小口徑火炮示蹤瞄準火控系統設計

劉演龍，王 斌

(海裝重慶局，重慶 400071)

小口徑火炮主要用于抗擊低空近距離目標，隨著技術的發展，這些目標的機動性能和突防能力日益增強，呈現出飛行隱蔽性強、發現距離小、過航速度大，可射擊時間短的特點。而傳統火控系統大都采用前置法解命中問題，對目標運動規律的假定存在假定誤差，對目標運動參數的平滑處理制約系統反應速度，難以適應現代防空作戰之需要。因此，采用示蹤瞄準原理構建新型單炮火控系統，對現行小口徑火炮進行改造具有重要的現實意義。

1 示蹤瞄準

示蹤瞄準就是利用火控計算機連續計算火炮射擊彈跡點(又稱示蹤點或熱點)的位置，在平面顯示器中顯示一定數量彈跡點的連線(又稱示蹤線、熱線或虛擬彈道)和符合特定條件的彈跡點(特征點)。炮手操縱火炮，控制示蹤線和特征點的運動，使特征點向目標靠攏并最終壓住目標，適時開火射擊即可命中目標［1］。

2 示蹤瞄準原理控制方案分析

目前，對小口徑火炮采用示蹤瞄準的研究大都采用原理控制方案，即武器線和瞄準線始終保持一致，控制方案如圖1所示［2］。

炮手通過光學瞄準具和半透半反顯示器觀察目標和示蹤點位置，利用單柄操縱桿控制火炮身管運動，使特征點向目標靠攏并最終壓住目標，在特征點與目標圖像將要重合的某一時刻開始射擊，使與示蹤線對應的彈道上確有真彈，當顯示器上的目標圖像與示蹤點重合瞬間，真正的彈丸正好命中目標［3］

該方案具有結構簡單的優點，但同時也存在以下問題:

①武器線和瞄準線始終保持一致，示蹤線總是從瞄準鏡中央十字線開始顯示至最后一個點結束，瞄準鏡視場只利用了一半;

②實際操作過程中，小口徑高炮的前置角往往很大，最大可達30°以上，而顯示器受整體結構制約不可能過大，因此常出現瞄準十字線對準目標后特征點顯示于顯示器之外的情況;

③整個操作過程均由炮手完成，炮手負擔較重，且瞄準過程較慢，瞄準初期特征點圍繞目標擺動較大，炮手需進行長期系統的訓練。

如果借鑒傳統單炮火控系統獨立瞄準線控制技術，使火炮武器線偏離瞄準線一個提前角，則可從根本上解決上述問題。

圖1 示蹤瞄準原理控制方案圖

3 示蹤瞄準獨立瞄準線控制方案

3.1 獨立瞄準線原理

所謂獨立瞄準線，就是當火炮轉動角度ΔβS時，瞄準裝置在火炮的牽連運動下也將轉動角度ΔβS，此時，火控系統給瞄準裝置伺服系統一個反饋信號，控制瞄準裝置回轉ΔβS，使瞄準線始終對準目標［4］。

3.2 控制方案

將示蹤瞄準系統直接安裝于火炮瞄準鏡托座上，以代替原有的機械向量瞄準具，瞄準線和武器線在方位和高低上都存在牽連運動，形成瞄準線與武器線共兩軸配置，在這種配置方式中，瞄準線和武器線在方位上的牽連運動和高低上的牽連運動類似，可以采用相同的控制方法［5］，系統控制方案如圖2 所示。

圖2 示蹤瞄準系統總體控制方案圖

該方案示蹤瞄準系統和火炮安裝于同一平臺上，可確保武器線和瞄準線一致，計算機工作量小，示蹤線和特征點計算精度高。

3.3 示蹤線和特征點的顯示

由于彈丸的位置是相對火炮坐標系而言的，而炮手是通過光學瞄準具和半透半反顯示器觀察目標的，因此必須將火炮彈丸的位置轉化為相對于瞄準坐標系的坐標。

設t0-T 時刻發射的那一發彈丸在t0時刻的位置為AT，它相對于瞄準鏡中心十字線的距離為R(t0)，向量(t0)在t0時刻瞄準坐標系的三個分量分別為RL(t0)、Rβq(t0)、Rφ( t0)，取顯示器平面與L 垂直，則t0時刻(t0)在顯示器上的位置AT可用其相對于火炮瞄準線的方位偏轉角φ 和高低偏轉角γ 表示，如圖3 所示。

圖3 彈丸向量分量圖

φ 和γ 的計算公式為:

將此方位偏轉角φ 和高低偏轉角γ 送顯示器，即得到t0-T 時刻發射的彈丸在t0時刻所在位置的示蹤點。進一步取T=Δt，2Δt，…(n -1)Δt。重復上述計算，即得t0時刻n個彈丸的示蹤點，將這n 個示蹤點連成一條曲線便是示蹤線［6］。

最后，根據每次測得的目標距離在示蹤線上標出特征點位置即可。

3.4 工作過程

炮手通過單柄操縱桿控制火炮身管運動，在目標可能出現的空域搜索目標。系統發現目標并穩定跟蹤后，火控計算機解算各示蹤點位置并送顯示器顯示。同時，激光測距機測定目標距離D，火控計算機計算特征點位置和光環半徑，在顯示器上用光環把特征點位置標示出來，此時武器線和瞄準線重合并對準目標，特征點在方位和高低上均落后于目標。

火控計算機粗略計算特征點與目標重合時的火炮身管位置和提前角信息，并在單柄操縱桿信號的基礎上疊加一個提前角信號，控制火炮身管向提前角方向轉動，同時，該信號還作用于瞄準裝置伺服系統，控制瞄準裝置反方向轉動相同的角度，抵消火炮對瞄準裝置的牽連運動，使瞄準線始終對準目標。轉動到位后，特征點在瞄準鏡的中央顯示并大致壓住目標，系統完成了對目標的概略瞄準。

粗瞄過程結束后，獨立瞄準線控制裝置停止作用，控制火炮轉動的依舊只有單柄操縱桿信號。由于特征點和目標均在瞄準鏡中央，且特征點和目標位置偏差不大，所以此時瞄準線的位置對炮手來說并不重要，重要的是特征點與目標的位置關系。炮手只需控制火炮小幅度偏轉即可完成對目標的精確瞄準。

4 結束語

示蹤瞄準獨立瞄準線控制方案采用系統輔助瞄準和炮手精確瞄準相結合的瞄準方式，可大大提高炮手的瞄準速度，解決瞄準鏡視場過小的問題，還可大大減輕炮手的操作負擔，具有良好的實際應用效果。

［1］熊亮.單炮示蹤瞄準控制技術研究［D］.鄭州:防空兵指揮學院，2010.

［2］申越.示蹤瞄準在小口徑高炮火控系統設計中的應用［J］.火力與指揮控制，2002(27):60-63.

［3］黃勇.小口徑高炮示蹤瞄準原理虛擬彈道生成與仿真［D］.鄭州:防空兵指揮學院，2004.

［4］胡江濤. 單炮火控系統中獨立瞄準線控制技術研究［D］.鄭州:防空兵指揮學院，2008.

［5］劉豹.現代控制理論［M］.北京:機械工業出版社，2000.

［6］但昭成. 指揮儀理論基礎［M］. 合肥:炮兵技術學院，1985.