火炮火控系統

在武器與被射擊目標處於相對運動狀態下，控制武器對目標實施自動化射擊的一切技術手段。稱為火力控制技術；實現這項任務的全部裝備，就稱為火力控制系統．或稱射擊控制系統，簡稱火控系統，全稱火力指揮與控制工程，是控制射擊武器自動實施瞄準與發射的裝備的總稱。

基本介紹

• 中文名：火炮火控系統
• 外文名：fire control system
• 所屬領域：航空航天
• 別稱：射擊控制系統
• 全稱：全稱火力指揮與控制工程
• 功能：目標搜尋與辨識等

系統組成

火力控制系統，是現代武器系統必不可少的重要組成部分．是武器系統的“大腦”和“眼睛”，而且是武器系統先進性的重要標誌。隨著科學技術的不斷發展和戰爭的需要，現代火炮(如牽引炮、自行炮、坦克炮、航炮、艦炮等)幾乎都配備了火力控制系統。

武器系統包括火力分系統、控制分系統和運載分系統。其中控制分系統包括火控子系統(包括制導)、指控子系統、導航子系統、情報通信子系統等。廣義上，火控系統是指控制分系統(俗稱大火控)，是一套使被控武器發揮最大效益的裝置。泛指戰場指揮自動化系統，是在軍事指揮體系中採用以電子計算機為核心的技術與指揮人員相結合、對部隊和武器實施指揮與控制的人機系統。20世紀50年代指揮自動化被稱為指揮與控制系統。20世紀60年代，隨著通信技術的發展．在系統中加上“通信”，形成(指揮、控制與通信)系統。1977年，美國首次把“情報”作為指揮自動化不可缺少的因素，並與C3系統相結合，形成C31(指揮、控制、通信與情報)系統。後來，由於計算機在系統中的地位和作用日益增強，指揮自動化又加上“計算機”，變成指揮、控制、通信、計算機和情報系統。近年來不斷發生的局部戰爭使人們進一步認識到掌握戰場態勢的重要性，提出“戰場感知”的概念。

系統任務

準確、實時地計算出射擊諸元，並將其賦予武器以將彈頭準確送抵目標區域，是火控系統的核心任務。

在不同的武器系統中，火控系統的任務也不盡相同，概括地講通常包括：

(1)利用各種觀察器材搜尋、發現、識別、跟蹤目標。

(2)建立目標運動模型，並依據對目標的觀察值估算目標狀態(位置與運動參數)。

(3)依據彈道特性、氣象條件、地理特徵、武器載體及目標運動狀態預測目標與彈丸的相遇點，求取射擊諸元。

(4)依靠半自動或全自動控制系統驅動武器線趨近射擊線，並根據指揮員的射擊命令控制射擊程式實施。

(5)實測脫靶量，修正以後的射擊諸元。

非制導武器配備火控系統的目的在於提高瞄準、射擊的快速性和準確性，增加對惡劣戰場環境的適應性，以充分發揮武器對目標的毀傷能力。

火控系統對彈頭的控制主要是通過對武器身管的控制來實現，即賦予彈頭以初速和方向，至於火控系統賦予彈頭的飛行時問、飛行距離、轉向角等均是預測值，彈頭一旦飛離身管，火控系統將失去對其控制，因此，火控系統必然存在預測誤差和控制誤差。對非制導武器，為滿足射擊精度要求，需嚴格控制火控系統的誤差。

功能

(1)目標搜尋與辨識。利用觀測器材搜尋目標是火控系統的第一項任務。火控系統中常用的觀測器材有雷達、光學或雷射測距儀、紅外或微光夜視儀、戰場偵察電視、聲測器材、聲吶等。對於固定目標還可使用地圖與航空(或衛星)照片。搜尋到目標之後應進一步對目標的類型(車輛、飛機、飛彈、艦船、兵器、人員等)、型號、數量及其敵我屬性進行辨識。圖像辨識技術的套用已使目標辨識自動化，而敵我辨識最有效的設備是電子敵我識別器。對防空和反導還應有威脅判斷。

(2)目標定位與跟蹤。精確確定目標的坐標和活動目標的運動參數。目標參數包括目標位置參數與運動參數。目標位置參數指的是目標相對地理坐標系或觀i貝4坐標系中的坐標，如距離、方位角、高低角等；目標運動參數則包括航速、航向、舷角、加速度等，它們是求取射擊諸元不可缺少的數據。用於目標參數測量的觀測器材應該具有較高的精度，它們多用於測定目標位置，利用都卜勒效應的器材還可以測定目標相對於觀測器材的縱向速度。對於運動目標．觀測器材還必須實時地跟蹤目標，測量出一系列目標參數值．為利用這些實測值估計目標現在瞬時位置與運動參數提供條件。

(3)氣象與彈道條件測量。氣溫、氣壓、風速、風向等氣象參數和彈丸初速偏差、彈藥溫度、彈重偏差等彈道條件參數均會對實際彈道產生影響，必須及時測量．以便在求解射擊諸元時考慮進去。彈重偏差可根據溫度計、氣壓計、風速計、彈丸初速測量儀測得。氣象雷達、彈丸初速度量雷達是較為先進的氣象與彈道條件測量設備。由於氣象條件是對全彈道起作用的．有關氣象測量點應該覆蓋全彈道。對於海軍水中武器，還要測量波浪、海流等水文因素。

(4)運載體運動參數測量。運載觀測器材與火力系統的車輛、飛機、艦船在運動中的三個平移自由度與三個轉動自由度既惡化了觀測條件又改變了彈道參數。對嚴重影響射擊效果的運動參數應加以測量，並令觀測器材、武器身管或發射架相對於其載體做一量值相等、方向相反的運動，或者在求解射擊諸元時予以修正，以使射擊儘量不受運載體運動的影響。用於運動中瞄準和發射的火控系統通常都裝有i自由度或二自由度的陀螺系統，以便適時地測量運載體的i個姿態角(俯仰、偏航與傾斜)或其角速度。對高速運動的運載體(如飛機、艦船等)還裝有測定運載體運動速度的測速裝置。對於射擊精度要求非常高的火控系統，如近程反飛彈高射炮火控系統，不僅要求測定i個姿態角或其角速度，而且要求測量升沉、橫移與縱移的速度．甚至還要考慮運載體的彈性變形。

(5)射擊效果評估。由於種種難以控制與修正的隨機岡素的影響，首發或首群發的彈頭可能脫靶。這時應測量脫靶量，並用已測得的脫靶量修正以後的射擊諸元，這就是校射。對同定目標或相對武器系統運動緩慢的目標，凡是能夠觀測炸點、估測出炸點對目標偏差的器材均可完成校射任務。炮兵校射雷達可在其波瓣有效區域內估測出彈頭的落點，是一種先進的校射工具。當對飛機或飛彈等高速目標射擊時，必須同時跟蹤並測量目標與彈頭隨時間變化的坐標，相控陣雷達是實現此種測量的一種先進工具。

(6)數據處理。現代火控系統主要由數字電子計算機來完成數據處理工作。火控計算機是火控系統的核心部件，其任務是存貯有關目標、脫靶量、氣象條件、彈道條件、運載體運動參數等所有數據與信息；計算目標的瞬時位置與運動參數；根據實戰條件下的彈道方程或存貯於火控計算機中的射表求解命中點坐標，計算射擊諸元；根據過去的脫靶量修正射擊諸元；評估射擊效果等。其目的是輸出控制指令給顯示設備和隨動系統，或操縱指令給自動駕駛儀。

(7)武器發射控制。目的是控制武器到達正確的射擊位置，並按預定的方式射擊。為了賦予武器射擊諸元，通常用液壓式或機電式隨動系統分別控制武器的射角、方位角與引信分劃等射擊諸元，使之與火控計算機的輸出值相一致。當武器與運載體完全或部分同連時，如機載火炮的身管、炸彈的發射軌完全與飛機同連．某些大口逕自行火炮的方位角則同車體一致，此時火控計算機的輸出信息應傳送給自動控制機構。驅動運載體按能使彈頭命中目標的方向運動。

(8)系統控制、信息顯示與傳輸。為了充分發揮指揮與操作人員的主觀能動性，火控系統中沒有系統控制操作與顯示面板，具有良好的人機界面。

火控系統功能模組的種類與規模是根據其控制的武器的特性與套用環境來設計與裝備的。例如，用於停止間射擊的武器，其火控系統就無須具有運載體運動參數測定的功能；為了減輕質量、降低造價．某些火炮．尤其是中小口徑地面火炮，往往不配隨動系統，而由炮手按火控計算機給射擊諸元在火炮上裝定；高射炮火控系統，由於同時跟蹤快速目標與觀測高速彈丸．設備技術複雜，價格昂貴。過去多不進行脫靶量自動測量，故不能自動校射；用於近程反飛彈的轉管火炮與多聯裝火炮的火控系統，為了確保武器的命中率，大多進行脫靶量自動檢測，構成自動校射的大閉環火控系統。為了發揮不同觀測器材的優點，確保在各種環境中均能獲取所需信息，並提高它們在戰場上的機動性，經常把多種觀測器材組裝在同一運載體中，構成相應的偵察車、偵察飛機、空中系留平台等裝備。氣象觀測站(車、船)更集各種氣象觀測器材於一身，以完成大範圍內的氣象觀測與通報任務。這些載有多種器材的偵察或觀測車、船與飛機雖然要完成在火控系統中承擔的任務，但卻自成一個獨立於火控系統之外的武器裝備系統。

相關問題

狹義上，火控系統是指以解決射擊命中問題為主要任務、以計算機為核心的控制火力兵器瞄準與射擊的自動化或半自動化系統。火炮火控系統可以提高火炮快速反應能力，把握戰機；提高火炮射擊精度和全天候作戰能力，增強火炮的作戰效能。

現代火控系統由於配備於各種不同類型的火炮。以及裝備級別的差異，所以其功能和構成也有所不同，有簡有繁。現代戰爭的要求促進了火控系統的進一步發展。高新技術的套用也使現代火控系統日趨完善。

火力射擊問題

一架能單獨完成作戰任務的飛機是一個火力綜合體，一輛坦克、一發有線制導的反坦克飛彈系統、一個地炮連隊的全套兵器裝備等也都是火力綜合體。這種火力綜合體的形式和內容各不相同，但其作用本質上是一致的：在地球的大氣層內，從安裝在運載體上的發射兵器上向所選目標發射射彈，這樣一個問題，從射擊學角度講是一個火力射擊問題；從自動控制角度看是一個火力射擊的自動控制問題，即火控問題。這樣一個火力射擊問題或火控問題，涉及地球、發射兵器、發射兵器的運載體、射彈和所選目標等五個方面。因而，研究一個火力綜合體的火控問題，也必須考慮這五個方面的種種因素。

發射兵器及其運載體統稱為武器站。因此，帶武器的飛機、軍艦、坦克、自行火炮、飛彈及其發射系統等．均可稱為武器站。這些武器站按各自的條件可在地面(包括水面)、空間，也可以同定於地面或空間某點不動，也可以在地面或空間相對於某點做勻速或變速的直線或曲線運動。射彈可以是炮彈、炸彈、魚雷、火箭、飛彈，它們在重力、空氣或水的阻力、甚至在控制系統操縱力的作用下，沿著自己的彈道飛向目標。目標更是多種多樣，但目標的主要特徵可歸結為：一個物體在地面或空中呈靜止狀態或按各自的航跡運動。因此，解決這樣一個從武器站上發射射彈擊中目標的火力射擊問題，需要研究武器站、射彈和目標在大氣空間的運動特性，建立火力射擊的數學模型，求解火力射擊所需各種數據，控制與指揮發射兵器的射擊。

火力射擊問題求解

為了求解火力射擊問題，首先要掌握目標、射彈、武器站的坐標及各種運動參數，這就需要有坐標探測裝置，如雷達、光學測距機、雷射測距機、紅外線測距機等，利用這樣的探測裝置，在跟蹤目標的過程中取得目標坐標及各種運動參數。如果武器站本身在運動，還需有專門的沒備測量武器站的運動參數並通過火控計算機算出武器站的運動給坐標探測裝置和射擊兵器帶來的偏差以及對這些偏差進行修正的修正量。

為了計算射彈在大氣中的彈道、射彈命中目標點的位置以及射彈發射所需的控制數據，需要計算目標、武器站、射彈、天候條件、彈藥性能等各種參數，還要預先估計射彈發射後目標機動的可能性，甚至考慮引入指戰員的實戰經驗等種種因素，確定射擊諸元，諸如能將彈頭準確送抵目標區域相應的武器身管的方位角和高低角，對具有時間引信的彈頭還有引信分劃，對制導武器還有飛行距離和轉向角等。

為了充分滿足這些計算的實時要求，需要有性能良好的專用計算機。南於歷史原因，在各種火控系統領域裡，這種專用計算機有自己的習慣名稱。在高炮火控系統中稱射擊指揮儀，在地面炮兵中稱地炮指揮儀或地炮計算機，在飛彈系統中稱控制機。

系統舉例

“弓箭手”火炮火控系統的特點是完全拋棄了傳統機械和光學瞄準設備。火炮通過數據連結收炮兵偵察單位傳送的目標位置數據後．能結合慣導及GPS系統提供的自身位置參數快速解算射擊諸元。炮長在火控信息系統幫助下判斷首要威脅目標並制訂火力打擊方案，以上內容可全部在車輛行進問完成。駕駛員將火炮駛入射擊陣地後，隨即通過液壓系統放下火炮助鋤，然後將炮身箱體的頂蓋張開，液壓高低機驅動火炮揚起並將身管前伸至射擊位置，驅動系統控制火炮自動完成瞄準動作之後裝填系統開始工作，以上動作在停車後30 S內完成。彈藥裝填完成後．炮長通過頭頂前方的擊發控制盒控制火炮射擊，完成一輪急促射擊後(兩組5～6發同時彈著)，火炮反向重複展開動作，30 S內轉換至行軍狀態、撤出射擊陣地，在100 S內可急行軍行駛到500 m外的另一射擊陣地繼續射擊。實戰環境下，“弓箭手”火炮在任意射擊位置停留時間不超過2 min，大大提高了火炮的生存能力。