嵌入式智能平臺在坦克火控系統當中的應用

第二次世界大戰末期裝備的第一代坦克火控系統只配有簡(jiǎn)單的光學(xué)瞄準鏡。這種光學(xué)瞄準鏡用視距法測距，即如果目標的高度或寬度已知，那么就可通過(guò)它在瞄準鏡視場(chǎng)中所占的分劃數估算出或直接讀出目標的距離。這種火控系統在900米內，原地對固定目標的首發(fā)命中率為50%。

由于用視距法測距，當距離超過(guò)900米時(shí)坦克的命中率會(huì )顯著(zhù)下降，因此，20世紀50年代裝備的第二代坦克火控系統在原光學(xué)瞄準鏡的基礎上增配了體視式或合像式測距機和以凸輪等為函數部件的機械式彈道計算機，性能比第一代有了明顯提高，在1300米距離內射擊標準目標的首發(fā)命中率為50%。

20世紀60年代初期裝備的第三代坦克火控系統由光學(xué)瞄準鏡、光學(xué)測距機和機電模擬式彈道計算機組成，并開(kāi)始配用了一些彈道修正傳感器。這種火控系統在1400米的距離內原地對固定目標的首發(fā)命中率為50%。美國在M60A1坦克上率先使用

了這種火控系統。

進(jìn)入20世紀70年代后，世界各國都相當重視坦克火控系統的現代化。20世紀90年代出現的主戰坦克，其火控系統不僅采用了數字式彈道計算機、敵我識別系統、目標自動(dòng)瞄準和跟蹤系統，而且還采用了戰場(chǎng)戰斗管理系統等。這樣，敵方的狀況、射擊的數據、我方的情報等，不僅是一輛坦克內的所有乘員，而且同一部隊的坦克之間都能共享。因此，不光是一輛坦克，而且整個(gè)部隊的情報能力都有一個(gè)劃時(shí)代的飛躍。這些火控系統已具備了第五代的特征。

下面以研祥的嵌入式智能平臺為基礎講述嵌入式智能平臺在火控系統中的應用。該火控系統是為國產(chǎn)某式主戰坦克研制的新型火控系統。該系統與車(chē)長(cháng)的晝/夜潛望鏡有一個(gè)接口，使得車(chē)長(cháng)能超越炮長(cháng)進(jìn)行控制或回轉炮塔以對付不同的目標。

一、系統組成

(一)觀(guān)瞄設備

觀(guān)瞄設備包括晝、夜、測距三合一的穩定視場(chǎng)的瞄準鏡，包括主瞄準鏡、激光發(fā)射腔、激光電源和計數器、1×潛望進(jìn)鏡和微光瞄準鏡。它的功能是觀(guān)察戰場(chǎng)、瞄準和跟蹤目標;確定目標距離;確定目標高低和方位角速度。

它的特點(diǎn)有：

1.通過(guò)直接穩定視場(chǎng)的方法使炮長(cháng)能清楚地觀(guān)察戰場(chǎng)，容易瞄準，跟蹤平穩并能可靠地測量距離。

2.微光瞄準鏡、1×潛望鏡、激光發(fā)射腔等通過(guò)積木式設計方法與主瞄準鏡連接，這樣互換性好而且維修方便。

3.激光測距儀使用首/末脈沖邏輯技術(shù)，以便抑制假目標。

(二)彈道計算機

彈道計算機包括研祥產(chǎn)ESM-5510CLD計算機主體、控制面板和步進(jìn)電機驅動(dòng)器。

它的功能是：根據所選擇的彈咱、目標距離、所有自動(dòng)傳感器的輸出和手動(dòng)裝定的參數，計算武器的射角和方位提前角;顯示所有的輸入信號、中間結果和輸出的射擊諸元;自檢;當火控系統處于分劃自動(dòng)裝定工作方式時(shí)，瞄準鏡分劃由步進(jìn)電機驅動(dòng)器通過(guò)步進(jìn)電機自動(dòng)裝定。

它的技術(shù)特點(diǎn)有：武器射擊諸元用循環(huán)計算方式計算，以便提高首發(fā)命中率;由于采用大規模集成電路，彈道計算機的結構簡(jiǎn)單、性能穩定而且工作可靠;用一個(gè)射擊中斷開(kāi)關(guān)來(lái)快速檢查彈丸脫靶的原因。

(三)修正量傳感器

目標高低和方位角速度傳感器包含在瞄準鏡中。傾斜傳感器(垂直陀螺)用來(lái)測量炮耳軸的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)傾斜角。葉片式的橫風(fēng)傳感器(可任選)用來(lái)測量炮塔所處位置的橫風(fēng)。炮塔角速度傳感器(測速發(fā)電機式)用來(lái)測量在自動(dòng)裝定分劃工作方式時(shí)的目標方位角速度。

(四)火炮雙向穩定器

火炮雙向穩定器包括執行電機、陀螺儀組、轉換器、角度限制器、電磁離合器、自動(dòng)鎖定裝置、控制臺、測速發(fā)電機、電機放大機、放大器、配電箱、車(chē)體陀螺、炮塔陀螺、輔助油箱、液力增壓器和液壓動(dòng)力缸。火炮雙向穩定器的功能是：當坦克運動(dòng)時(shí)穩定火炮，并提供火炮射擊的機會(huì );炮長(cháng)或車(chē)長(cháng)可用它來(lái)驅動(dòng)火炮，并在射擊前使火炮自動(dòng)瞄準。

火炮雙向穩定器的技術(shù)特點(diǎn)是：通過(guò)使用復合控制和穩定的原理，使火炮雙向穩定器呈現出良好的火炮跟蹤性能和高的穩定精度;由于使用了先進(jìn)的部件和控制方法，該火炮雙向穩定器有良好的低速性能，并具有在傾斜的坦克上回轉火炮的能力。

(五)控制設備

控制設備的功能是：對視場(chǎng)穩定的測距瞄準鏡、彈道計算機和火炮雙向穩定器之間進(jìn)行電連接，綜合并處理所有的控制信號;形成火炮允許射擊信號;強迫火炮進(jìn)入允許射擊門(mén);顯示火控系統工作方式并輔助進(jìn)行火炮與瞄準線(xiàn)準直調整。

該火控系統的方塊圖如圖所示。

二、原理與特點(diǎn)

該火控系統有穩像式工作方式和自動(dòng)裝定分劃工作方式兩種。

(一)穩像式工作方式

炮長(cháng)控制工作臺以便驅動(dòng)瞄準線(xiàn)。瞄準鏡的位置信號輸入給火炮雙向穩定器，火炮的位置信號反饋回來(lái)與瞄準鏡的位置信號比較形成一個(gè)閉環(huán)，于是火炮跟隨瞄準線(xiàn)運動(dòng)。

當目標已被瞄準并已測量了它的距離后，彈道計算機根據下列數據循環(huán)計算武器的射擊諸元，這些數據是來(lái)自自動(dòng)傳感器的距離、目標相對角速度、炮耳軸傾斜、橫風(fēng)數據以及人工裝定的彈種、藥溫、氣溫、初速數據。計算好的射擊諸元與火炮位置信號進(jìn)行綜合。綜合后的信號輸入到火炮雙向穩定器，通過(guò)控制火炮來(lái)自動(dòng)控制火炮的射角和方位提前角。當火炮到達預定位置時(shí)，控制設備產(chǎn)生允許火炮射擊信號并將其傳送到火炮射擊電路。如果此時(shí)炮長(cháng)按下發(fā)射按鈕，則火炮就可立即射擊。

(二)自動(dòng)裝定分劃方式

此時(shí)，鎖定穩像陀螺，于是視場(chǎng)不再穩定。炮塔角速度傳感器產(chǎn)生目標的方位角速度信號。當瞄準目標并測定距離后，計算機只計算一次并產(chǎn)生射擊諸元信號，這些信號通過(guò)步進(jìn)電機驅動(dòng)器自動(dòng)裝定瞄準鏡中的環(huán)形分劃。當用環(huán)形分劃再次瞄準目標后，炮長(cháng)就可開(kāi)火。

該火控系統的特點(diǎn)有：瞄準鏡獨立穩定，具有較高的穩定精度，以便在坦克行進(jìn)中由炮長(cháng)觀(guān)察、瞄

準、跟蹤目標并測定目標的距離及目標相對運動(dòng)角速度;配有允許射擊門(mén)(即符合門(mén))使系統能自動(dòng)找準確的開(kāi)火時(shí)機;在戰斗環(huán)境中，由于射擊條件隨時(shí)都可改變，彈道計算機能循環(huán)計算并產(chǎn)生新的射擊諸元，不斷提供給火炮，可以提高首發(fā)命中率;自動(dòng)裝定射角和方位提前角而不擾動(dòng)瞄準線(xiàn)，火控系統操作簡(jiǎn)單，反應時(shí)間短，從發(fā)現目標到開(kāi)火大約只需6s;炮長(cháng)1×潛望鏡與微光瞄準鏡可互換;系統配有目標方位角速度、目標高低角速度、炮耳軸傾斜、橫風(fēng)4種自動(dòng)傳感器和藥溫、氣溫、初速、手動(dòng)裝定橫風(fēng)、手動(dòng)裝定距離以及在方位向和高低向的綜合修正6種手動(dòng)裝定參數，還可選擇多種彈種;火控系統可與原坦克的車(chē)長(cháng)晝/夜潛望式瞄準鏡接口，此時(shí)車(chē)長(cháng)可以超越控制調轉火炮到作戰方向;火控系統是指揮儀式的，使得坦克能在行進(jìn)中快速、準確地射擊運動(dòng)目標。