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1、坦克火控系统的装备现状及发展对策 引言坦克被人们称作“地面战场之王”。现代主战坦克具有强大的火力、高度的机动性和坚强的装甲防护力。长期以来，各国主要把坦克作为一种进攻性武器。为了满足进攻作战的要求，在研制坦克时，始终把火力放在首位。坦克的火力是指坦克全部武器的威力。它是指坦克在通常的作战距离内迅速命中、击毁和杀伤敌装甲目标、步兵反坦克武器、野战工事及有生力量的能力。坦克火力是用在最短的时间内，以最少的弹药消耗摧毁或压制各种目标的能力来评定的。坦克火力的强弱取决于两个方面，一是坦克武器本身的性能；二是坦克火控系统的性能。在坦克武器性能一定的条件下，坦克火控技术的高低是制约坦克火力发展的关键因素。
2、1坦克火控系统的发展及装备现状1.1坦克火控系统及其发展广义地说，火控系统是一套使被控武器发挥最大效能的装备。坦克火控系统是指安装在坦克内，能迅速地完成观察、瞄准、跟踪、测距、提供弹道修正量、解算射击诸元、自动装表、控制武器指向并完成射击等功能的一套装置。它主要由以下三个分系统组成：a.测距、瞄准和夜视、夜瞄系统该系统保证坦克能够在全天候条件下，迅速地发现目标，准确地测出目标距离并进行精确的瞄准。b.坦克炮的操纵和稳定系统该系统保证坦克在行进间射击时坦克炮所赋予的高低和方向角度不受车体振动的影响；同时使一炮手操纵火炮轻便。c.火控计算机和传感器系统该系统用来对影响坦克炮射击准确度的各种因素的自
3、动修正，保证一炮手瞄到哪里，就打到哪里。上述三个分系统是相联的，实际上是一个以火控计算机为中心的综合控制系统。坦克火控系统的发展和任何事物一样，也经历了从简单到复杂的过程。从第二次世界大战末期到现在，其发展共经历了四个阶段。第一代坦克火控系统只配有一个简单的光学瞄准镜，目测判定距离，手动装定瞄准角，命中率较低。50年代在第二代坦克火控系统上增装了光学测距仪和机械式弹道计算机，使首发命中率有所提高。60年代国外装备的第三代坦克火控系统采用了机电模拟式弹道计算机及一些修正弹道的传感器，在1400m的距离上，坦克“静-静”射击时首发命中率达50%。上述三代坦克火控系统都是初级的火控系统，不能预测对运
4、动目标射击的提前量。坦克在短停和行进间都不能准确射击运动目标。到60年代后期，美国首先研制成功有激光测距仪、数模混合式火控计算机的第四代综合火控系统，使坦克在2000m的距离上“静-静”射击时的首发命中率提高到90%。现代坦克的综合火控系统是高新技术的产物，它和自动控制理论、计算机技术、激光技术、红外技术等有密切的联系。综合火控系统以火控计算机为核心，综合了昼夜观瞄仪器，测距仪和各种传感器传来的信息，计算出火炮的高低瞄准角和方位提前角，炮长、车长通过操纵机构控制稳定器对火炮进行实时控制，完成精确的瞄准、射击。1.2坦克火控系统装备现状目前，各国主战坦克装备的综合火控系统按瞄准控制方式可分为扰动
5、式、非扰动式和指挥仪式三种。.扰动式坦克火控系统在扰动式坦克火控系统中，瞄准镜与火炮刚性连接，静态时瞄准线与坦克炮轴线是经过校准而一起对准目标的。该系统中炮长通过操纵装置直接调动的是火炮，瞄准镜则随动于火炮。因此，炮长在通过瞄准镜观测目标进行瞄准和跟踪时，而操纵的却是火炮。在瞄准和跟踪过程中，进行测距和采集目标运动参数，随之火控计算机根据输入的距离、运动参数、耳轴倾斜角和各种弹道修正量参数等计算出相对提前角，即瞄准线相对于火炮轴线的偏移角。然后，该提前角信息仅输送到瞄准镜的驱动系统中，控制瞄准线偏移。其偏移量应等于提前量，而偏移的方向则和火炮将要运动的方向相反，当炮长发现瞄准线偏离目标时，又通
6、过操纵控制装置调动火炮，使偏离后的瞄准线重新瞄准目标，这时就赋予了火炮以应有的提前量，射击准备完毕，即可对目标实施射击。这种瞄准线从“偏移”到“重新对准目标”的过程，称为扰动过程。因而这种控制方式就称为扰动式。采用扰动式火控系统的坦克有英国的“酋长”、“挑战者”1、美国的M60A1、M60A2、M60A3，日本的74式，中国的59D、79式、88式等坦克。.非扰动式坦克火控系统非扰动式火控系统是在扰动式火控系统的基础上改进而成的。两者相比，非扰动式火控系统主要增加了计算机对火炮的控制装置。该控制装置接受计算机输出的前提角信息，将其放大并用以对炮塔和火炮驱动系统(即双向稳定器)进行控制。有了这一
7、控制装置，计算机计算出的提前角信息，除了输送到瞄准镜驱动系统外，还输送到火炮的这一控制装置，使火炮自动调动到提前位置上。因瞄准线和火炮轴线移动的同时受提前角信息的控制，而且移动的大小相等，方向相反，这样瞄准线仍能基本上对着目标，看不出扰动过程，所以，将此工作方式称之为非扰动式。采用非扰动式火控系统的坦克有法国的AMX30B2、AMX-40和美国的一些改进型坦克等。.指挥仪式坦克火控系统(稳像式火控系统)指挥仪式火控系统的出现是坦克火控系统的重大发展。安装有指挥仪式火控系统的坦克，一炮手在坦克行进间从瞄准镜向外观察，目标和背景几乎是不动的，所以这种系统有时又称为“稳像式”火控系统。一炮手使用这种
8、系统可以在坦克行进间实施射击，而且射击时只需要一次瞄准，也就是一炮手将瞄准指标瞄到目标中心，并发射激光进行测距后，瞄准线不会再有什么扰动。只需继续瞄准目标，就可以进行射击。指挥仪式火控系统之所以有上述功能，是由于它采用了新的控制方式。在这种系统中，瞄准镜与火炮分开，瞄准线是独立稳定的，并作为系统工作的基准。瞄准线的稳定，是通过陀螺仪稳定瞄准镜中的反射棱镜来实现的。在瞄准状态时，一炮手用手控装置驱动瞄准镜的瞄准线，使瞄准线跟踪、瞄准目标，而火炮则随动于瞄准线；在射击时，火控计算机计算出的射击提前角，只传输给火炮和炮塔传动装置，使火炮自动调转到提前角位置，而瞄准线仍然保持跟踪和瞄准目标；此外，指挥
9、仪式火控系统通常配有火炮重合射击装置，当火炮调转到要求的提前位置上时，该装置自动输出允许射击信号，如果这时一炮手已按下射击按钮，坦克炮会自动发射。目前，先进的主战坦克大都装有稳像式火控系统。如日本的90式坦克，德国的“豹”2坦克，美国的M1A1、M1A2坦克，英国的“挑战者”2坦克，法国的“勒克莱尔”坦克，俄罗斯的T-90坦克，以色列的“梅卡瓦”3型坦克，意大利C1“公羊”坦克等等。我国新型主战坦克88A、88B、88C和WZ123主战坦克上安装的即是我国自行研制的指挥仪式坦克火控系统，并已习惯上称为“稳像式火控系统”。2发展我国坦克火控技术的对策2.1发展大闭环火控系统，提高次发射弹的命中率
10、尽管现代坦克火控系统考虑的射击准备误差已多达数十种，大大地提高了坦克炮的首发命中率，然而，再高的首发命中率也不能保证射弹在任何距离上都能首发命中目标，那么，就存在一个次发射弹的射击修正问题。目前，我国现装备的最先进的稳像式坦克火控系统，并没有解决这一问题。因坦克炮的交战距离愈来愈远，凭肉眼观察弹着点的难度越来越大，尤其是在行进间射击时，甚至无法观察到炸点，所以，次发射弹的修正便无依据，往往是一炮手凭自己的实践经验而进行修正。这样，很难保证次发射弹有很高的命中率。从对抗的角度来看，装有先进火控系统的现代主战坦克进行轮流对抗射击，一般情况下很难有发射第三发炮弹的机会。也就是说，如果前两发炮弹还未能
11、将对方击毁的话，那么，很可能就会在发射第三发炮弹之前被对方击毁。由此看来，先敌开火，首发命中或者是次发命中目标，是何等的重要。因此，我国的主战坦克上迫切需要装备大闭环火控系统。大闭环控制原理是国外70年代发展起来的新原理。它已成功地应用于美国“密集阵”舰载高炮火控系统，并且在美国90年代主战坦克的HIMAG试验车上作了试验。所谓大闭环控制原理，就是利用弹丸跟踪测角和测距装置实时测出坦克炮前一发弹射击的脱靶偏差量，并自动输入火控计算机进行后一发弹的修正计算，然后坦克炮根据火控计算机修正的射击诸元进行后一发弹的射击。由此可见，大闭环坦克火控系统实际上是对弹丸的脱靶偏差量进行实时测量和实时修正。要应
12、用这种原理，坦克火控系统除必须配备目标自动跟踪装置以及弹丸跟踪测角和测距装置之外，还必须采用数字式火控计算机，因为它能存储所计算的射击诸元，并且能根据所测定的脱靶距离实时修正坦克炮射击诸元。从目前国外的研究和试验情况来看，目标自动跟踪装置可以采用闭路电视和热成像仪，弹丸跟踪测角和测距装置可以采用无线电定位传感器和其它光电传感器。我国最新主战坦克WZ123车已经装备了热成像仪，无线电定位技术也是成熟技术，所以具备了发展大闭环火控系统的技术条件，发展大闭环火控系统不仅是可能的，而且也是非常现实的。坦克火控系统采用大闭环控制原理，可以提高次发射弹的命中率，特别是可以大幅度地提高对在越野地形上作高速机
13、动运动的目标命中率，减少弹道参数自动修正传感器和人工装定的各种环境数据修正量，从而缩短坦克炮射击准备的时间。但是，它要求坦克炮的射速要高，弹丸的飞行时间要短。2.2发展目标自动跟踪火控系统，实现目标搜索、识别和跟踪自动化我国最新型的主战坦克88A、88B、88C和WZ123坦克装备的稳像式火控系统，其自动化程度还比较低，对目标的搜索和识别完全依靠坦克乘员用肉眼借助光电传感器来实现，对目标的跟踪也是依靠一炮手进行手动控制跟踪。由于伪装和隐身技术的广泛运用，在未来高技术条件下的局部战争中，不仅坦克乘员搜索、发现、识别目标更加困难，而且在许多情况下，坦克乘员要在对目标作战的瞬间内处理大量的信息。这就
14、需要一个将传感器、处理机和显示器等装置结合在一起的系统。这种系统能从复杂的和混乱的散射干扰背景中更迅速、更可靠地提取目标，从而使乘员能更快地对目标开火。另外，国产稳像式坦克火控系统，仅仅稳定了瞄准线和火炮，而车体和乘员没有被稳定，因此，一炮手或车长捕捉到目标识别后跟踪目标的精度较低，尤其是对作机动运动的目标不仅跟踪误差大，而且需花费较长的跟踪/精瞄时间。如果识别辨认目标之后，火控系统能自动控制瞄准线跟踪目标，就能消除车体和人工跟踪不稳定导致的跟踪/精瞄误差，从而提高坦克在行进间跟踪运动目标的精度和缩短跟踪/精瞄目标的时间，进一步缩短射击反应时间，提高命中率和大大减轻车长/炮长的工作负担。因此，
15、国产坦克火控系统，迫切需要提高自动化程度，以实现目标搜索、识别和跟踪自动化。目标自动跟踪火控系统的典型结构，是在指挥仪式火控系统的基础上叠加了目标跟踪线的控制系统，实现了目标跟踪线瞄准线火炮轴线的控制主线的开环控制，使火控系统的技术性能提高到新的水平。在坦克火控系统中，可作为目标自动跟踪的技术方案有：采用电视和热成像传感器的视频跟踪、毫米波雷达跟踪以及激光雷达跟踪等，但其中以视频跟踪方案最为成熟。所谓视频跟踪，是利用可见光的图象传感器(即电视摄像机)或热成像传感器摄取目标的视频图像信号，进行图像跟踪。在白天，可根据目标图象的可见特征跟踪；在夜间或能见度差时，则可利用热成像传感器，根据目标的热特
16、性进行跟踪，实现了昼夜兼用。其跟踪过程是这样的：装在瞄准镜内的图象传感器或热成像传感器将摄取的目标可见特征或热特征的图象信号，或直接进行视频信号的处理，或送入计算机进行图像处理和分析，从场景图像中识别出目标，并经过Kalman滤波确定出跟踪线的位置后，计算出误差，自动控制瞄准线对准目标，实现自动跟踪。同时，图像信号还要送入显示器，对目标的图像进行显示，供车长和炮长观察和作出必要的判断。为实现目标自动跟踪器对跟踪线和瞄准线的控制，根据有关资料表明，有采用PI(比例加积分)控制方式，也有采用最优控制方式的。不管哪种方式，在其控制过程中都有目标状态估计器的环节存在，其作用是在自动跟踪器中的计算机根据图像识别测量出目标状态参数(例如目标速度等)之后，再对这些变量进行最佳线性滤波即卡尔曼滤波计算，以便求出目
