劉演龍，王 斌

(海裝重慶局，重慶 400071)

小口徑火炮主要用于抗擊低空近距離目標(biāo)，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性能和突防能力日益增強(qiáng)，呈現(xiàn)出飛行隱蔽性強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)距離小、過(guò)航速度大，可射擊時(shí)間短的特點(diǎn)。而傳統(tǒng)火控系統(tǒng)大都采用前置法解命中問(wèn)題，對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的假定存在假定誤差，對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的平滑處理制約系統(tǒng)反應(yīng)速度，難以適應(yīng)現(xiàn)代防空作戰(zhàn)之需要。因此，采用示蹤瞄準(zhǔn)原理構(gòu)建新型單炮火控系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)行小口徑火炮進(jìn)行改造具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 示蹤瞄準(zhǔn)

示蹤瞄準(zhǔn)就是利用火控計(jì)算機(jī)連續(xù)計(jì)算火炮射擊彈跡點(diǎn)(又稱(chēng)示蹤點(diǎn)或熱點(diǎn))的位置，在平面顯示器中顯示一定數(shù)量彈跡點(diǎn)的連線(xiàn)(又稱(chēng)示蹤線(xiàn)、熱線(xiàn)或虛擬彈道)和符合特定條件的彈跡點(diǎn)(特征點(diǎn))。炮手操縱火炮，控制示蹤線(xiàn)和特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，使特征點(diǎn)向目標(biāo)靠攏并最終壓住目標(biāo)，適時(shí)開(kāi)火射擊即可命中目標(biāo)［1］。

2 示蹤瞄準(zhǔn)原理控制方案分析

目前，對(duì)小口徑火炮采用示蹤瞄準(zhǔn)的研究大都采用原理控制方案，即武器線(xiàn)和瞄準(zhǔn)線(xiàn)始終保持一致，控制方案如圖1所示［2］。

炮手通過(guò)光學(xué)瞄準(zhǔn)具和半透半反顯示器觀(guān)察目標(biāo)和示蹤點(diǎn)位置，利用單柄操縱桿控制火炮身管運(yùn)動(dòng)，使特征點(diǎn)向目標(biāo)靠攏并最終壓住目標(biāo)，在特征點(diǎn)與目標(biāo)圖像將要重合的某一時(shí)刻開(kāi)始射擊，使與示蹤線(xiàn)對(duì)應(yīng)的彈道上確有真彈，當(dāng)顯示器上的目標(biāo)圖像與示蹤點(diǎn)重合瞬間，真正的彈丸正好命中目標(biāo)［3］

該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在以下問(wèn)題:

①武器線(xiàn)和瞄準(zhǔn)線(xiàn)始終保持一致，示蹤線(xiàn)總是從瞄準(zhǔn)鏡中央十字線(xiàn)開(kāi)始顯示至最后一個(gè)點(diǎn)結(jié)束，瞄準(zhǔn)鏡視場(chǎng)只利用了一半;

②實(shí)際操作過(guò)程中，小口徑高炮的前置角往往很大，最大可達(dá)30°以上，而顯示器受整體結(jié)構(gòu)制約不可能過(guò)大，因此常出現(xiàn)瞄準(zhǔn)十字線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后特征點(diǎn)顯示于顯示器之外的情況;

③整個(gè)操作過(guò)程均由炮手完成，炮手負(fù)擔(dān)較重，且瞄準(zhǔn)過(guò)程較慢，瞄準(zhǔn)初期特征點(diǎn)圍繞目標(biāo)擺動(dòng)較大，炮手需進(jìn)行長(zhǎng)期系統(tǒng)的訓(xùn)練。

如果借鑒傳統(tǒng)單炮火控系統(tǒng)獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)控制技術(shù)，使火炮武器線(xiàn)偏離瞄準(zhǔn)線(xiàn)一個(gè)提前角，則可從根本上解決上述問(wèn)題。

圖1 示蹤瞄準(zhǔn)原理控制方案圖

3 示蹤瞄準(zhǔn)獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)控制方案

3.1 獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)原理

所謂獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)，就是當(dāng)火炮轉(zhuǎn)動(dòng)角度ΔβS時(shí)，瞄準(zhǔn)裝置在火炮的牽連運(yùn)動(dòng)下也將轉(zhuǎn)動(dòng)角度ΔβS，此時(shí)，火控系統(tǒng)給瞄準(zhǔn)裝置伺服系統(tǒng)一個(gè)反饋信號(hào)，控制瞄準(zhǔn)裝置回轉(zhuǎn)ΔβS，使瞄準(zhǔn)線(xiàn)始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)［4］。

3.2 控制方案

將示蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)直接安裝于火炮瞄準(zhǔn)鏡托座上，以代替原有的機(jī)械向量瞄準(zhǔn)具，瞄準(zhǔn)線(xiàn)和武器線(xiàn)在方位和高低上都存在牽連運(yùn)動(dòng)，形成瞄準(zhǔn)線(xiàn)與武器線(xiàn)共兩軸配置，在這種配置方式中，瞄準(zhǔn)線(xiàn)和武器線(xiàn)在方位上的牽連運(yùn)動(dòng)和高低上的牽連運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，可以采用相同的控制方法［5］，系統(tǒng)控制方案如圖2 所示。

圖2 示蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)總體控制方案圖

該方案示蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和火炮安裝于同一平臺(tái)上，可確保武器線(xiàn)和瞄準(zhǔn)線(xiàn)一致，計(jì)算機(jī)工作量小，示蹤線(xiàn)和特征點(diǎn)計(jì)算精度高。

3.3 示蹤線(xiàn)和特征點(diǎn)的顯示

由于彈丸的位置是相對(duì)火炮坐標(biāo)系而言的，而炮手是通過(guò)光學(xué)瞄準(zhǔn)具和半透半反顯示器觀(guān)察目標(biāo)的，因此必須將火炮彈丸的位置轉(zhuǎn)化為相對(duì)于瞄準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

設(shè)t0-T 時(shí)刻發(fā)射的那一發(fā)彈丸在t0時(shí)刻的位置為AT，它相對(duì)于瞄準(zhǔn)鏡中心十字線(xiàn)的距離為R(t0)，向量(t0)在t0時(shí)刻瞄準(zhǔn)坐標(biāo)系的三個(gè)分量分別為RL(t0)、Rβq(t0)、Rφ( t0)，取顯示器平面與L 垂直，則t0時(shí)刻(t0)在顯示器上的位置AT可用其相對(duì)于火炮瞄準(zhǔn)線(xiàn)的方位偏轉(zhuǎn)角φ 和高低偏轉(zhuǎn)角γ 表示，如圖3 所示。

圖3 彈丸向量分量圖

φ 和γ 的計(jì)算公式為:

將此方位偏轉(zhuǎn)角φ 和高低偏轉(zhuǎn)角γ 送顯示器，即得到t0-T 時(shí)刻發(fā)射的彈丸在t0時(shí)刻所在位置的示蹤點(diǎn)。進(jìn)一步取T=Δt，2Δt，…(n -1)Δt。重復(fù)上述計(jì)算，即得t0時(shí)刻n個(gè)彈丸的示蹤點(diǎn)，將這n 個(gè)示蹤點(diǎn)連成一條曲線(xiàn)便是示蹤線(xiàn)［6］。

最后，根據(jù)每次測(cè)得的目標(biāo)距離在示蹤線(xiàn)上標(biāo)出特征點(diǎn)位置即可。

3.4 工作過(guò)程

炮手通過(guò)單柄操縱桿控制火炮身管運(yùn)動(dòng)，在目標(biāo)可能出現(xiàn)的空域搜索目標(biāo)。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并穩(wěn)定跟蹤后，火控計(jì)算機(jī)解算各示蹤點(diǎn)位置并送顯示器顯示。同時(shí)，激光測(cè)距機(jī)測(cè)定目標(biāo)距離D，火控計(jì)算機(jī)計(jì)算特征點(diǎn)位置和光環(huán)半徑，在顯示器上用光環(huán)把特征點(diǎn)位置標(biāo)示出來(lái)，此時(shí)武器線(xiàn)和瞄準(zhǔn)線(xiàn)重合并對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，特征點(diǎn)在方位和高低上均落后于目標(biāo)。

火控計(jì)算機(jī)粗略計(jì)算特征點(diǎn)與目標(biāo)重合時(shí)的火炮身管位置和提前角信息，并在單柄操縱桿信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)提前角信號(hào)，控制火炮身管向提前角方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，該信號(hào)還作用于瞄準(zhǔn)裝置伺服系統(tǒng)，控制瞄準(zhǔn)裝置反方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，抵消火炮對(duì)瞄準(zhǔn)裝置的牽連運(yùn)動(dòng)，使瞄準(zhǔn)線(xiàn)始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，特征點(diǎn)在瞄準(zhǔn)鏡的中央顯示并大致壓住目標(biāo)，系統(tǒng)完成了對(duì)目標(biāo)的概略瞄準(zhǔn)。

粗瞄過(guò)程結(jié)束后，獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)控制裝置停止作用，控制火炮轉(zhuǎn)動(dòng)的依舊只有單柄操縱桿信號(hào)。由于特征點(diǎn)和目標(biāo)均在瞄準(zhǔn)鏡中央，且特征點(diǎn)和目標(biāo)位置偏差不大，所以此時(shí)瞄準(zhǔn)線(xiàn)的位置對(duì)炮手來(lái)說(shuō)并不重要，重要的是特征點(diǎn)與目標(biāo)的位置關(guān)系。炮手只需控制火炮小幅度偏轉(zhuǎn)即可完成對(duì)目標(biāo)的精確瞄準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

示蹤瞄準(zhǔn)獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)控制方案采用系統(tǒng)輔助瞄準(zhǔn)和炮手精確瞄準(zhǔn)相結(jié)合的瞄準(zhǔn)方式，可大大提高炮手的瞄準(zhǔn)速度，解決瞄準(zhǔn)鏡視場(chǎng)過(guò)小的問(wèn)題，還可大大減輕炮手的操作負(fù)擔(dān)，具有良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

［1］熊亮.單炮示蹤瞄準(zhǔn)控制技術(shù)研究［D］.鄭州:防空兵指揮學(xué)院，2010.

［2］申越.示蹤瞄準(zhǔn)在小口徑高炮火控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.火力與指揮控制，2002(27):60-63.

［3］黃勇.小口徑高炮示蹤瞄準(zhǔn)原理虛擬彈道生成與仿真［D］.鄭州:防空兵指揮學(xué)院，2004.

［4］胡江濤. 單炮火控系統(tǒng)中獨(dú)立瞄準(zhǔn)線(xiàn)控制技術(shù)研究［D］.鄭州:防空兵指揮學(xué)院，2008.

［5］劉豹.現(xiàn)代控制理論［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［6］但昭成. 指揮儀理論基礎(chǔ)［M］. 合肥:炮兵技術(shù)學(xué)院，1985.