 一方装有激光测距火控系统的坦克常以少胜多, 另一方的坦克数量虽占优势, 但无激光测距, 免不了车毁人亡。因此, 坦克列装激光测距机的测距可靠与快速, 对坦克先敌开火与首发命中具有头等重要的意义。
对于海军而言, 国外已有六大近程舰炮反导系统列装, 我国也在研制舰炮反导系统。在舰炮反导系统中, 激光测距机必须在几秒甚至秒时间内, 连续可靠地对来袭导弹跟踪测距若干次, 不断确只来袭导弹的速度和加速度矢量, 才有可能进行火控精确计算、武器有效装定和准确开火射击。故激光测距机的测距可靠性在海战中也十分重要。
4.测距可靠性的应用概况
4.1管理情况
军方对新产品激光测距机的测距可靠性较为重视, 八十年代初海军近程激光测距机的技术文件中就列入了测距可靠性指标, 当时称为“ 测量有效概率” 接着炮兵有关文件也列入了准测率指标后来海军起草的国家军标也正式列人准测率指标。
但也有使用主管部门忽视此项指标, 以致很多外军和国产的军用激光测距机, 均未见给出准测率指标, 甚至有关标书也不提测距可靠性的要求。
4.2目前水平
当置信水平为50%时, 用于慢速目标的低重复频率激光测距机在静止状态情况下对固定战术目标的准测率不小于98%, 用于快速目标的高重复频率激光测距机准测率为90%或95%。
4.3存在问题
作者认为测距可靠性目前存在规定条件不明确、试验条件不严格、置信水平比较低的问题。
5.测距可靠性的问题分析
5.1规定条件不明确
5.1.1能间距离不确定
目前, 军用激光测距机给定准测率指标都未说明它对应的大气能见距离作者认为应在指标测程的最大值处检验准测率的合格性。然而, 许多国内外军用激光测距机给定最大测程的能见度过于模糊, 如薄雾、雾天、睛天、良好天气、中等能见度、好的能见度、七级能见度等。这样, 能见距离就在一个大范围内不确定, 因而准测率就不可能有确定的量值。上述模糊能见度中, 七级能见度的变化范围最小, 现举一个七能级见度的例子。
例某手持激光测距机, 在七级能见度时, 对面积刁, 目标的测程为一, 对静态目标、固定测量时的准测率不小于。
若在七级能见度的上限。时, 对规定的静态战术目标、固定测量的测程刚好能满足准测率要求的话, 那么在七级能见度的下限时, 对上述目标的最大测程, 就根本达不到, 故其准测率为零。若要将此时的准测率从零上升到, 由计算可知, 该机的测距能力大约要提高巧倍, 这对于国内外手持激光测距机都无法实现。
5.1.2目标参数不准确
被军用激光测距机测量的目标的特性参数有等效反射面积和有效反射率简称反射率。等效反射面积不是目标的体表面积, 一般是指目标在垂直观察方向的平面上的投影面积,目标不同, 其值差异甚大, 从隐身反舰导弹的, 到大型舰艇的数千平方米。目标对测距激光的有效反射率是目标的综合等效反射率, 因许多军事目标由多种材料构成不同曲面所组成, 各部分就可能有不同的反射率, 如坦克、飞机的保护玻璃上的反射属镜面反射, 其余大部分可视为朗伯漫反射。若上述这两个目标特性参数不准确, 对测距可靠性的影响很大。
例某舰炮末端反导激光测距机, 在能见度大于时, 对耐截面积的掠海飞行导弹蒙皮反射系数为, 激光束散角。一叫作用距离不小于, 准测率不小于。
作者认为选定的目标特性参数蒙皮反射数为的根据不足, 既不是实测数据, 又不是出于可靠的资料即使设定蒙皮反射系数为是正确的, 但这种提法还容易造成误解将作为掠海飞行导弹的反射系数, 这就使完全满足此例要求的激光测距机也不可能达到的作用距离, 即对给定目标测程的实际准测率根本不可能达到95%。
出现这种问题的原因是设定蒙皮反射率为0.27不可靠, 并又将其视为导弹的反射率。因为舰炮末端反导激光测距机的使命任务是对反舰导弹进行迎头测距, 故反舰导弹对激光的反射面并不是蒙皮组成的均匀平面, 而是接近圆锥形的曲面。若激光沿导弹的中心轴线入射, 则入射角在轴线上为零, 随离轴距离而增大, 到导弹外缘时, 达到90°。因此从导弹反射而进入接收视场的回波功率在轴线上最大它等于导弹轴线表面材料的反射率与轴线上的入射功率的乘积, 随着离轴距离的增大而减小, 到导弹外缘时将减小到零。所以, 不能将表面蒙皮的反射系数直接作为迎头导弹的反射率。对于这种曲面的非均匀反射, 也不一定要进行曲面积分演算, 可对实物进行直接测量, 或者用与目标等效反射面积相等的某种材料组成的均匀平面进行对比测量, 使此平面按入射角方向反射的功率与目标反射的相同, 那么此平面的反射率就等于该目标在此方向上的反射率。国外一般取导弹的反射率为0.1, 由此可以算得, 要达到例要求的的作用距离激光测距机的灵敏度必须提高到132.2dB。如此高的灵敏度, 目前国内外均难以实现。
5.2试验的条件不严格
由于地理限制、天候影响或人为疏忽, 使测距可靠性试验没有严格按照规定的战术技术条件进行, 这样就降低了准测率指标的要求。
5.2.1靶标距离小于测程
准测率的高低与试验时测量距离的远近有关。作者认为应严格按战术技术条件规定的指标测程即按既定战术目标的最大作用距离上考核准测率, 才能保证合格的质量。由于激光测距机生产单位并不在山顶或海边而处于内地, 甚至有的还位于山沟。这种地理条件的限制, 使在厂内最高建筑所能看出去而不被遮挡的经军方认可的专用模拟靶标或山头、民用建筑等模拟目标的距离, 通常小于指标测程。如某厂地处山区, 生产测程指标的激光测距机, 而厂内最高建筑中视线不被遮挡的最远模拟靶标距离不足生产测程测距机的某厂位于城区, 厂内最高点所能看见的能作为最远模拟目标的工厂烟囱的距离仅某厂地处城郊, 生产测距机的测程为, 厂内最高处能直视的最远目标是的山项白塔。如果在厂内对上术模拟靶标或模拟目标检验准测率指标, 则不能保证产品合格。
需要指出有的单位不作专项的准测率测验, 而是将最小测程检验、最大测程检验、测距情度检验、角分辨率检验与距离分辨率检验等各项测距检验的记录数据累集起来就直接作为准测率试验数据, 这样得出的准测率之值与指标所要求的额定值就相差更远。某军标的“ 准测率检验”中仅说“ 在进行有关项的测距检验时都应做好数据记录” , 按公式计算。作者认为应在规定战术目标的最大测程上作专项准测率检验, 做好数据记录才妥当。
5.2.2能见距离没有上限
因生产激光测距机的单位未用能见度测试仪作定量测量, 故检验准测率时, 无法严格坚持按验收技术条件所规定能见度的量值来进行。检验时若准测率不合格, 等天气好些重测, 如果仍不合格, 就等雨后转晴时的高能见度天候再测, 直至合格为止。这样, 能见度就没有上限, 等干在不断降低准测率的要求。
5.2.3目标参数任意更改
军用激光测距机的目标多为非合作目标, 它“ 的两个特性参数等效反射面积。和反射率。, 又寸准测率的影响很大军方应对它们进行深入了解, 积累必要的资料。军方认可的模拟靶标或军方同意选择的模拟目标必须严格保证符合相关目标特性参数和的要求。如果稍有放松, 就会使不合格产品检验通过。
5.3置信水平比较低
目前激光测距机测距可靠性的一个共同特点就是置信水平比较低。这是由于作为订购的军方下达战术技术指标任务书时, 只要求准测率的具体量值, 而不提置信水平为多少的缘故。因为只要订购方不明确提出置信水平的具体要求时, 承制方就可以认为置信水平为50%。而美军的置信水平通常取95%或90%, 因此相比之下, 我军的置信水平就比较低了。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除