關于坦克火控系統誤差的探討

丁思源，曾梁杭

（1.中國人民解放軍32272 部隊31 分隊，甘肅 武威 733000；2.中國人民解放軍32272 部隊41 分隊，四川 什邡 618400）

坦克火控系統即控制坦克中武器（多為火炮）的瞄準發射系統，應用火控系統的目的，在于大幅度減小坦克武器在使用過程中的反應時間，提升目標攻擊的準確性，若按照瞄準控制的方式進行劃分，我國坦克火控系統常見的有指揮儀式、擾動式以及非擾動式三類。在對坦克火控系統進行實際應用的過程中，經常會因為各類原因造成誤差，使得攻擊目標精確性不足，因此，了解坦克火控系統誤差形成原因，并通過相關手段來降低誤差，實現目標的精準打擊，是相關工作人員要重點關注的一個問題。

1 坦克火控系統的誤差源分析

以目前國內常見的坦克火控系統作為研究對象，筆者總結了其常見誤差源，從坦克火控系統的工作流程和功能層面出發，分析出了坦克火控系統常見誤差源樹狀圖，之后根據兩種原則，對這些誤差源進行分類分析。第一，基于可控制性和不可控制性原則，把誤差源劃分成火控系統設計人員控制中的誤差與火控系統設計人員不能控制的誤差，針對不能控制的誤差，不能基于系統設計人員的要求對坦克進行控制，所以在開展系統設計工作和設備選取工作時，設計人員一定要獨立考慮；第二，基于誤差源的特性，將其劃分為系統誤差與隨機誤差，通常情況下，坦克火控系統中的系統誤差能夠在校驗環節進行消除。整體來講，在坦克火控系統中，常見的誤差源包含有初速度計算誤差、距離測算誤差、跟蹤誤差、火控系統穩定性誤差等10 余種誤差。值得注意的是，針對系統誤差和不可控制誤差，盡管不對其開展精確度分配，但是，在對系統的總誤差進行確定以后，需要對這些誤差對射擊精度造成的影響開展研究，以此,消除誤差影響，提升目標打擊精度。

2 坦克火控系統誤差傳遞分析

筆者目標角速度誤差作為分析案例，對其開展分析用于闡述其在樹狀圖中的功能以及其怎樣對目標打擊精度造成影響。如圖1 所示，該圖即為坦克火控系統攻擊目標的空間幾何走勢圖。

圖1 火控系統攻擊目標的空間幾何走勢圖

在該圖中，M 代表目標的當前所在位置；M0代表目標命中提前點；m、mq分別代表M 和M0在水平面上的投影點；O代表坦克的所在位置；OM 代表瞄準線；D 代表目標距離；Dq代表目標的提前點的距離。若在此案例當中，被打擊目標從M 點出發，并朝著M0方向進行勻速直線運動，很明顯，目標角速度的誤差會導致高低方向與方位方向的攻擊產生誤差。使用仿真程序來對坦克火炮彈道方程開展解析，使用該方法分析目標角速度誤差對射擊精度所造成的各種影響，就必須要解答兩個數學模型，即命中模型解答和彈道解算模型解答。筆者先根據各類環境的影響因素開展彈道實時分析，其中，炮彈質心運動微分：

在上述方程中，初始值分別為：

用目標距離、特定彈藥的初速度、目標運動軌跡特征和其他相關數據為已知量進行方程的求解，能夠得出彈藥的飛行時間tf與瞄準角α0，把計算出的飛行時間tf代入相關方程中進行求解。通過解答后不難發現，正是因為目標速度在計算過程中存在有誤差，導致射擊諸元也隨之產生誤差，由此導致坦克火控系統形成誤差。筆者在仿真程序上采用該技術方法，根據誤差的代入位置對全部的誤差源開展了仿真分析，由此得到了輸入誤差和輸出誤差的關系。例如，在Vz中，將其轉換成角速度△x。基于本文所介紹的仿真分析方式，獲得了以下的結果，即error horz=-0.233×△x3+1.163×△x2+0.782×△x+0.607。在上式當中△x 是目標角速度，error horz 是因為目標角速度導致的方向角誤差。

3 降低坦克火控系統誤差的有效措施

3.1 開展誤差仿真分析

在對坦克火控系統的誤差源開展仿真分析的過程中，第一步應當基于特定火控系統的設計方案，構建相關的數學模型，之后再開展大量的數字仿真實驗，并針對所獲取的數據開展處理，最后，得出各種誤差源對坦克火控系統誤差的傳遞關系。其詳細的仿真過程如下。

因為坦克火控系統的各部分構建可能存在有多重精度不同的型號，所以要基于各種構件可以達到的精度級別將誤差源進行等級的劃分，每個精度等級需要選擇1000個以上的數據，這些數據需要滿足正態分布，同時均方差是相應精度級別的對應值，例如，針對于距離誤差，有10 ～60m 為6個精確度等級，則在仿真實驗當中，距離誤差分布需要分別滿足X ～N（0,102），X ～（0,202）等正態分布。

把誤差和對應的信號進行關聯，基于誤差引入的位置，憑借信號帶入坦克火控系統中，根據坦克火控系統信息收集-解算-控制的運轉流程，涵蓋之前所提到的彈道實時解算與解命中兩個重要的數學模型，在輸出端進行輸出。值得注意的是，該輸出收集彈藥的實際落地點和目標中心位置之間的距離。因為所輸入的誤差源絕大多數均為隨即誤差，按照“中心極限理論”，它們所形成的合成誤差將滿足正太分布X ～N（0，o2），輸出分別使用方位向誤差和高低向誤差的均方差進行表示。

在得到了坦克火控系統的輸入數據和輸出數據后，再使用數學3 次多項式擬合與其近似的輸入數據與輸出數據，由此得出系統輸出誤差和誤差源之間的傳遞關系。

筆者以坦克火控系統的高低向設計誤差進行分析，如果其中含有n個輸入誤差，按照誤差獨立分布原則與誤差綜合的平方與法則，則火控系統高低向設計誤差的表達公式為：

針對上述公式，可以使用在某些點開展的方式得到一個類似的線性關系式，從該關系式中能夠直觀地分析出誤差源精度對坦克火控系統射擊誤差所帶來的影響。

3.2 坦克火控系統的優化設計

為了降低坦克火控系統在使用過程中出現的誤差，相關設計人員有必要在目標檢測、跟蹤技術等方面加大研究力度，保障坦克火控技術在今后具備更強大的性能，整體來講，相關設計人員在設計坦克火控系統的過程中，需要注意以下幾個細節問題。

（1）目標的監測和跟蹤實現一體化。未來，信息化技術將會主導戰場走向，坦克駕駛者必須在極短的時間內面對大量的戰場信息，對坦克火控系統的反應速度和精度提出更高的要求，因此，現代坦克火控系統要擁有對目標的自動監測與跟蹤能力。而目前國內所使用的穩像式坦克尚不具備自主監測、識別戰場目標的功能，在目標的限定上仍然依靠人工選擇，導致坦克火控系統對目標發動的攻擊準確性不足，已經不能滿足當前世界局勢背景下，對信息化戰爭的實際作戰要求，研究一種擁有目標自動監測和跟蹤的坦克火控系統，是實現坦克對目標精準打擊的重要策略。基于此，筆者進行了坦克火控系統目標監測和跟蹤一體化設計。在針對戰場目標進行搜索的過程中，坦克駕駛員和目標自動監測設備能夠分別憑借車長鏡與圖像傳感設備，對戰場目標進行迅速檢索，對于監測設備所發現的抗疫目標，采用計算機發送給坦克使用者終端的方式進行人工確認，在坦克駕駛員確認目標以后，可以選擇自動或手動模式，對目標進行打擊，同目前的坦克火控系統相比，新改良的坦克火控系統能夠顯著減低坦克使用者用于對地方進行搜索的時間，大幅度降低了目標的反應時間，由此降低了坦克火控系統的誤差。

（2）使用目標自動監測算法。和傳統意義上的目標監測存在不同，戰場環境表現出復雜性、多元性的特點。任何的光照變化、目標姿態變化、煙霧、場景翻轉、世界遮擋等，都會對坦克火控系統的目標監測帶來巨大的影響。因為傳統人工模型只涵蓋圖像原始像素特點和基本參數等信息，不具備高層的抽象分析能力，對目標的抓取、分析、刻畫等效果非常有效。

4 結語

整體來講，造成坦克火控系統誤差的原因很多，而且有很多誤差，以目前的科學技術來講很難消除，因此，我國需要加大對坦克火控系統的科研力度，通過對一批更為先進技術的應用，降低坦克火控系統誤差，提升打擊準確性。