當今世界輕武器系統技術火控的發展趨勢

(中國電子科技集團第三十三研究所 山西 太原 030032)

引言

改造輕武器的火力控制系統是當代輕武器發展研究的重點課題之一，通過在輕武器上加裝光學、電子、計算機、電氣、輔助機械等火控裝置，使輕武器逐步擺脫人工火控的落后模式，走上技術火控的發展道路，以提高輕武器的綜合作戰能力，適應現代信息戰爭的需要[1]。

為了能更有效地毀傷目標，任何武器系統都面臨著幾個同樣需要解決的問題；即:(1)如何更有效地發現目標、觀測目標并確定目標的運動軌跡;(2)計算射彈與目標相交所需的方位角和高低角提前量；(3)使武器系統準確定位，準確發射。以上幾個問題就是最基本的火力控制問題。在某些情況下，火力控制還需解決另外兩個問題:(1)射擊持續時間和火力密度；(2)控制射彈定時引信的起爆時間[2]。

因此，火力控制可以描述為，為了對選定的目標實施有效射擊，對以下1個或幾個參數要定量控制:(1)發射方向；(2)射擊時間和火力密度;(3)射彈起爆。其中第一個參數是最主要的。能夠完成武器火力控制任務的體系(包括人和儀器設備)就構成了武器的火力控制系統。一般的技術火控如下圖：

圖1 一般技術火控

人工火控的穩定性是需要通過武器操作人員的實際操作經驗來體現的，在實戰狀況下，輕武器的精準打擊出了武器本身，還需要依靠射手本身。當今世界戰場，無論是技術偵查，敵后滲透，正面突圍，后方保障等方面，越來越傾向單兵多能，依靠無人機和遠程操控等技術實現各種狀況下的精確打擊[3]。

一般來說，技術火控系統的采用對輕武器綜合作戰能力的提高大體會在以下幾個方面產生積極的影響：[4]

●可以更有效、更清晰地在復雜的氣候條件和地理環境下發現并捕獲目標；

●可以更精確地測距、瞄準，提高首發命中率；

●提高輕武器對高速機動目標的快速跟蹤和毀傷能力；

●有利于新彈種的研制和使用；

●在一定程度上避免了彈藥消耗，減輕了后勤保障的負擔。

一、基本組成

火力控制系統通常由以下3部分組成:(1)搜索和跟蹤系統;(2)火控計算系統；(3)武器瞄準系統。每個功能系統又包括若干功能單元。這些功能單元分別是:搜索單元；跟蹤單元；彈道數據單元；預測單元；彈道修正單元；導航單元；補償單元；瞄準單元；指揮、控制和通信單元；數據傳輸單元；引信裝定單元。

各個單元的工作內容如下：

1.搜索單元的基本功能是搜索目標，即通過各種方法連續觀察、探測有無目標存在，對目標初始信息做相關的信號處理后引導跟蹤單元對目標進行跟蹤。在要求較高的武器系統中，搜索單元還應能識別目標的特性(如大小、形狀和類型)，并使用敵我識別器識別它是敵方的還是己方的。

2.跟蹤單元的基本功能是當目標已被搜索到并且跟蹤設備已經鎖定目標后，對目標保持連續跟蹤，并產生代表目標位置的跟蹤數據(即距離、高低角和方位角)，而且還可以計算目標相對于武器的相對運動速度和方向。

3.彈道數據單元的基本功能是，把特定槍彈和武器的彈道數據提供給武器的其他功能單元。彈道數據可以表格數據(射表)、曲線擬合或彈道微分方程的形式存儲于火控計算機的存儲器中。

4.濾波和預測單元是火控計算系統的核心部分，濾波和預測單元的基本功能是對跟蹤單元提供的目標跟蹤數據做線性或非線性濾波，以濾除混雜其間的大量隨機噪聲并提取目標未來狀態信息的最佳估計值。同時，依據彈道數據單元和彈道修正單元提供的彈道數據，計算出武器瞄準的目標未來點方向。濾波和預測功能是由各種濾波算法實現的,常用的濾波算法有最小二乘法、維納濾波法和卡爾曼濾波法等。

5.彈道修正單元的基本功能是當實際射擊條件(諸如氣壓、溫度和風速等)與標準彈道條件不一致時對彈道進行修正；根據武器實際射擊觀察結果進行彈著點修正。

6.導航單元的基本功能是,為火控計算系統提供關于它的基準平臺(如車輛、飛機、炮架等)的狀態信息。平臺的狀態信息包括位置、速度、加速度、姿態、姿態變化速度、姿態變化加速度等。這些信息對正確的火控計算非常重要。

7.補償單元的基本功能是隨時修正、補償武器系統與火控計算系統參考坐標系之間的任何移動，彌合因參考坐標系不同所引起的數值差異。

8.瞄準單元的基本功能是接收火控計算系統傳遞的射擊諸元(例如目標高低角和方位角指令)，使武器快速精確地跟蹤瞄準目標。這一功能是由武器的隨動系統來完成的。隨動系統是武器系統的最終執行機構，它通常由電機、電機控制器、電機驅動器和各種機械或液壓傳動機構組成。

9.指揮、控制和通信單元的基本功能是,接受外部更高層的指揮控制機構發布的指揮控制命令,以指導或直接控制本武器系統的工作。指揮、控制和通信單元依靠高速數字網絡與外部進行聯系。

10.數據傳輸單元的基本功能是，在火控系統的各個功能單元之間高速可靠地傳輸數據。實現這一功能的通常是各種類型的計算機數據總線。

11.引信裝定單元的基本功能是，根據火控計算機的計算結果自動修正和裝定槍彈的時間引信。[5]

二、國內外現狀

目前世界范圍內通過對上述11個單元進行研究，對輕武器的火控系統都進行了相關的改進，總體來說都是在努力減少因為人為操作帶來的系統不穩定性，將更多的操作交給計算機，通過計算，分析等方式，給出更合理的打擊方式，提高武器的精準性。現階段，已經有很多火控產品測試和列裝，在不同的地域都得到了很好的反饋，例如常見的帶有熱像儀和夜視儀的瞄準鏡；測距瞄準鏡；帶有顯示傳感器和火控計算機的頭盔顯示器；遠程通信和定位裝置，甚至是無人機化的單兵雙自由度電機驅動的武器隨動系統等[6]。由于這些火控設備的使用，輕武器火控系統在很大程度上擺脫了人工火控的落后模式，使輕武器在技術火控探索方面邁進了一大步，輕武器在全天候捕捉目標、精確測距、準確瞄準等方面也都有了顯著的進步。值得一提的是，由于采用了先進的火控系統，可以精確測距、計算彈道和自動修正裝定槍彈的時間引信，以及基于時間延遲引信的空炸榴彈也開始被使用，這對于躲藏在戰壕里或掩體后的敵人來說無疑是一個巨大的威脅。下面提出幾個經典案例，對目前的主流技術火控系統進行分析[7]。

三、國外案例分析

早在2016年，美國陸軍協會年會上,通用動力公司武器與戰術系統分部展出新型班組武器火控系統。該系統采用模塊化設計,將晝用攝像機、夜用熱成像儀、激光測距儀及彈道解算器集成于一體。其既可配用在Mk19、Mk47自動榴彈發射器上,也可配用在M2、M2A1機槍上。射手通過該系統顯示屏上的用戶界面進行操控,可完成晝夜探測、識別、瞄準及攻擊目標的自動化瞄準等操作[8]。

2019年底，美國陸軍美評估了一種智能化輕武器火控系統，SMASH，它的最大特點是“只有在保證命中的情況下，才能允許武器開火”。這種名為SMASH的輕武器火控系統是以色列智能射手公司(Smart Shooter)開發的產品，它可能會成為美國陸軍下一代班自動武器火控系統(NGSW-FC)。

SMASH系統集夜視、放大、目標探測和跟蹤于一體。該系統使用一種可以夾在槍管上方的瞄準鏡和一種特殊的手槍握把。按下槍把旁邊的按鈕會自動檢測并獲取目標，然后在射手的反射瞄準鏡中顯示跟蹤目標的紅色方框。之后，射手扣下扳機并按住它并持續跟蹤目標。當槍管與目標正確對準時，武器就會開火，保證命中目標。當然在其他類型的不需要自動跟蹤瞄準的射擊行動中，自動跟蹤系統可以被禁用[9]。

這種輕武器火控系統幫助提高了所有射手在白天和夜間與靜止或移動目標交戰的準確性，有效的保證了命中率，同時兼顧了射手的安全。與第二次海灣戰爭統計數據中，人均傷亡需要3.5萬發子彈相比較，技術火控的優勢是人工火控不可比擬的。

四、國內案例分析

我國輕武器的基礎建設相對其他發達國家較晚，所以輕武器的技術火控系統提出的也相對晚些，但是我國目前也有成套的技術火控系統研發成功。

10式狙擊步槍就是我國研發的一款重型狙擊槍，是一款名副其實的國防利器。除去槍械本身的先進性和可靠性以外，該輕武器配裝了技術火控系統，主要是測瞄合一白光瞄準鏡和測瞄合一紅外熱成像瞄準鏡，使得該武器具備晝夜作戰能力，同時該系統能自動測距、自動解算彈道、自動裝定分劃，去提高瞄準射擊的速度和命中率。這些光電瞄準鏡包括YMA09式白光瞄準鏡和YMH10式紅外瞄準鏡。前者為6～9倍變倍瞄準鏡，重1.6kg；后者為非致冷紅外技術夜視瞄準鏡，重2.5kg，可識別600m內的運動單兵目標或1,500m內的運動車輛目標。這兩種瞄準鏡的使用方式是一樣的：射手選好彈種，通過激光測距儀測出目標距離后，彈道計算機就會根據氣溫、武器的俯仰角及所選彈種的射表，自動解算出射擊諸元并裝定距離標尺，采用激光瞄準，可自動修正瞄準點，在分劃板上自動顯示出瞄準點，最紅得意進行精確打擊[10]。

五、結論

從世界潮流來看，給輕武器加裝火控系統已經成為軍事大國未來必然的發展道路。輕武器發展到現在，一方面是繼續通過新型彈藥，進一步提升槍械本身的性能。另一方面就是從武器系統的角度入手，通過智能化的設計，達到“人槍合一”的境界，進一步提高士兵的作戰效力[11]。

由于使用條件和技術條件的種種限制，輕武器火控系統的研制與其他武器火控系統的研制相比，存在著更多的困難。輕武器的技術火控之路才剛剛開始，各種技術方案大都處于探索和試驗階段，距離實戰應用尚有一段距離。輕武器裝備數量巨大，而且輕武器的很多作戰功能是其他武器系統無法替代的，所以輕武器作為世界武器家族中的一員必將長久地存在下去，對輕武器火控系統的改造也將長久持續下去。可以相信，隨著人類科學技術的進步，輕武器火控技術必將日趨成熟和完善，輕武器火控系統很有可能成為武器火控系統中后來的精品。