樊水康，王建國(guó)，賈立新，馮培倫

（1.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006；2.解放軍駐華光廠軍代室，北京 100050；3.解放軍駐二○七研究所軍代室，太原 030006）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、武器裝備的發(fā)展，火控系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，目前火控系統(tǒng)已發(fā)展為第四代火控系統(tǒng)。陸裝武器火控系統(tǒng)通常包括炮兵壓制武器火控、防空武器火控、裝甲突擊武器火控和工程兵武器火控等武器類型。按照用途可分為艦面火控系統(tǒng)、航空火控系統(tǒng)、地面火控系統(tǒng)；按照武器種類可分為輕武器火控系統(tǒng)、重武器火控系統(tǒng)和裝甲火控系統(tǒng)；按照目標(biāo)獲取方式、瞄準(zhǔn)射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊。具體完成的主要功能包括：目標(biāo)搜索與識(shí)別、氣象與彈道條件測(cè)量、武器射擊諸元的計(jì)算與裝定、武器射擊控制等。

1990年之后的火控系統(tǒng)被稱之為現(xiàn)代火控系統(tǒng)，以突出系統(tǒng)總體功能和性能為特點(diǎn)，依據(jù)發(fā)展歷程分為模塊化火控系統(tǒng)、總線式火控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)。模塊化火控系統(tǒng)以火控計(jì)算機(jī)為核心，以串口為通信總線；總線式火控系統(tǒng)以CAN總線為通信總線，提升了火控系統(tǒng)的性能；網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入，全面提升武器系統(tǒng)信息交互能力。

1 火控系統(tǒng)概念

控制武器自動(dòng)或半自動(dòng)地實(shí)施瞄準(zhǔn)、發(fā)射的裝備總稱為火力控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為火控系統(tǒng)。陸裝武器火控系統(tǒng)按照目標(biāo)獲取方式、瞄準(zhǔn)射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊，直瞄射擊火控通常是通過(guò)戰(zhàn)車的雷達(dá)或廣電探測(cè)設(shè)備獲取目標(biāo)信息、實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，并進(jìn)行諸元計(jì)算，控制火炮完成近距射擊；裝甲火控和防空火控屬于直瞄式武器；間瞄射擊通常通過(guò)指揮系統(tǒng)或偵查系統(tǒng)獲取目標(biāo)信息，進(jìn)行目標(biāo)的諸元解算，進(jìn)而控制火炮完成中遠(yuǎn)距離火力打擊，炮兵壓制武器火控和工程兵武器火控屬于間瞄射擊［1-2］。

火控系統(tǒng)是隨著武器裝備和電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，功能也隨之復(fù)雜，目前火控系統(tǒng)已發(fā)展到第四代。第一代火控系統(tǒng)以目視測(cè)距為測(cè)距方法，以分劃板為彈道解算裝置，射角裝定采用手動(dòng)裝定方式，火炮位置傳動(dòng)系統(tǒng)以手動(dòng)方式為主，瞄準(zhǔn)儀器為可見(jiàn)光瞄準(zhǔn)儀器；第二代火控系統(tǒng)升級(jí)為光學(xué)方式測(cè)距，射角方式采用動(dòng)力裝定，火炮傳動(dòng)位置系統(tǒng)升級(jí)為電力或液力傳動(dòng)；第三代火控系統(tǒng)引入了模擬計(jì)算機(jī)，采用激光測(cè)距方法，射角裝定方式為自動(dòng)裝定，瞄準(zhǔn)儀器為晝、夜瞄準(zhǔn)鏡；隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展隨之誕生第四代火控系統(tǒng)，采用多功能的綜合瞄準(zhǔn)鏡為瞄準(zhǔn)儀器。

雖然火控系統(tǒng)在不同兵種的武器系統(tǒng)中范疇不盡相同，但包括了武器系統(tǒng)中絕大部分的電子設(shè)備，承載了武器系統(tǒng)中的通信控制、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤、炮車控制、鏡體控制、定位導(dǎo)航和傳輸顯示等最主要和最關(guān)鍵的作戰(zhàn)任務(wù)，是武器系統(tǒng)的核心組成部分。

2 陸裝武器火控系統(tǒng)組成與功能

火控系統(tǒng)研究的問(wèn)題是如何將射彈射向目標(biāo)并使其射中目標(biāo)?；鹂叵到y(tǒng)組成單元通常包括：雷達(dá)或光電目標(biāo)探測(cè)、跟蹤裝置、火控計(jì)算機(jī)、隨動(dòng)系統(tǒng)與火炮穩(wěn)定系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)。雷達(dá)或光電目標(biāo)探測(cè)主要完成發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并完成目標(biāo)探測(cè)，獲得目標(biāo)的測(cè)量，并給出目標(biāo)位置的原始信息和跟蹤信息，即距離、高低角、方位角、目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和方向?；鹂赜?jì)算機(jī)主要完成采集武器系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息，縱傾、橫傾姿態(tài)角信息、氣象信息等，完成彈道諸元的解算和調(diào)炮諸元的解算。隨動(dòng)系統(tǒng)與火炮穩(wěn)定系統(tǒng)則根據(jù)調(diào)炮諸元控制火炮到射擊位置，若武器在運(yùn)動(dòng)中，需要穩(wěn)定火炮在射擊位置。傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量武器系統(tǒng)的狀態(tài)和各種系統(tǒng)信息。火控系統(tǒng)的工作流程分為三大步驟，如圖1所示：

圖1 火控系統(tǒng)工作流程示意圖

火控系統(tǒng)作為武器控制系統(tǒng)的核心部分，具體完成的主要功能包括：目標(biāo)搜索與識(shí)別、目標(biāo)參數(shù)測(cè)量、氣象與彈道條件測(cè)量、武器車體參數(shù)測(cè)量、武器射擊諸元的計(jì)算與裝定、武器射擊控制、武器瞄線和射擊線的穩(wěn)定等［3］。

陸裝兵器火控系統(tǒng)主要包括防空火控系統(tǒng)、裝甲車火控系統(tǒng)和壓制武器火控系統(tǒng)。

2.1 防空火控系統(tǒng)

典型綜合防空火控系統(tǒng)對(duì)空作戰(zhàn)過(guò)程分為搜索目標(biāo)、情報(bào)處理、指定作戰(zhàn)方案、捕獲搜索目標(biāo)、解算射擊諸元、武器接收射擊諸元、射擊控制、轉(zhuǎn)火、?；鸬入A段。下頁(yè)圖2為防空自行高炮火控系統(tǒng)原理圖。

2.2 裝甲火控系統(tǒng)

裝甲火控系統(tǒng)由彈道計(jì)算機(jī)、炮長(zhǎng)、控制臺(tái)、控制設(shè)備和傳感器等設(shè)備組成，內(nèi)部信息以彈道計(jì)算機(jī)為中心進(jìn)行信息交互。圖3為典型坦克組成框圖。

圖2 自行高炮火控系統(tǒng)原理圖

圖3 坦克火控系統(tǒng)框圖

2.3 壓制火控系統(tǒng)

壓制武器火控系統(tǒng)由火控計(jì)算機(jī)、炮長(zhǎng)、定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)以及傳感器等設(shè)備組成，火控計(jì)算機(jī)為內(nèi)部信息交互的中心，在執(zhí)行火控系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，作戰(zhàn)任務(wù)指令、控制數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等均以火控計(jì)算機(jī)為中心進(jìn)行信息交互。典型壓制武器火控系統(tǒng)的組成如圖4所示。

3 現(xiàn)代火控系統(tǒng)發(fā)展概況

圖4 壓制武器火控系統(tǒng)的組成

通常以1990年為界，將1990年之前的火控系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)易火控系統(tǒng)，1990年之后的稱為現(xiàn)代火控系統(tǒng)，現(xiàn)代火控系統(tǒng)以突出系統(tǒng)總體功能和性能為特點(diǎn)［4-5］?，F(xiàn)代火控系統(tǒng)具體又分為3個(gè)階段，1990年～2000年為模塊化火控系統(tǒng)，2000年～2010年為總線式火控系統(tǒng)，2010年至今為網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)。以陸軍壓制武器火控系統(tǒng)為例，本文對(duì)這3個(gè)階段的火控系統(tǒng)進(jìn)行具體介紹。

3.1 模塊化火控系統(tǒng)

模塊化火控系統(tǒng)于20世紀(jì)90年代成型，是我國(guó)真正意義上的第一代模塊化火控系統(tǒng)。模塊化火控系統(tǒng)以火控計(jì)算機(jī)為核心，采用串口進(jìn)行連接通信，自主決定射擊諸元，可進(jìn)行自動(dòng)瞄準(zhǔn)，交互界面采用EL平板漢字菜單顯示，具備標(biāo)準(zhǔn)單炮接口，可兼容70 km子母彈、殺爆彈、云爆彈、末敏彈以及150 km子母彈，是壓制武器中火箭炮的基型火控系統(tǒng)。代表產(chǎn)品有155 mm自行加榴炮、遠(yuǎn)程火箭炮、坦克火控系統(tǒng)等。

圖5為某型火箭炮火控系統(tǒng)的組成框圖，為典型的模塊化火控系統(tǒng)。該火控系統(tǒng)由16個(gè)單體組成：火控計(jì)算機(jī)、火控操作顯示臺(tái)、地面操作顯示臺(tái)、炮長(zhǎng)顯示器、地面發(fā)控裝置、彈上儀器仿真儀、車外發(fā)射裝置、慣性定位定向?qū)Ш窖b置、姿態(tài)角傳感器、藥溫測(cè)量裝置、火控配電箱、GPS定位定向?qū)Ш窖b置、打印機(jī)、電臺(tái)、通信控制器、車通。

圖5 典型模塊化火控系統(tǒng)組成

火控系統(tǒng)采用RS232串行通信口構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；以火控計(jì)算機(jī)和地面發(fā)控裝置為控制核心進(jìn)行分布式控制，綜合完成火控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、性能；建立了簡(jiǎn)易控制火箭彈的發(fā)射控制標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，規(guī)定了硬件接口和軟件模塊；能夠?qū)崿F(xiàn)70 km、150 km簡(jiǎn)易控制火箭彈的發(fā)射控制。

3.2 總線式火控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，總線式火控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生?？偩€式火控系統(tǒng)是模塊化火控系統(tǒng)的數(shù)字化升級(jí)改造，采用總線式分布式控制系統(tǒng)，各主要功能單元掛接在CAN總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。該火控系統(tǒng)仍以火控計(jì)算機(jī)和地面發(fā)控裝置為控制核心進(jìn)行分布式控制。

總線式火控系統(tǒng)與模塊化系統(tǒng)相比，主要體現(xiàn)在采用更加可靠的CAN總線作為通信方式，彩顯及計(jì)算機(jī)性能明顯升級(jí)提高，采用了簡(jiǎn)控彈和制導(dǎo)彈的標(biāo)準(zhǔn)接口，可完成傳遞對(duì)準(zhǔn)及北斗星歷裝訂及授時(shí)，基于車載捷聯(lián)式慣導(dǎo)進(jìn)行調(diào)炮控制，調(diào)炮精度顯著提高。代表產(chǎn)品有122榴彈炮、155加榴炮數(shù)字化改造、425彈炮結(jié)合等。

總線式火控系統(tǒng)組成單體基本不變，由16個(gè)單體組成：火控計(jì)算機(jī)、火控操作顯示臺(tái)、地面發(fā)控裝置、地面操作顯示臺(tái)、彈上儀器仿真儀、車外發(fā)射裝置、點(diǎn)火隔離裝置、炮長(zhǎng)顯示器、北斗、火控配電箱、藥溫測(cè)量裝置、姿態(tài)角傳感器、車載慣性定位定向?qū)Ш窖b置、電臺(tái)、通信控制器、車通，如圖6所示。

圖6 總線式火箭炮火控系統(tǒng)

總線式火箭炮火控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)70 km、150 km簡(jiǎn)易控制火箭彈和制導(dǎo)火箭彈的發(fā)射控制，從系統(tǒng)架構(gòu)、硬件組成、接口和軟件等方面建立了簡(jiǎn)易控制火箭彈和制導(dǎo)火箭彈管式共架發(fā)射控制標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)

21世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入現(xiàn)代火控系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。以太網(wǎng)的傳輸速率可達(dá)100 M/1 000 M，在現(xiàn)代火控系統(tǒng)發(fā)展中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)+局部CAN信息采集的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，全面提升武器系統(tǒng)信息交互能力，代表產(chǎn)品為新一代火控系統(tǒng)。

圖7為典型的網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)組成框圖。該火控系統(tǒng)采用火控電氣一體化設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)化1 000 M帶寬，采用C/S架構(gòu)服務(wù)器客戶端模式，人機(jī)交互方式采用圖元界面，采用構(gòu)件化軟件設(shè)計(jì)，具備“一鍵式”流程操作功能，采用LRM機(jī)箱全壽命周期成本設(shè)計(jì)，具備嵌入式故障診斷和在線模擬訓(xùn)練功能，設(shè)計(jì)采用多彈種共架發(fā)射，可兼容多種型號(hào)火箭彈的發(fā)射。

圖7 網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)組成圖

4 新一代火力打擊體系下的火控系統(tǒng)

陸軍新一代中遠(yuǎn)程火力打擊系統(tǒng)由偵察感知裝備、指揮控制裝備、通信網(wǎng)絡(luò)裝備等組成，是集精確偵察、高效指揮和實(shí)時(shí)評(píng)估于一體，滿足戰(zhàn)役軍團(tuán)、戰(zhàn)術(shù)兵團(tuán)和戰(zhàn)斗分隊(duì)的火力打擊需要，并與火力打擊武器系統(tǒng)高度融合的綜合信息系統(tǒng)［6-8］。

新一代中遠(yuǎn)程火力打擊系統(tǒng)具備偵察感知裝備突出遠(yuǎn)程火力打擊能力，指揮控制和通信網(wǎng)絡(luò)裝備應(yīng)滿足三級(jí)火力打擊需求。偵察感知裝備主要包括無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、航天信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)、偵察校射雷達(dá)等；指揮控制裝備包括指揮車、綜合信息車、通用信息處理平臺(tái)等；通信網(wǎng)絡(luò)裝備包括火力打擊鏈和聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)。

武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)3種通信鏈路，分別為指揮網(wǎng)、戰(zhàn)斗協(xié)作網(wǎng)和火力打擊數(shù)據(jù)鏈。指揮網(wǎng)為新一代的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；戰(zhàn)斗協(xié)作網(wǎng)采用專用的通信體制實(shí)現(xiàn)武器平臺(tái)間的通信；火力打擊數(shù)據(jù)鏈采用升空中繼方式，具備遠(yuǎn)距離、高速通行能力，為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“偵察打擊一體化”和智能彈藥的控制提供基礎(chǔ)。圖8為新一代火力打擊體系的組成圖。

圖8 新一代火力打擊體系架構(gòu)圖

多媒體信息交換處理中心主要完成戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)信息、武器協(xié)作網(wǎng)信息、火力打擊鏈信息等車際信息和任務(wù)總線、控制總線等車內(nèi)信息間的格式轉(zhuǎn)換和信息交換，是武器平臺(tái)信息共享的核心。是集成火控計(jì)算、信息處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、構(gòu)件庫(kù)管理功能于一體的服務(wù)器。圖9為新一代火力打擊體系下信息控制結(jié)構(gòu)圖。

圖9 新一代火力打擊體系信息控制結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)武器平臺(tái)上裝部分的控制方式，每個(gè)乘員均配置一個(gè)多媒體顯示操作終端。這些乘員終端在硬件上完全一樣，根據(jù)不同的乘員席位初始化時(shí)從多媒體信息交換處理中心下載不同的乘員客戶端軟件或指揮軟件。乘員終端結(jié)合了圖形、圖像、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的處理功能。代替原武器平臺(tái)中的操控面板、車通控制盒等設(shè)備。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外裝備進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)武器裝備系統(tǒng)主要具有如下發(fā)展趨勢(shì)：武器裝備向高機(jī)動(dòng)、輕型化、體系化發(fā)展；成體系一體化C4ISR，C4ISR指揮控制系統(tǒng)體系化，從偵查探測(cè)到指揮控制到武器打擊到效能評(píng)估到系統(tǒng)保障，“偵、控、打、評(píng)、?！钡囊惑w化；武器裝備信息化發(fā)展，偵察系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星、彈載數(shù)據(jù)鏈等數(shù)據(jù)的接入，武器裝備360°全方位監(jiān)視和告警；武器裝備控制一體化、無(wú)人、遙控、智能化發(fā)展，裝備具有的單人操作、遙控操作、無(wú)人炮塔、智能化操作的方式，全炮電氣、火控、底盤、自動(dòng)裝填等的控制一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)是信息化的戰(zhàn)場(chǎng)，戰(zhàn)爭(zhēng)的決勝將是最能詳實(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)情況，最能有效地在自身各要素間傳遞信息，并能更快、更準(zhǔn)、更遠(yuǎn)地使用武力一方。武器平臺(tái)要信息化，火控系統(tǒng)要向綜合化、信息化發(fā)展，指控系統(tǒng)向武器平臺(tái)延伸，形成火指控一體化的網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

火控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要在總體技術(shù)、裝備的信息化技術(shù)、控制技術(shù)3方面。總體技術(shù)：將火控系統(tǒng)和指控系統(tǒng)發(fā)展成為成套的火力控制和指揮控制的系統(tǒng)；信息化技術(shù)：發(fā)展先進(jìn)的通信系統(tǒng)與指揮系統(tǒng)的互聯(lián)互通技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)處理；控制技術(shù)：加強(qiáng)電氣、火控一體化設(shè)計(jì)，優(yōu)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；火控系統(tǒng)和平臺(tái)穩(wěn)定需加強(qiáng)高速運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜環(huán)境射擊的控制，提高射擊精度和命中率。

結(jié)論和建議：本文對(duì)火控系統(tǒng)的概念、功能及組成進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述，重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代火控系統(tǒng)的發(fā)展歷程:模塊化火控系統(tǒng)、總線式火控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)，并基于典型應(yīng)用對(duì)這3種火控系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，最后對(duì)火控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。