王 辉 唐道光

1.北京理工大学宇航学院 北京 100081

2.中北大学电气与控制工程学院 山西太原 030051

在航天火箭发射、武器系统靶场试验中，气象条件是否满足发射条件要求是试验任务开展与否的重要先决条件。气象条件主要包括地面以及上升到数千米高度不等的不同高度条件下气温、气压、湿度、风速、风向等若干参数[1]。这些参数通常由专门的气象站、气象车通过探空气球或探空雷达获得，依据特定的规范格式输出数据。但这些数据与某一特定发射任务需求不一定完全匹配，尤其是对型号种类繁多的武器系统研制而言，往往需要试验人员具有自主辨识、处理的能力，以便试验的顺利开展[2,3]。因此，气象参数的测量与数据处理是航天测控、靶场飞行测试的重要环节，对航空宇航相关专业的学生而言，也是一项需要掌握的重要技能。尤其是对飞行器设计、武器系统设计等相关专业的学生，靶场气象参数的测量、数据的判读、规范化格式输出等知识和技能的掌握能有效地促进试验工作的开展。在航天测控课程的课堂教学中，涉及相关内容通常是以理论讲解为主，学生难以有直观的认识和了解，也难以深刻领会[4-7]。为了增加科学素养、培养高质量学生，面对这些情况，须对相关内容的教学方式方法进行各种创新和尝试[8-10]。

本文依托北京理工大学航天测控原理与设计课程，结合学校兵器特色学科，以某型末制导炮弹武器系统研发试验中遇到的实际问题为教学案例，详细讲解气象参数的测试和不同规范下的标准格式，引导学生理清软件设计思路，加强培养学生的软件设计能力，切实提高解决实际问题的能力。

1 气象探测在炮兵中的作用及其测量设备

在炮兵武器系统研发中，靶场试验在研发的方案、工程样机、定型或技术鉴定等各个阶段均是必不可少的环节。以某口径末制导炮弹为例，根据测试任务需求，炮弹上通常安装有各类型的传感器，如测量角速率和加速度分别用角速率传感器、加速度传感器，位置参数可通过INS或GPS/北斗等卫星导航获取。上述测量传感器和设备保障了导弹飞行中所需的各类参数的实时测量。

地面炮兵的活动范围、弹药飞行都是在大气层内进行，大气的状态将影响武器的作战行动和弹药的运动轨迹。因此，在地面炮兵准备工作中，除了获取必要的坐标信息、弹药信息外，气象条件是否满足发射窗口要求以及非理想气象条件对导弹发射和飞行状态的影响就尤为重要，如垂直气流、风切变、急流、逆温、云层高度等非正常气象情况就需要特别关注，末制导炮弹试验中也曾出现因为云层高度过低、弹道横风过大而取消靶场试验的情况。

在军事气象学领域，按军兵种可分为空军气象学、海军气象学、炮兵气象学、防空兵气象学等。炮兵气象数据采用气象通报的形式，传送到各作战单元，使用的基本气象参数是气温、气压、湿度、风速、风向。这些气象参数通常利用专用的气象仪探测得到。地面炮兵靶场一般建有固定的气象观测站或移动的气象车，核心设备是探空仪、探空气球、气瓶、数据接收存储设备以及配套的电源、线缆等。气象气球通常用氦气等低密度安全气体，通过携带的探空仪实时探测不同高度下的气象参数，地面接收设备获取气象参数后按一定的格式存储备用，地面气象参数的测量误差要求见表1。图1给出了常用的气象仪和探空气球示例。

表1 气象仪地面参数测量的误差要求

图1 常用的气象仪和探空气球

2 不同规范下的气象通报格式

国内常用的炮兵气象通报和北约炮兵气象通报格式和规范不完全一致，在某些参数定义上区别较大。针对某一具体的武器型号研制，采用何种气象格式通常由潜在用户使用习惯决定，如末制导炮弹外貌型号通常采用北约标准，北约地炮弹道气象METB、计算机气象METCM。下文以中国地面炮兵弹道气象通报(通常称1111)、计算机气象通报(通常称5555)、北约地面炮兵弹道气象通报(通常称METB)为例，进行详细阐述。

2.1 中国地面炮兵弹道气象通报

中国地面炮兵弹道气象通报编写规范见表2、表3。

表2 中国地面炮兵弹道气象通报

表3 中国地面炮兵弹道气象通报分层高度

需要注意的是，凡通报中的数字不足规定的字数，在数字前补0，以补足字数；若诸元中的某一项不明，则以数字9代替；此外，对负数的处理方式是高位数字“加5”，例如，-15 ℃的弹道温偏编码时写为65。

2.2 中国地面炮兵计算机气象通报

中国地面炮兵计算机气象通报编写规范见表4、表5。

表4 中国地面炮兵计算机气象通报

表5 中国地面炮兵计算机气象通报分层高度

2.3 北约地面炮兵弹道气象通报

北约地面炮兵弹道气象通报编写规范见表6、表7。

表6 北约地面炮兵弹道气象通报

表7 北约地面炮兵弹道气象通报分层高度

3 软件设计思路与实现

由于靶场试验任务繁重，且不同试验项目对气象数据格式的要求不尽相同。对地面炮兵靶场而言，如兵器的某靶场，现有的软件功能只能提供常规的气象数据，并不能提供试验任务所需的特定格式探测数据，这就要求试验研发人员自行开发所需的软件，这正是本文的初衷。一般来讲，靶场能保证提供探空仪获取的100 m或200 m固定间隔分层的气象数据，如图2所示。

图2 某靶场气象探测输出数据

根据上述不同气象格式的参数定义和编写规范，即可开展软件的设计工作。学生根据编程语言储备和喜好，可选用不同的语言和开发工具，本文的软件设计以Visual Studio 2008为开发工具，详细设计思路如图3所示。软件设计完成后的界面如图4所示。

图3 软件设计思路

图4 设计完成的软件界面

以图2数据为例，通过外部数据文件读入软件，并手动输入探测时间和气象站高度，则可得到所需的三种气象报文格式，如图5所示。

图5所示的三种气象报文格式均满足标准规范，可用于地面炮兵的弹道计算，服务国防。

图5 三种气象报文转换示例

4 结语

本文以科研试验中遇到的实际问题为课堂教学案例，在讲授地面炮兵气象探测基本知识的基础上，指出试验中出现的具体问题，并引导学生分析解决问题的必要性。通过设计一款专用的气象报文编码软件，使学生深刻理解气象探测数据的实际使用方式，为将来从事相关工作奠定坚实的基础。