小口径火炮示踪瞄准火控系统设计

刘演龙，王 斌

(海装重庆局，重庆 400071)

小口径火炮主要用于抗击低空近距离目标，随着技术的发展，这些目标的机动性能和突防能力日益增强，呈现出飞行隐蔽性强、发现距离小、过航速度大，可射击时间短的特点。而传统火控系统大都采用前置法解命中问题，对目标运动规律的假定存在假定误差，对目标运动参数的平滑处理制约系统反应速度，难以适应现代防空作战之需要。因此，采用示踪瞄准原理构建新型单炮火控系统，对现行小口径火炮进行改造具有重要的现实意义。

1 示踪瞄准

示踪瞄准就是利用火控计算机连续计算火炮射击弹迹点(又称示踪点或热点)的位置，在平面显示器中显示一定数量弹迹点的连线(又称示踪线、热线或虚拟弹道)和符合特定条件的弹迹点(特征点)。炮手操纵火炮，控制示踪线和特征点的运动，使特征点向目标靠拢并最终压住目标，适时开火射击即可命中目标［1］。

2 示踪瞄准原理控制方案分析

目前，对小口径火炮采用示踪瞄准的研究大都采用原理控制方案，即武器线和瞄准线始终保持一致，控制方案如图1所示［2］。

炮手通过光学瞄准具和半透半反显示器观察目标和示踪点位置，利用单柄操纵杆控制火炮身管运动，使特征点向目标靠拢并最终压住目标，在特征点与目标图像将要重合的某一时刻开始射击，使与示踪线对应的弹道上确有真弹，当显示器上的目标图像与示踪点重合瞬间，真正的弹丸正好命中目标［3］

该方案具有结构简单的优点，但同时也存在以下问题:

①武器线和瞄准线始终保持一致，示踪线总是从瞄准镜中央十字线开始显示至最后一个点结束，瞄准镜视场只利用了一半;

②实际操作过程中，小口径高炮的前置角往往很大，最大可达30°以上，而显示器受整体结构制约不可能过大，因此常出现瞄准十字线对准目标后特征点显示于显示器之外的情况;

③整个操作过程均由炮手完成，炮手负担较重，且瞄准过程较慢，瞄准初期特征点围绕目标摆动较大，炮手需进行长期系统的训练。

如果借鉴传统单炮火控系统独立瞄准线控制技术，使火炮武器线偏离瞄准线一个提前角，则可从根本上解决上述问题。

图1 示踪瞄准原理控制方案图

3 示踪瞄准独立瞄准线控制方案

3.1 独立瞄准线原理

所谓独立瞄准线，就是当火炮转动角度ΔβS时，瞄准装置在火炮的牵连运动下也将转动角度ΔβS，此时，火控系统给瞄准装置伺服系统一个反馈信号，控制瞄准装置回转ΔβS，使瞄准线始终对准目标［4］。

3.2 控制方案

将示踪瞄准系统直接安装于火炮瞄准镜托座上，以代替原有的机械向量瞄准具，瞄准线和武器线在方位和高低上都存在牵连运动，形成瞄准线与武器线共两轴配置，在这种配置方式中，瞄准线和武器线在方位上的牵连运动和高低上的牵连运动类似，可以采用相同的控制方法［5］，系统控制方案如图2 所示。

图2 示踪瞄准系统总体控制方案图

该方案示踪瞄准系统和火炮安装于同一平台上，可确保武器线和瞄准线一致，计算机工作量小，示踪线和特征点计算精度高。

3.3 示踪线和特征点的显示

由于弹丸的位置是相对火炮坐标系而言的，而炮手是通过光学瞄准具和半透半反显示器观察目标的，因此必须将火炮弹丸的位置转化为相对于瞄准坐标系的坐标。

设t0-T 时刻发射的那一发弹丸在t0时刻的位置为AT，它相对于瞄准镜中心十字线的距离为R(t0)，向量(t0)在t0时刻瞄准坐标系的三个分量分别为RL(t0)、Rβq(t0)、Rφ( t0)，取显示器平面与L 垂直，则t0时刻(t0)在显示器上的位置AT可用其相对于火炮瞄准线的方位偏转角φ 和高低偏转角γ 表示，如图3 所示。

图3 弹丸向量分量图

φ 和γ 的计算公式为:

将此方位偏转角φ 和高低偏转角γ 送显示器，即得到t0-T 时刻发射的弹丸在t0时刻所在位置的示踪点。进一步取T=Δt，2Δt，…(n -1)Δt。重复上述计算，即得t0时刻n个弹丸的示踪点，将这n 个示踪点连成一条曲线便是示踪线［6］。

最后，根据每次测得的目标距离在示踪线上标出特征点位置即可。

3.4 工作过程

炮手通过单柄操纵杆控制火炮身管运动，在目标可能出现的空域搜索目标。系统发现目标并稳定跟踪后，火控计算机解算各示踪点位置并送显示器显示。同时，激光测距机测定目标距离D，火控计算机计算特征点位置和光环半径，在显示器上用光环把特征点位置标示出来，此时武器线和瞄准线重合并对准目标，特征点在方位和高低上均落后于目标。

火控计算机粗略计算特征点与目标重合时的火炮身管位置和提前角信息，并在单柄操纵杆信号的基础上叠加一个提前角信号，控制火炮身管向提前角方向转动，同时，该信号还作用于瞄准装置伺服系统，控制瞄准装置反方向转动相同的角度，抵消火炮对瞄准装置的牵连运动，使瞄准线始终对准目标。转动到位后，特征点在瞄准镜的中央显示并大致压住目标，系统完成了对目标的概略瞄准。

粗瞄过程结束后，独立瞄准线控制装置停止作用，控制火炮转动的依旧只有单柄操纵杆信号。由于特征点和目标均在瞄准镜中央，且特征点和目标位置偏差不大，所以此时瞄准线的位置对炮手来说并不重要，重要的是特征点与目标的位置关系。炮手只需控制火炮小幅度偏转即可完成对目标的精确瞄准。

4 结束语

示踪瞄准独立瞄准线控制方案采用系统辅助瞄准和炮手精确瞄准相结合的瞄准方式，可大大提高炮手的瞄准速度，解决瞄准镜视场过小的问题，还可大大减轻炮手的操作负担，具有良好的实际应用效果。

［1］熊亮.单炮示踪瞄准控制技术研究［D］.郑州:防空兵指挥学院，2010.

［2］申越.示踪瞄准在小口径高炮火控系统设计中的应用［J］.火力与指挥控制，2002(27):60-63.

［3］黄勇.小口径高炮示踪瞄准原理虚拟弹道生成与仿真［D］.郑州:防空兵指挥学院，2004.

［4］胡江涛. 单炮火控系统中独立瞄准线控制技术研究［D］.郑州:防空兵指挥学院，2008.

［5］刘豹.现代控制理论［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［6］但昭成. 指挥仪理论基础［M］. 合肥:炮兵技术学院，1985.