更新时间:2024-01-10 07:10
该火控系统利用了MBT-70和XM803坦克火控系统的研制成果,并采取了一些降低成本的简化措施。它采用的独立稳定瞄准线的指挥仪式的控制方式反应迅速,并使坦克可以进行进间射击目标。
由于克莱斯勒公司(Chrysler)规定火控系统的成本不得超过坦克总成本的23%,为此,采取了一些降低成本而又不过多降低系统性能的简化措施,使成本下降到坦克总成本的20%。为使M1坦克在2000年内保持先进性,正在实施一项改进计划。火控系统的改进包括用CO2激光测距仪代替现在的Nd:YAG激光测距仪。为了适应改进型的M1A1主战坦克用120mm滑膛炮代替基本型M1坦克的105mm线膛炮的要求,火控计算机的软件也作了相应的修改。
一、观瞄设备
(1) 炮长主瞄准镜
它由休斯飞机公司研制,是高低向瞄准线独立稳定的单目潜望式瞄准镜,与激光测距仪的发射接收机和热成像瞄准镜合为一体,构成测瞄合一、昼夜合一的瞄准镜。瞄准镜的倍率可变,用一中继光学系统在车长的位置延伸出一目镜,这样车长和炮长可通过瞄准镜观察到相同的图像,但车长不能造择放大倍率,也不能用它独立地进行战场监视和捕捉目标。瞄准镜伸出炮塔外的窗口用装甲防护,由炮塔内位于瞄准镜上方的手柄控制窗口开闭。瞄准镜中有一伺服定位的十字分划和高低向稳定瞄准镜的陀螺平台,平台的高低轴通过旋转变压器与炮耳轴的旋转变压器进行电连接。目镜可显示激光测距仪测量的距离数据、激光测距仪的多目标回波指示符号、射击准备就绪的符号、火控系统出现故障的符号等信息。
(2) 激光测距仪
该装置由休斯飞机公司研制,其中采用了Nd:YAG激光器、低成本的染料片Q开关、高灵敏度的低压硅雪崩光电二极管探测器和大规模集成电路,因而体积小、重量轻、成本低,可以与炮长主瞄准镜和热成像瞄准镜合为一体。激光测距仪可以测量200~7990m之间的目标距离。
当所测量的目标距离在200~4000m之间时,距离数据自动输入火控计算机,进行弹道计算,同时也显示在炮长主瞄准镜的目镜视场中。当测量距离在4010~7990m时,因距离超出了火控计算机的计算距离,距离数据不自动输送给火控计算机,仅显示在目镜中。激光测距仪采用首/末脉冲抑制假目标回波,当瞄准镜目镜中出现多目标回波符号的显示时,炮长通过选择开关,可选择首脉冲回波的距离或末脉冲回波的距离自动输入计算机并显示在目镜中。激光测距仪内装有自检电路,可对各部分的故障进行自检。
(3) 热成像瞄准镜
该装置由休斯飞机公司研制,作用距离可达1200m。它采用微型通用组件,与M60系列坦克上的AN/VSG-2型热成像瞄准镜通用的组件有扫描装置、热成像探测器、杜瓦瓶、致冷器、前置放大器、偏置稳压器、辅助控制器、倒像器、末级放大器等。该瞄准镜增加的微型组件有后置放大器、低速和高速多路调制器、阴极射线管显示器等。火控计算机 该计算机由加拿大计算设备公司(Computing Devices Company)研制和生产,系全自动的数字式火控计算机,它接收来自传感器、键盘和其他有关装置输入的数据,并通过火炮及瞄准镜伺服子系统输出数据,功能较强,在火控系统中起核心控制作用。其中央处理器采用得克萨斯仪器(Texas Instruments)公司的TISBP 9900型16位微处理机,存储器由半导体只读存储器和随机存取存储器组成,存储容量为6000字,为适应未来的要求,存储容量还可以扩大。
二、火控计算机
计算机采用坦克炮进行实时火控计算通用的点质量弹道模型进行计算,弹道的解算采用非迭代的多项式解算法。通过控制面板的键盘人工输入计算机的数据有气温、气压、芭温、炮膛磨损、弹种选择、炮轴线与瞄准线的校准、归零、炮口偏移校正、战斗瞄准距离;由自动弹道传感器自动输入计算机的数据有距离、目标角速度、倾斜和横风。计算机控制面板除用作上述人工输入数据外,还可用于控制和自检,它由键盘、数字显示器、控制开关和指示器组成。键盘分为控制键和数字键两种,用来人工输入所需的全部弹道修正数据,由传感器自动输入的弹道数据也可改为用人工输入。数字显示器可显示计算机存储的数据和用数字键输入的数据。控制开关用来在校准、归零或用炮口校正传感器校正时,向上或向下、向左或向右移动炮长主瞄准镜的分划。
三、弹道修正传感器
(1) 横风传感器 采用离子漂移式横风传感器自动测定横风速度。
(2) 倾斜传感器 采用安装在炮塔顶部中央的摆式倾斜传感器,自动测定车体的静态倾斜。
(3) 炮口校正传感器 该传感器通过安装在炮口的反射镜为弹道计算机提供炮口瞄准线和炮管轴线之间夹角的变化量,以便由弹道计算机进行修正。
火炮稳定和伺服系统 瞄准线稳定系统通过稳定瞄准镜的头部反射镜来稳定炮长瞄准镜的瞄准线。
火炮稳定和伺服系统
火炮的稳定通过高低向稳定火炮、方位向稳定炮塔来完成。
火炮高低和方位稳定分别采用安装在火炮上和炮塔壁上的速率陀螺仪来实现,这两个速率陀螺也同时作为目标高低和方位角速度传感器。电液式火炮和炮塔的稳定和伺服系统是美国卡迪拉克·盖奇公司(Cadillac Gage Co.,)研制和生产的,稳定性好,调速范围宽,可快速捕捉目标和精确地慢速跟踪目标。
该火控系统控制105mm火炮(改进型为控制M1A1坦克的120mm火炮)和7.62mm并列机枪的瞄准和射击,有正常工作、紧急工作和人工工作3种工作方式。正常工作方式是该火控系统的主要工作方式,系炮长用主瞄准镜拦截目标时使用。以这种方式工作时,瞄准镜在高低向独立稳定,火炮和炮塔分别在高低和方位向独立稳定,火炮随动于瞄准线,火炮的高低和方位提前角受火控计算机控制,系统以指挥夜方式工作,可以在坦克行进间射击目标时使用。应急工作方式是一种辅助工作方式,用于坦克静止时射击目标。以这种方式工作时,瞄准镜、火炮和炮塔均不稳定,炮长或车长操纵控制手柄控制火炮和炮塔转动。当火控计算机解算出火炮瞄准角和方位提前角并控制炮长主瞄准镜的分划偏离目标时,炮长必须操纵控制手柄,控制火炮使瞄准镜分划再次瞄准目标,这是扰动式控制方式。
人工工作方式是当火控系统出现故障时由炮长用来从静止坦克上使用辅助瞄准镜拦截目标的一种工作方式。这种工作方式不用电液式驱动系统来驱动火炮和炮塔,而用人工通过操纵高低手柄和方位手柄来手动驱动火炮和炮塔的转动。射击运动目标时,提前量由人工加入炮长辅助瞄准镜。
为了降低成本,该系统采取了以下一些措施:
(1) 只配备独立的炮长主瞄准镜,无独立的车长主瞄准镜,车长主瞄准镜是炮长瞄准镜上延伸的一望远镜。(2) 炮长主瞄准镜仅在高低向独立稳定,方位向不稳定。这咱单向独立稳定的炮长主瞄准镜虽然稳定精度不如双向稳定的豹2坦克主瞄准镜高,但结构简单、成本低。(3) 减少配用的自动弹道传感器。该火控系统仅配4个主要的弹道传感器,其中倾斜、横风、目标角速度传感器(由火炮和炮塔稳定系统的速度陀螺兼任)为自动弹道传感器,所测的数据自动输入弹道计算机,而炮口校正传感器是半自动弹道传感器,校正量手动输入弹道计算机。除上述参数之外,其他弹道修正参数如气温、气压、药温、炮膛磨损等则由炮长手动输入弹道计算机。(4) 火控系统的各组成部件也采取了降低成本的措施,例如用16位微处理机作火控计算机;激光测距仪采用染料片Q开关和大规模集成电路;热成像瞄准镜采用电子多路传输技术和阴极射线管显示,这样火控计算机产生的符号、目标数据和其他数据可直接投射进去,并且计算机控制瞄准线的移动,成本也较低。
炮长主瞄准镜 (与激光测距仪和热像仪组合)
炮长主瞄准镜
类型 高低向独立稳定瞄准线的单目潜望式
昼用系统
放大倍率 3×、10×
视场 22°、6.5°
夜视系统 (热像仪)
夜视系统
放大倍率 3×、10×
视场 7.7°/15°、2.6°/5°
特点 低速并行扫描、电子多路传输、阴极射线管显示
激光测距仪 工作物质 Nd:YAG
激光测距仪
波长 1.06μm
峰值输出功率 6.2MW
光束散度 0.45mrad
脉冲宽度 8ns
重复频率 30次/min
Q开关 染料片
接收元件 低压硅雪崩光电二极管
测距范围 200~7990m
测距精度 ±10m
距离分辨率 15m
距离逻辑 首/末脉冲
平均无故障间隔时间 1800h
示方法 在车、炮长主瞄准镜目镜中
炮长辅助瞄准镜 类型 望远式
炮长辅助瞄准镜
放大倍率 8×
视场 8°
车长主瞄准镜 类型 不独立、炮长主瞄准镜的光学延伸
车长主瞄准镜
放大倍率 3×
火控计算机 类型 数字机,中央处理机为16位微处理机
火控计算机
存储器容量 6000字
自动输入量 距离、倾斜、横风、目标角速度
手动输入量 气温、气压、药温、弹种、 炮膛磨损、炮口校正、战斗瞄准距离
计算距离 200~4000m
尺寸和重量
电子装置 10×23×33(cm),12kg
计算机控制面板 8×18×30(cm),5kg
电压 直流24±6V
功耗 50W
环境温度范围 -32~+60℃
耐冲击性
基本的 30g,11ms
射击时 100g,1.0ms
高强度 950g,0.5ms
耐振动性 4g,50Hz1g,50~500Hz
平均无故障间隔时间3000h
火炮/炮塔驱动系统 类型 电液式
火炮/炮塔驱动系统
最大回转速度 高低、方位均为45°/s
最小跟踪速度 高低、方位均为0.25mrad/s
坦克火控系统从问世至今,大体上可以分为4代。第一次世界大战末期装备的第一代坦克火控系统只配有简单的光学瞄准镜。这种光学瞄准镜用视距法测距,即如果目标的高度或宽度已知,那么就可通过它在瞄准镜视场中所占的mrad分划数估算出或直接读出目标距离,接着就可装定瞄准角。用这种方法,在900m时,则命中率显著下降。一些坦克的应急工作方式仍然采用这种方法。
50年代装备的第二代坦克火控系统在原光学瞄准镜的基础上增配了体视式或合像式测距仪和以凸轮等为函数部件的机械式弹道计算机,性能比第一代有了明显改进,在1300m距离内,射击标准目标的首发命中率为50%。
60年代初期装备的第三代坦克火控系统由光学瞄准镜、光学测距仪和机电模拟式弹道计算机组成,并且开始配用了一些弹道修正传感器。这种火控系统在1400m的距离内原地对固定目标的首发命中率为50%。
上述3代坦克火控系统的缺点是不能预测运动目标的射击提前角,因此不能射击运动目标,而且由于没有一种比较理想的测距仪器,命中率比较低。随着激光技术的出现和发展,出现了激光测距仪。激光测距仪是一种精度高、操作简易、快速的测距仪器,与火控计算机等组合成的火控系统是提高坦克火炮命中率的重要途径。因此,美国休斯飞机公司(HughesAircraftCo.)从1965年底,试验用的样机研制成功,定名为柯贝达(Cobelda),后来改名为萨布卡(SABCA)。休斯飞机公司根据从该火控系统中所获得的经验,正式为M60A3坦克设计了带激光测距仪的综合火控系统,主要由测瞄合一的车长激光测距瞄准镜、炮长昼夜瞄准镜、数模混合式火控计算机、目标角速度测量装置以及各种弹道修正量传感器组成,能在坦克短停时射击固定或运动目标。自动输入火控计算机的修正量有炮耳轴倾斜、横风和目标角速度,人工装定的修正量有气压、气温、药温、炮膛磨损和弹种等。在2000m的距离内,原地对固定目标射击时火控系统的首发命中率为90%。
进入70年代后,世界各国都相当重视坦克火控系统的现代化。不少国家研制成功并装备了综合坦克火控系统。
10多年来新发展的坦克火控系统,一部分是为了改装现装备的老式坦克而设计的,一部分是为新研制的坦克而设计的。尽管这些新发展的火控系统在总体结构、瞄准控制方式和性能数据上各有差异,但是所采用的技术却有许多共同或相似之处,反映了坦克火控系统的发展动向。对新型坦克装备的火控系统的基本要求如下:
· 快速发现、捕获和识别目标;
· 反应时间短;
· 远距离射击首发命中率高;
· 坦克行进间能射击固定或运动目标;
· 全天候和夜间作战能力强;
· 操作简便,可靠性高;
· 配有自检系统,维修简便;
· 具有较高的效费比。
· 对改装老式坦克用的火控系统的基本要求如下:
·在与老式坦克性能相匹配的前提下,基本上满足现代先进坦克火控系统的某些要求;
· 安装简单迅速,通用性好,既适用于西方国家制造的老式坦克,也适用于苏制T系列坦克;
· 坦克改动量小,改装成本低;
· 可靠性高,操作和维护简便;
· 功耗低,尽量利用车辆上原有的电源;
· 体积小,不过多地占用坦克炮塔内的有效空间。
现代坦克火控系统一般由光电观瞄设备、火控计算机、弹道修正量传感器以及火炮稳定和控制系统等组成。
光电观瞄设备 现代坦克火控系统的光电凤瞄设备通常包括昼用光学瞄准镜和夜视仪器。对一个完善的坦克火控系统来说,车长和炮长都单独配有光学主瞄准镜和辅助瞄准镜。炮长主瞄准镜采用望远式或潜望式两种结构,基本上都与激光测距仪和夜高仪器组合,构成测瞄合一或昼夜合一的结构,日益增多的观瞄设备为昼、夜、测距三合一结构。车长主瞄准镜多用周视潜望式结构。为了提高搜索、识别和跟踪目标的能力,车长和炮长主瞄准镜通常采用变倍物镜和大口径物镜。低倍率、大视场用于战场监视和搜索目标;高倍率、小视场用于识别、跟踪和瞄准目标。
光电观瞄设备
为了提高瞄准精度和操作简便,现代坦克火控系统的车长和炮长瞄准镜还配用了阴极射线管和其他电子装置,能将弹道瞄准标记、激光测距仪测得的距离数据以及准直调整。
70年代以前,坦克夜视仪器通常采用主动红外装置,隐蔽性不好,容易被敌方发现,成为攻击的目标。70年代以来采用了微光夜视仪(包括一代和二代像增强器)和微光电视。在星光条件下,两者对坦克的作用距离都可达到1000m以上。80年代初,第一代被动热像仪开始装备在如M60A3、M1和豹2等坦克上。微光夜视仪在无月光、星光夜晚的作用距离受到限制,并受烟雾影响,还不能发现伪装目标。热像仪除了克服微光夜视仪的上述缺点外,还有可能根据目标的热特征而实现自动跟踪目标。大多数热像仪所用的探测器材料为碲镉汞,工作波段为8~14μm,对坦克的识别距离可达2000m以上。例如安装在比利时LRS-5型坦克火控系统中的TTS型坦克热像仪,对坦克的发现距离是4~5km,对坦克的识别距离是2~2.3km。
火控计算机 火控计算机是现代坦克火控系统的核心部件,主要功能是根据弹道修正量传感器自动输入的和人工装定的各种弹道参数,求解弹道和射击提前角方程,并自动将射角和方位角信息传送给瞄准镜以及火炮伺服系统。火控计算机从问世至今,大体上有机械模拟、机电模拟、全电子模拟、数模混合式和数字式5种类型。现代坦克火控系统除少数采用模拟式和数模混合式外,大部分采用数字机,而这些数字机中大多数是微型计算机。由于坦克内的空间有限,要求整个火控系统的体积小、功耗低,因而使用微型计算机非常合适。采用微型机可使火控系统实现模块化、可靠性高、便于快速检修,微型机的成本也比较低。由于以上这些优点,采用微型机的火控系统很多,而且会越来越多。
火控计算机
现代坦克火控系统一般至少可计算4个弹种的射击诸元,最大计算距离一般为4000m弹道计算精度一般为0.1mrad①,用脱壳穿甲弹对距离1500m、2.3×2.3(m)的运动目标射击,能使首发命中率达到80%以上。
弹道修正传感器 为了提高弹道计算精度和首发命中率,现代坦克火控系统除用测距仪测距外,还采用了目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、弹种、定起角、炮口偏移、弹丸偏流、视差、气温、气压、炮膛磨损、药温等修正量。从理论上讲,配用的修正量传感器越多,自动化程度越高,命中率也越高,但随之成本增高,发生故障或遭到损坏的可能性增大。因此不一定传感器越多越好,譬如第一批豹2上装有很多修正量自动传感器,而第二批豹2坦克上不再安装气象传感器,气温、气压、药温由人工装定。
弹道修正传感器
现代坦克火控系统所配用的自动修正量传感器大体有3种情况。
第一种情况是配有一、二种自动传感器,如日本74式坦克火控系统只配有距离传感器(激光测距仪),其他如药温、炮耳轴倾斜、炮膛磨损、视差等弹道修正量都是手动输入。
第二种情况是配有许多自动修正量传感器。如比利时萨布卡坦克火控系统,除弹种手动输入外,配有距离、目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、气压、气温、药温等多种自动传感器。联邦德国的综合坦克火控系统和莱姆斯塔(LEMSTAR)坦克火控系统除人工输入弹种、炮膛磨损外,配有距离、目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、气温、气压、药温等多种传感器。
第三种情况是配有距离、目标运动角速度、炮耳轴倾斜,或再加上横风传感器,其他修正量由人工输入,属于这种情况的火控系统数量最多,如美国的M60A3、M1、英国的IFCS等。它的优点是系统不太复杂、成本不太高,但又反一些最重要的和随时可变、不便于手动输入的修正量用自动传感器输入,而药温、气温、气压和炮膛磨损等在作战前有充分的时间预先人工输入。即使系统不过于复杂,又保证了首发命中率高的要求。
激光测距仪是现代坦克火控系统的一种最好的距离传感器。它的测距精度高,而且与测程的远近无关;测距迅速;距离数据可以直接以数字显示并传送给火控计算机;激光的光束窄,因而角分辨率高,不易受地物杂波的影响和对方的干扰;激光测距仪的体积小、重量轻;操作和训练简便。这些独特的优点满足了现代坦克火控系统对距离传感器的要求,成为组成现代坦克火控系统必不可少的部件。多次的实际射击试验也证明,坦克火控系统配用激光测距仪后,首发命中率可提高到80%以上。特别是远距离射击时,首发命中率的提高更显著。
坦克激光测距仪从问世到现在已经发展了两代。目前正在发展第三代——CO2激光测距仪。现代坦克火控系统除少数还装备第一代——红宝石激光测距仪,如美国M60A3坦克和日本74式坦克,其他绝大多数都装备了第二代——钕激光测距仪,其中多数用Nd:YAG激光器,少数用钕玻璃激光器。与红宝石激光测距仪相比,钕激光测距仪的优点是发射1.06μm的近红外光,隐蔽性好,其他优点还有耗电少、效率高、轻小等。激光测距仪的测程约为200~10000m,测距精度约为±5m或±10m,束散为0.5~1mrad,脉冲重复频率为每分种几次到几十次。
激光测距仪除极少数因改装老式坦克需要而采取测瞄分离的结构之外,绝大多数都与炮长主瞄准镜或车长主瞄准镜组合成一体,构成测瞄合一的结构。
抑制假目标回波是激光测距仪中一项重要的技术问题,关系到测距数据是否可靠,从而直接关系到首发命中率的问题。现采用以下方法抑制假目标回波:
· 用距离选通法抑制最小选通距离以内的假目标,最小选通距离由操作手装定;
· 存储并显示多个目标距离数据,供炮长或车长进行判断选择;
· 用首末脉冲距离逻辑电路抑制假目标回波;
· 偏振分辨法,即利用目标反射光与微粒(如烟、雾)散射光偏振性能不同来抑制假目标回波,这种方法要求激光器输出平面偏振光,并且在接收器前要加检偏器。
除上述方法外,有的坦克激光测距仪还采用一些辅助方法来验证激光测距仪所测距离是否正确,如英国ICS火控系统中所用的激光测距瞄准镜用大小与距离成反比的椭圆瞄准光环来验证所测距离是否是目标的距离。
现代坦克火控系统常用的目标角速度测量装置主要有速度陀螺、测速电机和光电编码器3种,只要测出瞄准镜或火炮跟踪目标的角速度就测出了目标的角速度。瞄准镜上安装的速度陀螺是瞄准镜稳定系统的一个部件,此外还兼作目标角速度传感器。
常用的炮耳轴倾斜传感器有摆式和垂直陀螺等。垂直陀螺适用于行进间测量炮耳轴倾斜,比较先进的坦克火控系统(如豹2和比利时的通用坦克火控系统)一般采用这种装置。
横风传感器有被电流加热的热敏电阻式、螺旋桨式和球式几种。
炮膛磨损修正量采用数字逻辑电路,其原理是将每种弹等效的磨损系数与已发射过的每种弹的数量的乘积累加起来,就形成了炮膛的等效总磨损量。炮膛磨损也可人工装定。
火炮与瞄准线稳定与伺服系统 现代战争要求坦克具有行进间射击或行进间短停射击目标的能力,这就必须配备火炮稳定和瞄准线稳定系统。稳定系统的发展大体上经历了3代。前两代稳定系统主稳定火炮,瞄准线随动于火炮。
火炮与瞄准线稳定与伺服系统
第一代稳定系统叫做双陀螺稳定系统,在高低和方位稳定系统中每套只有1个速度陀螺,用来传感火炮和炮塔的角速度,此信号经放大后来控制火炮伺服系统,起到稳定火炮的作用。这种稳定系统可以在行进间粗略稳定火炮,但不能行进间射击,要求射击前短停精确控制火炮。
第二代稳定系统又称为4陀螺稳定系统。即在火炮高低和方位伺服控制回路中各包括两个陀螺。一般来说,一个是位置陀螺(3自由度陀螺),一个是速度陀螺(2自由度陀螺)。速度陀螺在有的系统中提供扰动变量前馈控制信号(如豹1A3),有的起速度反馈作用(如T-62坦克)。第二代系统比第一代系统反应迅速、稳定精度高,火炮能在行进间瞄准,射击前短停的时间比第一代可缩短一些,但仍不能行进间射击。
第三代稳定系统是独立稳定瞄准线的指挥仪式系统。这种系统与瞄准控制方式中的指挥仪式坦克火控系统系同一种系统。
稳定系统也伺服控制系统是紧密结合在一起的,两者的大部分部件都是共用的。稳定和伺服控制系统有电液式和电动式两种类型。美国、联邦德国和法国装备的坦克基本上都是电液式的,而英国的是电动式的,苏联坦克稳定器在高低向是电液式的,方位向是电动式的。美国卡迪拉克·盖奇(CadillacGage)公司生产的电液式稳定系统为美国M47、M48、M60坦克以及联邦德国和比利时装备的豹1坦克所采用。英国的炮控稳定系统都是全电动式的,而且都由马可尼雷达(MarconiRadar)公司生产,包括用于奇伏坦坦克的GCENo.7双向稳定系统,用于改装逊邱伦的GCE576或GCE581系统以及用于维克斯MK3坦克的GCE620炮控稳定系统,这些系统的末级功率放大装置都是电机放大机。马可尼雷达公司又为蝎式、狐式等轻型坦克研制成功了PD700型炮塔和火炮电力驱动系统,采用可控硅功率放大器作为末级功率放大器,优点是快速回转和慢速平滑跟踪性能优良、效率高、耗电少、工作时噪声小。
采用全电动系统的坦克越来越多,如法国的AMX勒克莱尔、日本的90式、以色列的梅卡瓦3、巴西的EE-T1等,联邦德国的下一代主战坦克KPz2000也打算采用。全电动系统的主要优点是安全性好(无液压油,不易着火)。
瞄准线稳定和控制系统采用的是小功率电气伺服控制系统。
坦克火控系统大体采用扰动式、非扰动式和指挥仪式3种瞄准控制方式。采用扰动式的主要有英国的IFCS、SFCS600火控系统和美国的M60A3、日本的74式坦克火控系统等。采用非扰动式火控系统的如瑞典的IKV-91坦克火控系统、E型坦克火控系统、比利时的萨布卡火控系统、联邦德国的综合坦克火控系统等。指挥仪式火控系统在美国的M1、联邦德国的豹2、日本的90式、法国的勒克莱尔、意大利的C1、以色列的梅卡瓦3型等坦克上得到广泛应用。
扰动式 在扰动式火控系统中,瞄准镜与火炮用平行四边形(也称四联杆)机构连接,瞄准线和炮轴线是平行的。当炮长用手控装置调转火炮时瞄准镜就随动于火炮,因此炮长可以通过瞄准镜捕获和跟踪目标,并且在跟踪过程中测定目标距离和角速度。火控计算机根据输入的目标距离、角速度、倾斜角和各种弹道修正量,计算出射击提前角,然后将信号传输给瞄准线偏移装置,使瞄准线产生偏移。其偏移量相应于射击提前角,偏移方向和火炮运动方向相反。当炮长发现瞄准线偏离目标后,就用手控装置调转火炮使偏离的瞄准线重新对准目标。这时火炮就调转到提前位置上,可以进行射击。这个从“偏移”到“重新对准”的过程,叫做扰动过程。这种瞄准控制方式称为扰动式。
扰动式火控系统又分为扰动式手动调炮和扰动式自动调炮两种。在扰动式手动调炮的火控系统中,火控计算机算出的射击提前角只传输给瞄准镜,不传输给火炮。炮长需要用手控制装置调转火炮,使弹道瞄准标记重新压住目标。在扰动式自动调炮的火控系统中,火控计算机算出的射击提前角不但传输给瞄准镜,而且通过按压自动瞄准开关同时传输给火炮。扰动手动调炮的典型例子是英国的SFCS600火控系统,扰动式自动调炮的典型例子是英国的IFCS火控系统。
扰动式火控系统的主要优点是结构简单,成本低,比较适合于改装老式坦克;缺点是系统反应时间较长、容易产生滞后,操作难度与大一些。但是这些缺点在扰动式自动调炮火控系统中都得到不同程度的克服。
非扰动式 在非扰动式火控系统中,火控计算机算出的射击提前角同时传输给瞄准镜和火炮传动装置,使火炮自动调转到提前位置上,而瞄准镜传动装置则控制瞄准镜朝相反方向转动同样的角度。由于瞄准线和炮轴线同时受射击提前角信号控制,朝相反方向移动,所以瞄准线和目标之间的相对运动速度等于零,这样瞄准线就能始终保持对准目标,看不出扰动的过程。非扰动式火控系统的主要优点是结构不太复杂、系统反应速度快和跟踪平稳性好。
扰动式和非扰动式火控系统的共同缺点是由于瞄准线没有独立稳定,即使火炮稳定了,但由于火炮质量大,难于达到很高的稳定精度;由于火炮和瞄准镜机械连接,火炮的不稳定因素容易影响瞄准线的瞄准精度,使火控系统的动态精度受影响,因而使这两种火控系统不能完全满足进行间射击的要求,仅适于短停射击。
指挥仪式 为了提高行进间射击精度,研制的新型主战坦克多数采用指挥仪式火控系统。它的基本特点是瞄准镜与火炮分开安装,火炮和瞄准镜都是独立稳定的。炮长用手控装置驱动瞄准镜,使瞄准线始终保持对准目标。火炮不是由炮长驱,而是通过自同步机(或旋转变压器)及火炮伺服系统随动于瞄准线。火控计算机所算出的射击提前角不传输给瞄准镜传动装置,只传输给火炮和炮塔伺服系统。这样火炮就可调转到提前位置上,而瞄准镜仍然保持跟踪目标。指挥仪式坦克火控系统通常配有火炮允许射击电路,当火炮调转到提前位置上时该电路向炮长显示火炮已经到位,可以实施射击。
指挥仪式坦克火控系统大体上有以下3种类型:(1)炮长和车长瞄准镜都配有独立的双向稳定装置;火炮也配有双向稳定装置,既可随动于炮长瞄准镜又可随动于车长瞄准镜,如豹2坦克火控系统。(2)炮长瞄准镜独立稳定,车长瞄准镜不配稳定装置,火炮只能随动于炮长瞄准镜而不能随动于车长瞄准镜,如美国M1坦克火控系统。(3)仅独立稳定车长主瞄准镜,炮长主瞄准镜不稳定。火炮只能随动于车长瞄准镜,不能随动于炮长瞄准镜,如英国的AFCS火控系统和法国柯斯达克坦克火控系统。
指挥仪式火控系统的优点是系统反应时间短、行进间射击精度高和操作比较容易。缺点是结构复杂、成本高。
联邦德国的豹2坦克火控系统是目前已装备的最完善的火控系统,现将各国已装备、即将装备或已研制成功的比较先进的坦克火控系统与豹2坦克火控系统进行比较。法国勒克莱尔坦克火控系统、意大利OG14L3坦克火控系统(装备于C1坦克)和豹2坦克火控系统所采用的主要技术是很近似的,都采用了已成熟的目前所能达到的最先进的技术。勒克莱尔还采用了上表所列以外的一些新技术,例如火控系统由共用1条数据总线的多微处理机系统来控制并进行检测。另外,还准备在首批200辆坦克生产之后采用一些改进措施,如全天候目标自动跟踪器、激光报警器、激光风速仪、话间操作控制器等。
为了降低成本,美国的M1坦克炮长瞄准镜只在高低向独立稳定,方位向不稳定,而且车长不单独配用瞄准镜,车长瞄准镜是炮长主瞄准镜的光学延伸,由于采取了这些措施和其他一些降低成本的措施,使M1坦克火控系统的成本实际降低到坦克总成本的20%,比原来规定的23%还要少。但性能上也受到一些影响,实验表明:M1坦克的射击精度比豹2坦克的稍差。
所列的其他坦克火气象系统也主要从降低成本考虑,车长瞄准镜不进行双向独立稳定。
比较坦克火控系统所配用的夜视仪器可以看出,有些国家如中国、苏联、瑞典等国的火控系统配有微光夜视仪,未配备热像仪。如上所述,热像仪比微光夜视仪具有较多的优点,所以用热像仪来取代微光夜视仪将是这些火控系统有待改进的一个方面。英国的挑战者坦克炮长瞄准镜不独立稳定,因此它采用的瞄准控制方式是扰动式(自动调炮)的。其反应时间比指挥仪式的要长一些。
坦克火控系统的发展趋势如下:
测距仪 现在大多数国家的坦克火控系统都采用了Nd:YAG激光测距仪。今后的发展方向是发射10.6μm波长激光的CO2激光测距仪。这种测距仪具有对人眼的安全性好、穿透战场烟雾能力强、与工作在8~14μm波段的热像仪具有很好的兼容性等优点。因此,很多国家都很重视对它的研究,估计90年代将有可能将CO2激光测距仪装备到坦克上。
坦克火控系统中还出现了一种新的激光测距仪,这就是在联邦德国的MOLF坦克火控系统中已采用的喇曼(Raman)频移Nd:YAG激光测距仪。它是豹2坦克现用的CE628型激光测距仪的进一步发展,在原来的Nd:YAG激光器中加了1个喇曼频移盒,利用喇曼效应,激光器的波长由1.06μm频移到1.5μm,这种波长的激光不会损伤人的眼睛。
光电观瞄设备 在好天候条件下,将继续使用光学瞄准镜搜索和跟踪目标。夜间观瞄装置采用热像仪的越来越多。热像仪在性能上比像增强技术好,有些原装备微光夜视仪的火控系统也纷纷用热像仪进行改装。有些国家已着手研制第二代凝视焦平面阵列热像仪。
还有一种独特的夜视设备就是带热点探测器的微光电视,热点探测器将探测到的目标位置以红色闪烁光点准确地指示出来,并迭加到微光图像上。由于有热点探测器,因此不论环境照明条件如何,可以发现远距离的目标和低对比度及伪装的目标。而且由于使用了微光电视,因此在识别目标时有较高的分辨率。
为了提高坦克在夜间、雨、雪、浓雾和深烟条件下的全天候作战能力,发现目标并向火控计算机提供可靠的目标位置数据,并便于实现自动跟踪,未来有些坦克火控系统将可能采用毫米波雷达。美国已研制了斯塔特尔(ATSRTLE)坦克火控系统,采用了频率为94GHz的毫米波雷达,并装在M60A3坦克上进行了试验。
火控计算机 80年代新装备的坦克火控系统几乎一致地都采用数式火控计算机,而且绝大多数是微处理机。随着计算机软、硬件技术的不断发展,微处理机系统的成本不断降低,在坦克内采用共用总线的多微处理机系统是一种发展趋势。在这种系统中,通过数据总线,坦克乘员能获得坦克所有子系统的数据。例如,车长可象驾驶员一样方便地知道燃料箱里还剩下多少燃料。这种系统结构的另一个优点是可以提高系统的可靠性,当一台微处理机发生故障时,系统可以重新编排结构,工作正常的微处理机可以代替有故障的微处理机的工作。
弹道修正传感器 除了如目标角速度、炮耳轴倾斜、气温、气压等传统的弹道传感器仍在继续发展外,还出现了一些新的弹道修正传感器。
弹道修正传感器
国外近斯发现坦克炮射击的重要误差来源是炮口的运动,炮口运动是由火炮的快速连续射击及环境条件的改变所引起的。根据美国所作的实验表明,安装炮口校正装置,可将炮口偏移误差从几mrad,降至0.1mrad,从而大大提高火炮的射击精度。美国已研制成精度为±0.03~0.1mrad,频率响应为5kHz的炮口校正系统。法国第三代坦克勒克莱尔也将采用炮口校正装置。
美国陆军正在进行激光测量风速的研究工作,已研制出了小型化的实验装置。激光器发射单频激光,激光遇到风载微粒向后散射,产生多普勒频移信号,利用外差探测法进行检测,从而测出风速。法国的勒克莱尔坦克也将采用激光风速仪。
为了充分发挥采用微处理机的数字式火控系统的优点,正在发展一些新的数字式弹道自动修正传感器,这样可以省掉一些模数转换装置,从而降低火控系统的复杂性和成本。
瞄准控制方式 由于指挥仪式火控系统具有行进间射击精度高,反应时间短,操作比较容易等优点,各国比较先进的新型坦克多数采用这种瞄准控制方式。预计在今后相当一段时间内,指挥仪式火控系统仍然是各国发展新坦克火控系统的主流。与此相适应,则发展高精度的稳定系统,如法国勒克莱尔的炮长主瞄准镜的稳定精度达到0.05mrad。
自动跟踪技术 自动跟踪技术可以减轻炮长的工作负担,缩短系统的反应时间,消除车体不稳定和人工跟踪不稳定所带来的误差,提高跟踪精度。因此也是今后坦克火控系统发展的热门课题之一,实现自动跟踪可借助于毫米波雷达、激光雷达、电视自动跟踪和热成像自动跟踪等技术。
嵌入式智能平台 坦克火控系统是控制坦克武器(主要是火炮)瞄准和发射的系统,用以缩短射击反应时间,提高首发命中率。按瞄准控制方式分类,现代坦克火控系统可分为扰动式、非扰动式和指挥仪式三类。火控系统从问世至今,大体上可以分为四代。
嵌入式智能平台
第二次世界大战末期装备的第一代坦克火控系统只配有简单的光学瞄准镜。这种光学瞄准镜用视距法测距,即如果目标的高度或宽度已知,那么就可通过它在瞄准镜视场中所占的分划数估算出或直接读出目标的距离。这种火控系统在900米内,原地对固定目标的首发命中率为50%。
由于用视距法测距,当距离超过900米时坦克的命中率会显著下降,因此,20世纪50年代装备的第二代坦克火控系统在原光学瞄准镜的基础上增配了体视式或合像式测距机和以凸轮等为函数部件的机械式弹道计算机,性能比第一代有了明显提高,在1300米距离内射击标准目标的首发命中率为50%。
20世纪60年代初期装备的第三代坦克火控系统由光学瞄准镜、光学测距机和机电模拟式弹道计算机组成,并开始配用了一些弹道修正传感器。这种火控系统在1400米的距离内原地对固定目标的首发命中率为50%。美国在M60A1坦克上率先使用了这种火控系统。
进入20世纪70年代后,世界各国都相当重视坦克火控系统的现代化。20世纪90年代出现的主战坦克,其火控系统不仅采用了数字式弹道计算机、敌我识别系统、目标自动瞄准和跟踪系统,而且还采用了战场战斗管理系统等。这样,敌方的状况、射击的数据、我方的情报等,不仅是一辆坦克内的所有乘员,而且同一部队的坦克之间都能共享。因此,不光是一辆坦克,而且整个部队的情报能力都有一个划时代的飞跃。这些火控系统已具备了第五代的特征。
该火控系统是为国产某式主战坦克研制的新型火控系统。该系统与车长的昼/夜潜望镜有一个接口,使得车长能超越炮长进行控制或回转炮塔以对付不同的目标。