如何構(gòu)建中國特色的陸戰(zhàn)平臺目標(biāo)自動跟蹤火控系統(tǒng)

周啟煌

陸戰(zhàn)平臺火控系統(tǒng)是坦克和自行火炮等戰(zhàn)車中控制火炮瞄準(zhǔn)和射擊的系統(tǒng)。它的功能是快速搜索、發(fā)現(xiàn)和瞄準(zhǔn)目標(biāo)，快速采集各種影響射擊精度的數(shù)據(jù)，解算出射擊諸元并控制火炮達(dá)到正確的位置(方向、高低)，然后在炮長的監(jiān)控下實施射擊?，F(xiàn)代陸戰(zhàn)平臺火控系統(tǒng)是一個多工況、多任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)，一般由觀察瞄準(zhǔn)鏡、火控計算機(jī)、測距儀、火炮穩(wěn)定器、各種傳感器，以及車長和炮長操縱機(jī)構(gòu)等部件組成。

基本概念

目標(biāo)自動跟蹤(Automatic Target Tracking，ATT)火控系統(tǒng)是先進(jìn)的陸戰(zhàn)平臺火控系統(tǒng)，也是各國軍隊競相發(fā)展的電子信息系統(tǒng)。有趣的是，雖然美、德、英等西方軍事大國早已開始ATT火控系統(tǒng)的研究，但最早對外宣布已在坦克上裝備了這種系統(tǒng)的卻是日本和以色列，先行的美國等國至今未在他們的坦克上正式裝備這一系統(tǒng)。究其原因是，他們不滿足于只實現(xiàn)單一的“自動跟蹤目標(biāo)”功能，而要通過全數(shù)字化(即信息化)設(shè)計，充分融合各種先進(jìn)的信息技術(shù)，以擴(kuò)充新的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場上，網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)指揮技術(shù)高度發(fā)展，為陸戰(zhàn)平臺在多種作戰(zhàn)模式中(如對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的跟蹤射擊、間接瞄準(zhǔn)射擊、同時對多個目標(biāo)自動跟蹤、戰(zhàn)場威脅目標(biāo)的定位測量與報警等)完成不同的作戰(zhàn)任務(wù)，提供了情報與通信的支撐。為了真正實現(xiàn)陸戰(zhàn)平臺作戰(zhàn)能力的擴(kuò)充，一定要加強(qiáng)火控系統(tǒng)的信息化改造，增加新的作戰(zhàn)功能，滿足迫切的軍事需求。對ATT火控系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字化設(shè)計，正是這一信息化改造中的首要任務(wù)。

在陸戰(zhàn)平臺火控系統(tǒng)的發(fā)展中，之所以要把ATT系統(tǒng)與電子信息系統(tǒng)的深化發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，是由于ATT系統(tǒng)可以獲得目標(biāo)的大量原始信息，而且ATT系統(tǒng)中包含有高速計算機(jī)，很容易擴(kuò)展出大信息量的處理能力。

發(fā)展動向

第一次海灣戰(zhàn)爭后，美國首先重點發(fā)展了M1A2坦克的指揮控制系統(tǒng)：隨后在其“未來主戰(zhàn)坦克”(M1A3)計劃中，對ATT火控系統(tǒng)提出了多項研究目標(biāo)：①快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定其運動狀態(tài)的能力：②提高對機(jī)動規(guī)避目標(biāo)的自動跟蹤能力：③實現(xiàn)目標(biāo)自動識別技術(shù)，④能同時跟蹤3個目標(biāo)；⑤能跟蹤與打擊低空飛行器等快速目標(biāo)，⑥提高對超遠(yuǎn)距離(2500～3500米)目標(biāo)的跟蹤與射擊精度等。這些高性能，只有在對系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字化設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過對目標(biāo)運動規(guī)律的建模以及綜合處理目標(biāo)信息才能夠達(dá)到。

最近，美軍雖然在“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”作戰(zhàn)理論的牽引下，放棄了“未來主戰(zhàn)坦克”的發(fā)展，轉(zhuǎn)而提出“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”計劃；但是發(fā)展自動跟蹤火控系統(tǒng)的決心有增無減，而且將其視為提高“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”陸戰(zhàn)平臺殺傷力的主要支撐系統(tǒng)。美軍提出在武器系統(tǒng)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，自動跟蹤火控系統(tǒng)應(yīng)具有“目標(biāo)識別、目標(biāo)確認(rèn)、按目標(biāo)威脅排序、全天候?qū)\動目標(biāo)進(jìn)行攻擊”的能力。

上述情況給我們的啟示是，全數(shù)字化ATT火控系統(tǒng)是陸戰(zhàn)平臺電子信息系統(tǒng)中的重要系統(tǒng)，開展這類系統(tǒng)的研制是包括我國在內(nèi)及各軍事大國的熱門研究方向。相信這一系統(tǒng)不久即將面世。

雖然從上世紀(jì)80年代，世界范圍內(nèi)就已開始了自動跟蹤火控系統(tǒng)的研究，但西方各軍事大國至今未能在坦克上正式裝備全數(shù)字化目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)，也突出地反映出研制這一系統(tǒng)所具有的理論難度和技術(shù)難度。

關(guān)鍵技術(shù)研究

按照當(dāng)前的軍事需求、考慮到技術(shù)可行性，陸戰(zhàn)平臺全數(shù)字化ATT火控系統(tǒng)應(yīng)同時具有的創(chuàng)新功能，包括目標(biāo)多維信息的數(shù)字采集、多目標(biāo)自動跟蹤、目標(biāo)狀態(tài)的濾波與預(yù)測、目標(biāo)運動的實時建模、射擊諸元的解算、以目標(biāo)信息為基礎(chǔ)的先進(jìn)控制技術(shù)的實現(xiàn)等等。全數(shù)字化ATT火控系統(tǒng)是未來陸戰(zhàn)平臺電子信息系統(tǒng)種的主要系統(tǒng)，包括3項核心的理論與技術(shù)。我國研制這樣的系統(tǒng)，雖然在硬設(shè)備方面仍有問題需待解決，但在這3項核心理論與技術(shù)的研究上均已取得重要突破，而且某些方面處于世界領(lǐng)先水平、形成了我國獨有的技術(shù)特色。這3項理論與技術(shù)是：

目標(biāo)狀態(tài)信息的數(shù)字采集

實現(xiàn)目標(biāo)信息的數(shù)字采集，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計的第一步。可在運動的陸戰(zhàn)平臺中它卻成為不容易解決的技術(shù)難題。原因是，陸戰(zhàn)平臺的瞄準(zhǔn)線是通過圓周轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤與測量的，而目標(biāo)在地面上的運動軌跡又是多變的，在這樣多維、多度的運動關(guān)系中，無法實現(xiàn)目標(biāo)信息的高精度直接數(shù)字采集。每次只能測量目標(biāo)的相對運動量，再配合以復(fù)雜的信息處理過程才可以解決，測量精度與信息處理算法的先進(jìn)性關(guān)系很大，這常常成為制約全系統(tǒng)精度的關(guān)鍵。

機(jī)動目標(biāo)的動態(tài)建模

關(guān)于機(jī)動目標(biāo)運動模型的建立，是現(xiàn)代和未來陸戰(zhàn)平臺火控系統(tǒng)無法回避的重大問題。目前，坦克低速段的平均加速度已達(dá)1．5米／秒²，美國未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的履帶式樣車更是提高到1．9米／秒²以上。陸戰(zhàn)平臺在戰(zhàn)場上的“規(guī)避戰(zhàn)術(shù)動作”，就是以低速段的加速為基礎(chǔ)、充分利用掩避地形的蛙跳式前進(jìn)。因此，未來戰(zhàn)場上的目標(biāo)基本上是在做非勻速運動；如果仍按勻速直線運動來考慮，在2千米距離上的方向射擊誤差可達(dá)到2～6米以上，很難命中目標(biāo)。因此，解決機(jī)動目標(biāo)運動的動態(tài)建模，成為設(shè)計數(shù)字化的目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的首要任務(wù)。

關(guān)于機(jī)動目標(biāo)的運動模型，國外目前仍采用人為的方式預(yù)先假定，只作個別參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。美國學(xué)者辛格于1970年提出的隨機(jī)加速度模型，早年被廣泛用作機(jī)動目標(biāo)的運動模型。隨著裝甲目標(biāo)機(jī)動性能的提高，我國學(xué)者提出的“當(dāng)前”統(tǒng)計模型和“參數(shù)辨識”模型的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)?！爱?dāng)前”統(tǒng)計模型雖然也是一種假定模型，但它對目標(biāo)機(jī)動性的適應(yīng)范圍明顯優(yōu)于隨機(jī)加速度模型，已成為國內(nèi)機(jī)動目標(biāo)運動模型的首選。

如果能夠?qū)崟r地辨識出機(jī)動目標(biāo)的運動模型，那是再好不過了；但由于許多理論與技術(shù)上的困難，國內(nèi)外一直認(rèn)為無法辨識，一度放棄了這方面的努力。我國學(xué)者經(jīng)過不懈努力創(chuàng)建的“參數(shù)辨識”模型，正是在數(shù)字化ATT系統(tǒng)中可以實時辨識的模型。它適應(yīng)范圍廣，可以在辨識過程中通過變化參數(shù)來自動適應(yīng)機(jī)動目標(biāo)模型的改變；并且隨著系統(tǒng)跟蹤精度的提高，這一模型的工程辨識精度也愈高、應(yīng)用價值也愈大。如果我國在研制陸戰(zhàn)平臺全數(shù)字化ATT火控系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)“參數(shù)辨識”模型的實時辨識，那將是具有世界意義的突破。

目標(biāo)的信息處理與控制技術(shù)

全數(shù)字化目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的信息處理算法和先進(jìn)控制技術(shù)，包含有豐富的內(nèi)涵，也是系統(tǒng)設(shè)計的核心。每一項關(guān)鍵技術(shù)的成功解決，都將導(dǎo)致某項戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的突破。例如，多目標(biāo)自動跟蹤中，目標(biāo)間快速切換的控制質(zhì)量、瞄準(zhǔn)線對跟蹤線的跟蹤精度、瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定精度、跟蹤線對機(jī)動目標(biāo)的跟蹤精度，當(dāng)然還包括目標(biāo)信息的采集精度、目標(biāo)“參數(shù)辨識”模型的辨識精度以及對目標(biāo)射擊諸元的解算精度等，無一不與目標(biāo)信息處理及先進(jìn)控制技術(shù)的設(shè)計有關(guān)。