丁思源，曾梁杭

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

坦克火控系統(tǒng)即控制坦克中武器（多為火炮）的瞄準(zhǔn)發(fā)射系統(tǒng)，應(yīng)用火控系統(tǒng)的目的，在于大幅度減小坦克武器在使用過程中的反應(yīng)時(shí)間，提升目標(biāo)攻擊的準(zhǔn)確性，若按照瞄準(zhǔn)控制的方式進(jìn)行劃分，我國坦克火控系統(tǒng)常見的有指揮儀式、擾動(dòng)式以及非擾動(dòng)式三類。在對坦克火控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦黝愒蛟斐烧`差，使得攻擊目標(biāo)精確性不足，因此，了解坦克火控系統(tǒng)誤差形成原因，并通過相關(guān)手段來降低誤差，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精準(zhǔn)打擊，是相關(guān)工作人員要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問題。

1 坦克火控系統(tǒng)的誤差源分析

以目前國內(nèi)常見的坦克火控系統(tǒng)作為研究對象，筆者總結(jié)了其常見誤差源，從坦克火控系統(tǒng)的工作流程和功能層面出發(fā)，分析出了坦克火控系統(tǒng)常見誤差源樹狀圖，之后根據(jù)兩種原則，對這些誤差源進(jìn)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(tǒng)設(shè)計(jì)人員控制中的誤差與火控系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員不能控制的誤差，針對不能控制的誤差，不能基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的要求對坦克進(jìn)行控制，所以在開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作和設(shè)備選取工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員一定要獨(dú)立考慮；第二，基于誤差源的特性，將其劃分為系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差，通常情況下，坦克火控系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差能夠在校驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行消除。整體來講，在坦克火控系統(tǒng)中，常見的誤差源包含有初速度計(jì)算誤差、距離測算誤差、跟蹤誤差、火控系統(tǒng)穩(wěn)定性誤差等10 余種誤差。值得注意的是，針對系統(tǒng)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(tǒng)的總誤差進(jìn)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(biāo)打擊精度。

2 坦克火控系統(tǒng)誤差傳遞分析

筆者目標(biāo)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(biāo)打擊精度造成影響。如圖1 所示，該圖即為坦克火控系統(tǒng)攻擊目標(biāo)的空間幾何走勢圖。

圖1 火控系統(tǒng)攻擊目標(biāo)的空間幾何走勢圖

在該圖中，M 代表目標(biāo)的當(dāng)前所在位置；M0代表目標(biāo)命中提前點(diǎn)；m、mq分別代表M 和M0在水平面上的投影點(diǎn)；O代表坦克的所在位置；OM 代表瞄準(zhǔn)線；D 代表目標(biāo)距離；Dq代表目標(biāo)的提前點(diǎn)的距離。若在此案例當(dāng)中，被打擊目標(biāo)從M 點(diǎn)出發(fā)，并朝著M0方向進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，很明顯，目標(biāo)角速度的誤差會(huì)導(dǎo)致高低方向與方位方向的攻擊產(chǎn)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(biāo)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(gè)數(shù)學(xué)模型，即命中模型解答和彈道解算模型解答。筆者先根據(jù)各類環(huán)境的影響因素開展彈道實(shí)時(shí)分析，其中，炮彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)微分：

在上述方程中，初始值分別為：

用目標(biāo)距離、特定彈藥的初速度、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡特征和其他相關(guān)數(shù)據(jù)為已知量進(jìn)行方程的求解，能夠得出彈藥的飛行時(shí)間tf與瞄準(zhǔn)角α0，把計(jì)算出的飛行時(shí)間tf代入相關(guān)方程中進(jìn)行求解。通過解答后不難發(fā)現(xiàn)，正是因?yàn)槟繕?biāo)速度在計(jì)算過程中存在有誤差，導(dǎo)致射擊諸元也隨之產(chǎn)生誤差，由此導(dǎo)致坦克火控系統(tǒng)形成誤差。筆者在仿真程序上采用該技術(shù)方法，根據(jù)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(guān)系。例如，在Vz中，將其轉(zhuǎn)換成角速度△x?；诒疚乃榻B的仿真分析方式，獲得了以下的結(jié)果，即error horz=-0.233×△x3+1.163×△x2+0.782×△x+0.607。在上式當(dāng)中△x 是目標(biāo)角速度，error horz 是因?yàn)槟繕?biāo)角速度導(dǎo)致的方向角誤差。

3 降低坦克火控系統(tǒng)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(tǒng)的誤差源開展仿真分析的過程中，第一步應(yīng)當(dāng)基于特定火控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，之后再開展大量的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)，并針對所獲取的數(shù)據(jù)開展處理，最后，得出各種誤差源對坦克火控系統(tǒng)誤差的傳遞關(guān)系。其詳細(xì)的仿真過程如下。

因?yàn)樘箍嘶鹂叵到y(tǒng)的各部分構(gòu)建可能存在有多重精度不同的型號，所以要基于各種構(gòu)件可以達(dá)到的精度級別將誤差源進(jìn)行等級的劃分，每個(gè)精度等級需要選擇1000個(gè)以上的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要滿足正態(tài)分布，同時(shí)均方差是相應(yīng)精度級別的對應(yīng)值，例如，針對于距離誤差，有10 ～60m 為6個(gè)精確度等級，則在仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，距離誤差分布需要分別滿足X ～N（0,102），X ～（0,202）等正態(tài)分布。

把誤差和對應(yīng)的信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，基于誤差引入的位置，憑借信號帶入坦克火控系統(tǒng)中，根據(jù)坦克火控系統(tǒng)信息收集-解算-控制的運(yùn)轉(zhuǎn)流程，涵蓋之前所提到的彈道實(shí)時(shí)解算與解命中兩個(gè)重要的數(shù)學(xué)模型，在輸出端進(jìn)行輸出。值得注意的是，該輸出收集彈藥的實(shí)際落地點(diǎn)和目標(biāo)中心位置之間的距離。因?yàn)樗斎氲恼`差源絕大多數(shù)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(jìn)行表示。

在得到了坦克火控系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)后，再使用數(shù)學(xué)3 次多項(xiàng)式擬合與其近似的輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)，由此得出系統(tǒng)輸出誤差和誤差源之間的傳遞關(guān)系。

筆者以坦克火控系統(tǒng)的高低向設(shè)計(jì)誤差進(jìn)行分析，如果其中含有n個(gè)輸入誤差，按照誤差獨(dú)立分布原則與誤差綜合的平方與法則，則火控系統(tǒng)高低向設(shè)計(jì)誤差的表達(dá)公式為：

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

3.2 坦克火控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了降低坦克火控系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)的誤差，相關(guān)設(shè)計(jì)人員有必要在目標(biāo)檢測、跟蹤技術(shù)等方面加大研究力度，保障坦克火控技術(shù)在今后具備更強(qiáng)大的性能，整體來講，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)坦克火控系統(tǒng)的過程中，需要注意以下幾個(gè)細(xì)節(jié)問題。

（1）目標(biāo)的監(jiān)測和跟蹤實(shí)現(xiàn)一體化。未來，信息化技術(shù)將會(huì)主導(dǎo)戰(zhàn)場走向，坦克駕駛者必須在極短的時(shí)間內(nèi)面對大量的戰(zhàn)場信息，對坦克火控系統(tǒng)的反應(yīng)速度和精度提出更高的要求，因此，現(xiàn)代坦克火控系統(tǒng)要擁有對目標(biāo)的自動(dòng)監(jiān)測與跟蹤能力。而目前國內(nèi)所使用的穩(wěn)像式坦克尚不具備自主監(jiān)測、識別戰(zhàn)場目標(biāo)的功能，在目標(biāo)的限定上仍然依靠人工選擇，導(dǎo)致坦克火控系統(tǒng)對目標(biāo)發(fā)動(dòng)的攻擊準(zhǔn)確性不足，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前世界局勢背景下，對信息化戰(zhàn)爭的實(shí)際作戰(zhàn)要求，研究一種擁有目標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測和跟蹤的坦克火控系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)坦克對目標(biāo)精準(zhǔn)打擊的重要策略?；诖?，筆者進(jìn)行了坦克火控系統(tǒng)目標(biāo)監(jiān)測和跟蹤一體化設(shè)計(jì)。在針對戰(zhàn)場目標(biāo)進(jìn)行搜索的過程中，坦克駕駛員和目標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備能夠分別憑借車長鏡與圖像傳感設(shè)備，對戰(zhàn)場目標(biāo)進(jìn)行迅速檢索，對于監(jiān)測設(shè)備所發(fā)現(xiàn)的抗疫目標(biāo)，采用計(jì)算機(jī)發(fā)送給坦克使用者終端的方式進(jìn)行人工確認(rèn)，在坦克駕駛員確認(rèn)目標(biāo)以后，可以選擇自動(dòng)或手動(dòng)模式，對目標(biāo)進(jìn)行打擊，同目前的坦克火控系統(tǒng)相比，新改良的坦克火控系統(tǒng)能夠顯著減低坦克使用者用于對地方進(jìn)行搜索的時(shí)間，大幅度降低了目標(biāo)的反應(yīng)時(shí)間，由此降低了坦克火控系統(tǒng)的誤差。

（2）使用目標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測算法。和傳統(tǒng)意義上的目標(biāo)監(jiān)測存在不同，戰(zhàn)場環(huán)境表現(xiàn)出復(fù)雜性、多元性的特點(diǎn)。任何的光照變化、目標(biāo)姿態(tài)變化、煙霧、場景翻轉(zhuǎn)、世界遮擋等，都會(huì)對坦克火控系統(tǒng)的目標(biāo)監(jiān)測帶來巨大的影響。因?yàn)閭鹘y(tǒng)人工模型只涵蓋圖像原始像素特點(diǎn)和基本參數(shù)等信息，不具備高層的抽象分析能力，對目標(biāo)的抓取、分析、刻畫等效果非常有效。

4 結(jié)語

整體來講，造成坦克火控系統(tǒng)誤差的原因很多，而且有很多誤差，以目前的科學(xué)技術(shù)來講很難消除，因此，我國需要加大對坦克火控系統(tǒng)的科研力度，通過對一批更為先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，降低坦克火控系統(tǒng)誤差，提升打擊準(zhǔn)確性。