坦克直瞄/間瞄射擊一體化火控技術(shù)

郝玉生，李斯宇

（1.北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006；2.中國北方工業(yè)公司，北京 100053）

坦克直瞄/間瞄射擊一體化火控技術(shù)

郝玉生1，李斯宇2

（1.北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006；2.中國北方工業(yè)公司，北京 100053）

直瞄射擊方式是目前坦克采用的主要射擊方式。直瞄射擊方式受戰(zhàn)場通視度及瞄準(zhǔn)裝置視距的影響，最大射擊距離一般在5 km左右。間瞄射擊方式不需要直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)，不受戰(zhàn)場通視度的影響，最大射擊距離主要取決于火炮及彈藥的性能，一般在10 km以上。未來坦克應(yīng)具備直瞄射擊與間瞄射擊一體化能力。通過直瞄/間瞄射擊火控技術(shù)的對比與分析，提出坦克直瞄/間瞄射擊一體化火控方案。一體化火控具有新的技術(shù)特色，具有更強的綜合作戰(zhàn)能力，是未來坦克火控技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。

直瞄/間瞄射擊，彈道模型，非瞄準(zhǔn)線模式，間接瞄準(zhǔn)線，一體化火控

0 引言

坦克以其火力、越野機動性、裝甲防護力三者的良好均衡，成為陸軍重要的地面突擊兵器，主要對付近距離敵方坦克、裝甲車輛、混凝土工事等目標(biāo)。目前，直瞄射擊方式是坦克唯一的射擊方式，它依靠瞄準(zhǔn)裝置直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)進行射擊。受戰(zhàn)場通視度及瞄準(zhǔn)裝置的視距的影響，直瞄射擊的最大距離一般在5 km左右，因此，目前坦克火控最大工作距離設(shè)計為5 km以下。

間瞄射擊方式不需要直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)，不受戰(zhàn)場通視率的影響，射擊距離主要取決于火炮及彈藥的性能，因此，可以打擊直瞄射擊最大距離以遠的目標(biāo)。未來坦克應(yīng)具備間瞄射擊能力，用于實施遠距離火力打擊，摧毀或壓制敵方陣地、據(jù)點、指揮所等軍事設(shè)施，為我方裝甲車輛、作戰(zhàn)人員等提供火力支援。和直瞄射擊方式一樣，間瞄射擊方式將成為坦克火力運用的另一基本形式。

坦克非制導(dǎo)常規(guī)彈藥的最大射程一般在十幾千米至二十千米左右。在直瞄射擊最大距離之內(nèi)，火控技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展；在直瞄射擊最大距離到最大射程之間，火控技術(shù)的發(fā)展正處于起步階段。將直瞄射擊火控技術(shù)和間瞄射擊火控技術(shù)一體化（簡稱：一體化火控技術(shù)），是未來坦克火控技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。

1 直瞄/間瞄射擊火控技術(shù)對比與分析

1.1 目標(biāo)距離及方向信息的獲取

直瞄射擊火控：目標(biāo)距離由激光測距機測量，目標(biāo)方向由瞄準(zhǔn)裝置指引。間瞄射擊火控：由衛(wèi)星定位系統(tǒng)及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合提供本車定位信息，由其他指揮系統(tǒng)或偵查系統(tǒng)提供目標(biāo)定位信息，根據(jù)本車定位信息以及目標(biāo)的定位信息計算目標(biāo)距離及方向。

1.2 彈道模型

彈道模型是火控技術(shù)的基礎(chǔ)，直瞄/間瞄射擊火控技術(shù)基于相同的彈道模型（射表或微分方程組），因此，直瞄/間瞄射擊火控技術(shù)的基本原理是相通的，這是直瞄/間瞄射擊火控能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的前提。

1.3 目標(biāo)運動假定

為了避免技術(shù)實現(xiàn)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)直瞄射擊火控對彈丸飛行時間內(nèi)目標(biāo)的運動規(guī)律作了較為簡單的假定：目標(biāo)運動速度較低，以致在彈丸飛行時間內(nèi)目標(biāo)距離的變化可以忽略不計。實踐證明，這種假定基本符合地面目標(biāo)的實際情況，本文仍然沿用這一假定。

對于間瞄射擊火控，一般采用“目標(biāo)靜止”假定，這是因為間瞄射擊火控主要對付遠距離目標(biāo)，彈丸飛行時間較長，而預(yù)測較長時間內(nèi)目標(biāo)的運動規(guī)律是異常困難的。

1.4 彈道解算

彈道解算的任務(wù)是在水平坐標(biāo)系（一般為球坐標(biāo)系）中求取火炮的射擊諸元，解算的依據(jù)是射表或微分方程組。目前坦克火控彈道解算采用的主要依據(jù)是射表。

由于直瞄射擊火控和間瞄射擊火控獲取目標(biāo)方向的手段不同，體現(xiàn)在彈道解算上的差異主要有兩點：

第1，高程差修正量。一般的間瞄射擊火控需要計算高程差修正量，直瞄射擊火控是通過將高低射角直接疊加在瞄準(zhǔn)線之上的方法達到同樣的修正目的；

第2，目標(biāo)方向。一般間瞄射擊彈道解算所使用的水平坐標(biāo)系是大地坐標(biāo)系，方位射角的基準(zhǔn)是南北軸，目標(biāo)相對正北方向的方位角是方位射角的一部分；直瞄射擊彈道解算所使用的水平坐標(biāo)系并非大地坐標(biāo)系，方位射角的基準(zhǔn)是瞄準(zhǔn)線（嚴(yán)格講是瞄準(zhǔn)線在水平面內(nèi)的投影），因而不需要測量目標(biāo)相對大地正北方向的方位角。

1.5 傾斜處理及姿態(tài)測量

彈道解算是在水平坐標(biāo)系中進行，但射角裝定操作是在車上進行，而車一般呈傾斜狀態(tài)。因此，就普遍情況而言，只有將水平坐標(biāo)系下的射角轉(zhuǎn)換到傾斜坐標(biāo)系下才能進行裝定操作。理論分析證明，射角的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和姿態(tài)傳感器（橫傾傳感器、縱傾傳感器、尋北裝置，下同）的安裝位置直接相關(guān)。

對于直瞄射擊火控，在傾斜坐標(biāo)系中還必須修正目標(biāo)運動以及瞄準(zhǔn)線和火線方向及回轉(zhuǎn)中心不一致造成的射角偏差。目前的直瞄射擊火控，姿態(tài)傳感器安裝在炮塔上，而且只有橫傾傳感器沒有縱傾傳感器（不需要尋北裝置），在炮塔縱傾角較大時必將產(chǎn)生較大的射擊誤差。

間瞄射擊火控姿態(tài)傳感器的安裝方案有3種選擇：

第1種方案：將傾斜傳感器和尋北裝置直接安裝在火炮上，直接監(jiān)測火炮的高低角和偏北角而進行射角的裝定操作，不需要進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。這種安裝方案可以實現(xiàn)所謂“一次調(diào)炮”；

第2種方案：安裝在車體上，適于有人、無人炮塔或頂置火炮等武器系統(tǒng)；

第3種方案：安裝在炮塔上，適于有人、無人炮塔等武器系統(tǒng)。

1.6 位置伺服控制

位置伺服控制的一個重要任務(wù)就是自動控制火炮或瞄準(zhǔn)裝置裝定射角，關(guān)鍵控制元件是角度傳感器。直瞄射擊火控射角裝定相對于瞄準(zhǔn)線進行，需要的角度傳感器包括：火炮高低角傳感器、瞄準(zhǔn)線高低角傳感器、瞄準(zhǔn)線方位角傳感器。一般的間瞄射擊火控射角裝定相對于車體進行，需要的角度傳感器包括：火炮高低角傳感器、炮塔方位角傳感器。當(dāng)位置伺服控制達到平衡狀態(tài)時，火炮或瞄準(zhǔn)裝置處于規(guī)定的射角位置。

2 直瞄/間瞄射擊一體化火控方案

2.1 一體化途徑與目的

通過系統(tǒng)資源的梳理整合、傳感器信息的共享、工作模式的集中規(guī)劃、解算流程的統(tǒng)一設(shè)計、控制結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)化等技術(shù)途徑，使直瞄/間瞄射擊火控一體化，達到提升系統(tǒng)全射程綜合作戰(zhàn)能力的目的。

2.2 工作模式及解算流程

按照瞄準(zhǔn)裝置工作與否，一體化火控的工作模式分為非瞄準(zhǔn)線模式和瞄準(zhǔn)線模式。在每種模式下，按照射角裝定的操作主體，分為手動裝定工況和自動裝定工況。手動裝定工況，射角裝定操作由人工完成；自動裝定工況，射角裝定操作由計算機自動完成。

非瞄準(zhǔn)線模式，完全摒棄瞄準(zhǔn)裝置，射角裝定的基準(zhǔn)是車體坐標(biāo)系。非瞄準(zhǔn)線模式自動裝定工況解算流程如圖1所示。

圖1 一體化火控非瞄準(zhǔn)線模式自動裝定工況解算流程圖

瞄準(zhǔn)線模式依賴瞄準(zhǔn)裝置，射角裝定的基準(zhǔn)是瞄準(zhǔn)線。瞄準(zhǔn)線模式有6種工況：直瞄射擊穩(wěn)像、裝表及手動工況；間瞄射擊穩(wěn)像、裝表及手動工況，其中，直瞄射擊穩(wěn)像、裝表工況，間瞄射擊穩(wěn)像、裝表工況均屬于自動裝定工況。直瞄射擊穩(wěn)像及裝表工況與傳統(tǒng)的直瞄射擊火控系統(tǒng)完全相同；間瞄射擊穩(wěn)像及裝表工況除目標(biāo)的瞄準(zhǔn)過程外，其他與傳統(tǒng)的直瞄射擊火控系統(tǒng)相同。在間瞄射擊穩(wěn)像或裝表工況下，目標(biāo)位置、瞄準(zhǔn)線的空間方向以及瞄準(zhǔn)誤差等信息均是通過計算而得，并顯示在終端設(shè)備上，人工通過操縱臺直接（穩(wěn)像）或間接（裝表）操縱瞄準(zhǔn)裝置使瞄準(zhǔn)誤差趨于零并保持，即可認為目標(biāo)已瞄準(zhǔn)。直瞄射擊穩(wěn)像及裝表工況和間瞄射擊穩(wěn)像及裝表工況共用瞄準(zhǔn)裝置。

瞄準(zhǔn)線模式自動裝定工況解算流程如圖2所示。

圖1和圖2中，各符號的定義如下頁表1所示。

一體化火控工作模式如圖3所示。

2.3 位置伺服控制結(jié)構(gòu)

采用綜合優(yōu)化設(shè)計方法，將直瞄射擊火控位置伺服控制結(jié)構(gòu)和間瞄射擊火控位置伺服控制結(jié)構(gòu)合二為一，構(gòu)成一體化火控位置伺服控制結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖2 一體化火控瞄準(zhǔn)線模式自動裝定工況解算流程圖

圖3 一體化火控工作模式

圖4 一體化火控位置伺服控制結(jié)構(gòu)

表1 圖1和圖2中各符號的定義

圖4中，解算器1為火炮高低角傳感器，解算器2為瞄準(zhǔn)線高低角傳感器，這兩個傳感器的基準(zhǔn)均是炮塔座圈平面；解算器3為瞄準(zhǔn)線方位角傳感器，基準(zhǔn)為炮塔正前方，因此，它的輸出就是火線和瞄準(zhǔn)線的方位差角；解算器4為炮塔方位角傳感器，基準(zhǔn)為車體正前方。解算器1和解算器4的輸出即為火炮在車體坐標(biāo)系下的角坐標(biāo)，用于非瞄準(zhǔn)線模式射角的裝定；在非瞄準(zhǔn)線模式下，瞄準(zhǔn)鏡處于基準(zhǔn)位置，以保證瞄準(zhǔn)鏡安全；解算器1和解算器2的差值、解算器3的輸出，即為火線和瞄準(zhǔn)線在車體坐標(biāo)系下的相對角坐標(biāo)，用于瞄準(zhǔn)線模式射角的自動裝定。

2.4 系統(tǒng)組成

一體化火控系統(tǒng)基本組成如圖5所示。

圖5 一體化火控系統(tǒng)基本組成

3 一體化火控系統(tǒng)主要技術(shù)特征

如表2所示。

表2 一體化火控系統(tǒng)主要技術(shù)特征

4 結(jié)論

坦克直瞄/間瞄射擊一體化火控技術(shù)，將通常的非制導(dǎo)火控系統(tǒng)的工作距離擴展到坦克炮整個射程，使坦克具備了超視距打擊目標(biāo)的基本能力，是未來坦克火控技術(shù)發(fā)展的一個方向。與通常的坦克火控系統(tǒng)相比，直瞄/間瞄射擊一體化火控系統(tǒng)具有更多、更靈活的工作模式，綜合作戰(zhàn)能力更強，能夠適應(yīng)未來復(fù)雜的戰(zhàn)場形勢。

［1］郭錫福，趙子華.火控彈道模型理論及應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1997.

［2］閆章更.射表技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000.

［3］朱競夫，趙碧君，王欽釗.現(xiàn)代坦克火控系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003.

［4］李質(zhì)明.炮兵射擊理論［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社，2003.

［5］趙新生，舒敬榮.彈道解算理論與應(yīng)用［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2006.

Target Directly/Indirect Aimed in Integration Fire Control Technology

HAO Yu-sheng1，LI Si-yu2
（1.North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China；2.China North Industries Corporation，Beijing 100053，China）

Direct aiming mode is the main method in tank used currently.It is influenced by the battle intervisibility and aiming device LOS，its maximum aiming range is general 5 kilometers.Aiming arget in direct is not needed in indirect aiming mode，and it is not influenced by the battle intervisibility，the maximum aiming range depends on the performance of the guns and ammunition，above 10 kilometers in general.Tank in future should have the ability of the integration of direct and indirect aiming.According to the comparision and analysis between direct and indirect aiming in fire control technology，tank direct/indirect aiming in integration fire control scheme is proposed，it has new technology future，having the increased comprehensive capability，and is a development tendency of tank fire control technology.

direct/indirect aiming，ballistic model，not line of sight model，indirect line of sight，integration fire control

TJ811

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.08.037

1002-0640（2017）08-0164-05

2016-06-14

2016-08-11

郝玉生（1962- ），男，山西昔陽人，研究員級高級工程師。研究方向：坦克裝甲車輛火控系統(tǒng)總體技術(shù)。