基于光電跟蹤系統的一種瞄準線獨立設計

中北大學計算機與控制工程學院 雷 霖

1 緒論

現代大火控系統包含了光電跟蹤系統子系統，武器射擊子系統等多個系統，各個系統之間相互獨立而又協同工作。對近防武器來說光電跟蹤子系統的使用，是直接將光電跟蹤轉臺安裝在武器平臺上的，所以，光電跟蹤系統的瞄準線同武器的射擊線會發生牽連與耦合。

近防武器在跟蹤目標時，火控計算機會對光電跟蹤系統提供的目標信息進行分析處理，并得出一個提前量；武器射擊單元則會根據指示轉過相應角度，假如此時光電跟蹤系統的瞄準線隨武器平臺一起轉動，那么光電跟蹤系統的瞄準線會偏離被跟蹤目標，會因此而丟失被跟蹤目標，這種擾動是由武器平臺的轉動而引起的。

假如當武器射擊單元接到指示轉過一定提前量的同時，光電跟蹤系統也做出指示，使瞄準線立即反向轉動補償因武器轉動而引起的擾動，那么武器瞄準線與被跟蹤目標相對靜止，該種跟蹤方式為“獨立式跟蹤” ，此時光電跟蹤系統具備瞄準線獨立功能。由此可以做出結論，瞄準線獨立的設計的本意為消弭因武器平臺的運動而對瞄準線造成的擾動[1]。光電跟蹤系統的瞄準線獨立經歷了幾十年的發展，從早期簡單的機械式到逐步成熟的模擬式，再到今天高效可靠的數字式的過程。

2 瞄準線獨立方案

2.1 設計構想

光電跟蹤系統中的瞄準線獨立功能是其核心組成，所以，瞄準線獨立設計方案應當對近防武器在半自動式跟蹤工作模式和自動式工作跟蹤模式下，由武器平臺運動而造成的對光電跟蹤系統的擾動分別進行補償。并且這種補償的實現方案應當簡便易行，可靠有效，精確及時，對硬件與軟件要求要低，便于開發、使用與維護。

由前文的敘述可知，只要在武器轉動的同時，光電跟蹤轉臺也轉動，且轉動的速度、加速度與武器射擊單元轉動的速度、加速度大小一致，轉過的角度與武器轉過的角度大小相等，方向相反才可保證跟蹤系統不因擾動而丟失目標，才使得光電跟蹤系統實現瞄準線的獨立功能。

2.2 分析與建模

自動式跟蹤工作模式是由近防武器自身的光電跟蹤系統搜索、發現、定位、跟蹤、反饋目標并指引武器的射擊單元精確攻擊目標的一種跟蹤工作模式。

半自動式跟蹤工作模式是操縱人員或者外部跟蹤設備發現目標，并提供位置信息。近防武器的光電跟蹤系統則會根據所提供的目標位置信息做出反應，控制光電跟蹤轉臺轉到相應位置，使被跟蹤目標迅速進入近防武器自身的跟蹤視場。在火控計算機指引下，武器射擊單元將依照提供的信息打擊目標。 兩種跟蹤工作模式如圖1所示。

圖1 近防武器跟蹤工作模式

圖2 瞄準線獨立模型

在這兩種跟蹤工作模式下，最終呈現的都是角的位置，所以，在每個控制周期內首先是對武器火控系統提供的武器轉過的提前量由積分器進行積分，得出角位置增量，這便是光電跟蹤轉臺在該控制周期中要轉過的角度；然后對武器轉過的提前量進行二次積分便可得到角加速度，這是光電跟蹤轉臺在該控制周期內應該具有的速度，如圖2所示[2]。

3 瞄準線獨立系統的硬件設計

本設計中瞄準線獨立功能的實現是在光電跟蹤系統軟件控制程序中添加武器射擊單元轉過角度的提前量后，依靠軟件的處理與運算，控制光電跟蹤轉臺轉過相對應的補償角后實現瞄準線的獨立。所以對于本設計來說，瞄準線獨立系統的硬件條件完全是構筑在光電跟蹤系統大的硬件部分之上的，無需添加其他任何的硬件設備，只需與火控射擊單元進行數據交換，在原有系統內部就可以實現武器轉過提前量的信息交換與光電跟蹤轉臺的補償轉動控制。

武器射擊單元的轉動雖然由武器火控系統來指引，但是它轉的實現是由武器平臺內部的伺服控制系統完成的，對現代近防武器大火控系統來說包含光電跟蹤系統，光電跟蹤系統是其內部的一個子系統，大系統內部的數據的采集與交換，是由內部專用的數據交換電路板實現的，而光電跟蹤轉臺的控制則由光電跟蹤系統硬件電路里的伺服控制部分來完成的。由此可見對于近防武器火控系統來說，內部硬件的良好、有效的工作模式本身就為瞄準線的獨立功能實現提供了保障。

圖3 瞄準線獨立程序流程圖

4 瞄準線獨立軟件設計

在本設計中實現瞄準線獨立的軟件設計十分容易，無需復雜的算法與書寫大量的代碼。只需在光電跟蹤系統的伺服控制軟件中，在原有伺服控制程序的設定上，將參數修改為本文提出的方案來實現，其流程如圖3所示。

5 瞄準線獨立功能檢測

圖4是實驗結果。其中，武器水平方向上的運動軌跡是黑色線，光電跟蹤轉臺水平方向運動軌跡是藍色線。

圖4 實驗結果

通過對圖4中兩條曲線的對比發現，光電跟蹤轉臺在水平方向上反向轉過的角度與武器在水平方向上轉過的角度基本相同，這表明光電跟蹤轉臺對由武器引起的擾動做出了及時而準確的反應——反向補償水平方向上的偏移，證明瞄準線獨立功能在水平方向基本實現。

6 結語

本論文提出了一種基于光電跟蹤系統的瞄準線獨立的設計方案，論證了兩種跟蹤模式下的建模與設計，并提出了實現瞄準線獨立功能的硬件與軟件的設計方案。根據本設計，經過初步檢驗，基本實現了在水平方向的瞄準線獨立，系統還有待進一步的提高與改進。

[1]郭治.現代火控理論[M].北京:國防工業出版社,1998.

[2]王文清.數字位置差動瞄準線獨立控制系統原理分析與試驗研究[J].火力與指揮控制,1994(02).