更新时间:2023-01-24 17:25
在武器与被射击目标处于相对运动状态下,控制武器对目标实施自动化射击的一切技术手段。称为火力控制技术;实现这项任务的全部装备,就称为火力控制系统.或称射击控制系统,简称火控系统,全称火力指挥与控制工程,是控制射击武器自动实施瞄准与发射的装备的总称。
火力控制系统,是现代武器系统必不可少的重要组成部分.是武器系统的“大脑”和“眼睛”,而且是武器系统先进性的重要标志。随着科学技术的不断发展和战争的需要,现代火炮(如牵引炮、自行炮、坦克炮、航炮、舰炮等)几乎都配备了火力控制系统。
武器系统包括火力分系统、控制分系统和运载分系统。其中控制分系统包括火控子系统(包括制导)、指控子系统、导航子系统、情报通信子系统等。广义上,火控系统是指控制分系统(俗称大火控),是一套使被控武器发挥最大效益的装置。泛指战场指挥自动化系统,是在军事指挥体系中采用以电子计算机为核心的技术与指挥人员相结合、对部队和武器实施指挥与控制的人机系统。20世纪50年代指挥自动化被称为指挥与控制系统。20世纪60年代,随着通信技术的发展.在系统中加上“通信”,形成(指挥、控制与通信)系统。1977年,美国首次把“情报”作为指挥自动化不可缺少的因素,并与C3系统相结合,形成C31(指挥、控制、通信与情报)系统。后来,由于计算机在系统中的地位和作用日益增强,指挥自动化又加上“计算机”,变成指挥、控制、通信、计算机和情报系统。近年来不断发生的局部战争使人们进一步认识到掌握战场态势的重要性,提出“战场感知”的概念。
准确、实时地计算出射击诸元,并将其赋予武器以将弹头准确送抵目标区域,是火控系统的核心任务。
在不同的武器系统中,火控系统的任务也不尽相同,概括地讲通常包括:
(1)利用各种观察器材搜索、发现、识别、跟踪目标。
(2)建立目标运动模型,并依据对目标的观察值估算目标状态(位置与运动参数)。
(3)依据弹道特性、气象条件、地理特征、武器载体及目标运动状态预测目标与弹丸的相遇点,求取射击诸元。
(4)依靠半自动或全自动控制系统驱动武器线趋近射击线,并根据指挥员的射击命令控制射击程序实施。
(5)实测脱靶量,修正以后的射击诸元。
非制导武器配备火控系统的目的在于提高瞄准、射击的快速性和准确性,增加对恶劣战场环境的适应性,以充分发挥武器对目标的毁伤能力。
火控系统对弹头的控制主要是通过对武器身管的控制来实现,即赋予弹头以初速和方向,至于火控系统赋予弹头的飞行时问、飞行距离、转向角等均是预测值,弹头一旦飞离身管,火控系统将失去对其控制,因此,火控系统必然存在预测误差和控制误差。对非制导武器,为满足射击精度要求,需严格控制火控系统的误差。
(1)目标搜索与辨识。利用观测器材搜索目标是火控系统的第一项任务。火控系统中常用的观测器材有雷达、光学或激光测距仪、红外或微光夜视仪、战场侦察电视、声测器材、声呐等。对于固定目标还可使用地图与航空(或卫星)照片。搜索到目标之后应进一步对目标的类型(车辆、飞机、导弹、舰船、兵器、人员等)、型号、数量及其敌我属性进行辨识。图像辨识技术的应用已使目标辨识自动化,而敌我辨识最有效的设备是电子敌我识别器。对防空和反导还应有威胁判断。
(2)目标定位与跟踪。精确确定目标的坐标和活动目标的运动参数。目标参数包括目标位置参数与运动参数。目标位置参数指的是目标相对地理坐标系或观i贝4坐标系中的坐标,如距离、方位角、高低角等;目标运动参数则包括航速、航向、舷角、加速度等,它们是求取射击诸元不可缺少的数据。用于目标参数测量的观测器材应该具有较高的精度,它们多用于测定目标位置,利用多普勒效应的器材还可以测定目标相对于观测器材的纵向速度。对于运动目标.观测器材还必须实时地跟踪目标,测量出一系列目标参数值.为利用这些实测值估计目标瞬时位置与运动参数提供条件。
(3)气象与弹道条件测量。气温、气压、风速、风向等气象参数和弹丸初速偏差、弹药温度、弹重偏差等弹道条件参数均会对实际弹道产生影响,必须及时测量.以便在求解射击诸元时考虑进去。弹重偏差可根据温度计、气压计、风速计、弹丸初速测量仪测得。气象雷达、弹丸初速度量雷达是较为先进的气象与弹道条件测量设备。由于气象条件是对全弹道起作用的.有关气象测量点应该覆盖全弹道。对于海军水中武器,还要测量波浪、海流等水文因素。
(4)运载体运动参数测量。运载观测器材与火力系统的车辆、飞机、舰船在运动中的三个平移自由度与三个转动自由度既恶化了观测条件又改变了弹道参数。对严重影响射击效果的运动参数应加以测量,并令观测器材、武器身管或发射架相对于其载体做一量值相等、方向相反的运动,或者在求解射击诸元时予以修正,以使射击尽量不受运载体运动的影响。用于运动中瞄准和发射的火控系统通常都装有i自由度或二自由度的陀螺系统,以便适时地测量运载体的i个姿态角(俯仰、偏航与倾斜)或其角速度。对高速运动的运载体(如飞机、舰船等)还装有测定运载体运动速度的测速装置。对于射击精度要求非常高的火控系统,如近程反导弹高射炮火控系统,不仅要求测定i个姿态角或其角速度,而且要求测量升沉、横移与纵移的速度.甚至还要考虑运载体的弹性变形。
(5)射击效果评估。由于种种难以控制与修正的随机冈素的影响,首发或首群发的弹头可能脱靶。这时应测量脱靶量,并用已测得的脱靶量修正以后的射击诸元,这就是校射。对同定目标或相对武器系统运动缓慢的目标,凡是能够观测炸点、估测出炸点对目标偏差的器材均可完成校射任务。炮兵校射雷达可在其波瓣有效区域内估测出弹头的落点,是一种先进的校射工具。当对飞机或导弹等高速目标射击时,必须同时跟踪并测量目标与弹头随时间变化的坐标,相控阵雷达是实现此种测量的一种先进工具。
(6)数据处理。现代火控系统主要由数字电子计算机来完成数据处理工作。火控计算机是火控系统的核心部件,其任务是存贮有关目标、脱靶量、气象条件、弹道条件、运载体运动参数等所有数据与信息;计算目标的瞬时位置与运动参数;根据实战条件下的弹道方程或存贮于火控计算机中的射表求解命中点坐标,计算射击诸元;根据过去的脱靶量修正射击诸元;评估射击效果等。其目的是输出控制指令给显示设备和随动系统,或操纵指令给自动驾驶仪。
(7)武器发射控制。目的是控制武器到达正确的射击位置,并按预定的方式射击。为了赋予武器射击诸元,通常用液压式或机电式随动系统分别控制武器的射角、方位角与引信分划等射击诸元,使之与火控计算机的输出值相一致。当武器与运载体完全或部分同连时,如机载火炮的身管、炸弹的发射轨完全与飞机同连.某些大口径自行火炮的方位角则同车体一致,此时火控计算机的输出信息应传送给自动控制机构。驱动运载体按能使弹头命中目标的方向运动。
(8)系统控制、信息显示与传输。为了充分发挥指挥与操作人员的主观能动性,火控系统中没有系统控制操作与显示面板,具有良好的人机界面。
火控系统功能模块的种类与规模是根据其控制的武器的特性与应用环境来设计与装备的。例如,用于停止间射击的武器,其火控系统就无须具有运载体运动参数测定的功能;为了减轻质量、降低造价.某些火炮.尤其是中小口径地面火炮,往往不配随动系统,而由炮手按火控计算机给射击诸元在火炮上装定;高射炮火控系统,由于同时跟踪快速目标与观测高速弹丸.设备技术复杂,价格昂贵。过去多不进行脱靶量自动测量,故不能自动校射;用于近程反导弹的转管火炮与多联装火炮的火控系统,为了确保武器的命中率,大多进行脱靶量自动检测,构成自动校射的大闭环火控系统。为了发挥不同观测器材的优点,确保在各种环境中均能获取所需信息,并提高它们在战场上的机动性,经常把多种观测器材组装在同一运载体中,构成相应的侦察车、侦察飞机、空中系留平台等装备。气象观测站(车、船)更集各种气象观测器材于一身,以完成大范围内的气象观测与通报任务。这些载有多种器材的侦察或观测车、船与飞机虽然要完成在火控系统中承担的任务,但却自成一个独立于火控系统之外的武器装备系统。
狭义上,火控系统是指以解决射击命中问题为主要任务、以计算机为核心的控制火力兵器瞄准与射击的自动化或半自动化系统。火炮火控系统可以提高火炮快速反应能力,把握战机;提高火炮射击精度和全天候作战能力,增强火炮的作战效能。
现代火控系统由于配备于各种不同类型的火炮。以及装备级别的差异,所以其功能和构成也有所不同,有简有繁。现代战争的要求促进了火控系统的进一步发展。高新技术的应用也使现代火控系统日趋完善。
火力射击问题
一架能单独完成作战任务的飞机是一个火力综合体,一辆坦克、一发有线制导的反坦克导弹系统、一个地炮连队的全套兵器装备等也都是火力综合体。这种火力综合体的形式和内容各不相同,但其作用本质上是一致的:在地球的大气层内,从安装在运载体上的发射兵器上向所选目标发射射弹,这样一个问题,从射击学角度讲是一个火力射击问题;从自动控制角度看是一个火力射击的自动控制问题,即火控问题。这样一个火力射击问题或火控问题,涉及地球、发射兵器、发射兵器的运载体、射弹和所选目标等五个方面。因而,研究一个火力综合体的火控问题,也必须考虑这五个方面的种种因素。
发射兵器及其运载体统称为武器站。因此,带武器的飞机、军舰、坦克、自行火炮、导弹及其发射系统等.均可称为武器站。这些武器站按各自的条件可在地面(包括水面)、空间,也可以同定于地面或空间某点不动,也可以在地面或空间相对于某点做匀速或变速的直线或曲线运动。射弹可以是炮弹、炸弹、鱼雷、火箭、导弹,它们在重力、空气或水的阻力、甚至在控制系统操纵力的作用下,沿着自己的弹道飞向目标。目标更是多种多样,但目标的主要特征可归结为:一个物体在地面或空中呈静止状态或按各自的航迹运动。因此,解决这样一个从武器站上发射射弹击中目标的火力射击问题,需要研究武器站、射弹和目标在大气空间的运动特性,建立火力射击的数学模型,求解火力射击所需各种数据,控制与指挥发射兵器的射击。
火力射击问题求解
为了求解火力射击问题,首先要掌握目标、射弹、武器站的坐标及各种运动参数,这就需要有坐标探测装置,如雷达、光学测距机、激光测距机、红外线测距机等,利用这样的探测装置,在跟踪目标的过程中取得目标坐标及各种运动参数。如果武器站本身在运动,还需有专门的没备测量武器站的运动参数并通过火控计算机算出武器站的运动给坐标探测装置和射击兵器带来的偏差以及对这些偏差进行修正的修正量。
为了计算射弹在大气中的弹道、射弹命中目标点的位置以及射弹发射所需的控制数据,需要计算目标、武器站、射弹、天候条件、弹药性能等各种参数,还要预先估计射弹发射后目标机动的可能性,甚至考虑引入指战员的实战经验等种种因素,确定射击诸元,诸如能将弹头准确送抵目标区域相应的武器身管的方位角和高低角,对具有时间引信的弹头还有引信分划,对制导武器还有飞行距离和转向角等。
为了充分满足这些计算的实时要求,需要有性能良好的专用计算机。南于历史原因,在各种火控系统领域里,这种专用计算机有自己的习惯名称。在高炮火控系统中称射击指挥仪,在地面炮兵中称地炮指挥仪或地炮计算机,在导弹系统中称控制机。
“弓箭手”火炮火控系统的特点是完全抛弃了传统机械和光学瞄准设备。火炮通过数据链接收炮兵侦察单位传送的目标位置数据后.能结合惯导及GPS系统提供的自身位置参数快速解算射击诸元。炮长在火控信息系统帮助下判断首要威胁目标并制订火力打击方案,以上内容可全部在车辆行进问完成。驾驶员将火炮驶入射击阵地后,随即通过液压系统放下火炮助锄,然后将炮身箱体的顶盖张开,液压高低机驱动火炮扬起并将身管前伸至射击位置,驱动系统控制火炮自动完成瞄准动作之后装填系统开始工作,以上动作在停车后30 S内完成。弹药装填完成后.炮长通过头顶前方的击发控制盒控制火炮射击,完成一轮急促射击后(两组5~6发同时弹着),火炮反向重复展开动作,30 S内转换至行军状态、撤出射击阵地,在100 S内可急行军行驶到500 m外的另一射击阵地继续射击。实战环境下,“弓箭手”火炮在任意射击位置停留时间不超过2 min,大大提高了火炮的生存能力。