張強(qiáng) 趙戰(zhàn)龍 張晨然

摘 要：針對當(dāng)前反恐怖作戰(zhàn)特點和城市作戰(zhàn)的需要在戰(zhàn)斗車輛上加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置，提高乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)的觀察能力和作戰(zhàn)力量。桅桿式的觀瞄系統(tǒng)的原理主要是結(jié)合保羅II式棱鏡轉(zhuǎn)像望遠(yuǎn)系統(tǒng)和 “上反”穩(wěn)像式系統(tǒng)的原理設(shè)計的，設(shè)計的光路集合了兩種光路的優(yōu)點，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單、光路清晰、穩(wěn)定視場大，能得到較大的潛望高度等優(yōu)點。乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置，可增強(qiáng)戰(zhàn)斗車輛的觀察能力，進(jìn)而加強(qiáng)打擊和防護(hù)能力。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計；系統(tǒng)；戰(zhàn)斗力

中圖分類號：E9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2014）04-0211-04

引言

在信息化條件下，隨著社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是高新技術(shù)迅猛發(fā)展并在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，提高戰(zhàn)斗車輛的作戰(zhàn)能力尤為重要。城市作戰(zhàn)的殘酷性，使強(qiáng)者與弱者的力量趨于平衡，模糊了進(jìn)攻方和防守方的實力差距。在最近十幾年的幾次局部戰(zhàn)爭和維和行動中，“陸戰(zhàn)之王”在城市巷戰(zhàn)中屢屢失利，損兵折將，虎威漸失。巷戰(zhàn)是戰(zhàn)斗車輛和主戰(zhàn)坦克的“墳?zāi)埂边@種說法一時之間沸沸揚揚，鋪天蓋地。這些新情況和新需求引起了各國戰(zhàn)斗車輛設(shè)計者的高度關(guān)注。城區(qū)巷戰(zhàn)中，主戰(zhàn)坦克之所以處處受挫、威風(fēng)不再的原因是多方面的。對坦克城區(qū)作戰(zhàn)重視不夠、訓(xùn)練不足，戰(zhàn)術(shù)指揮失誤、協(xié)同配合不力等等都是影響因素，然而更為重要和根本的原因在于坦克自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計。適合平原地帶集群對抗、高速突擊作戰(zhàn)的主戰(zhàn)坦克，在城鎮(zhèn)街巷這一特殊的作戰(zhàn)環(huán)境下“英雄無用武之地”也是情有可原的。從這個角度來看，坦克經(jīng)過組件升級和城市化作戰(zhàn)改造后，能夠滿足和適應(yīng)城市巷戰(zhàn)要求應(yīng)是順理成章的事。坦克真的沒用了嗎？答案正好相反！坦克在城市戰(zhàn)里不是沒有用處，而是非常有用！

雖然坦克在城市戰(zhàn)中很有用，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是單兵武器的進(jìn)步，城市巷戰(zhàn)變得更復(fù)雜艱巨，這都對參與巷戰(zhàn)的“陸戰(zhàn)之王”提出了更高的要求。城市作戰(zhàn)的頻繁對單兵單車的作戰(zhàn)提出了更高的要求，尤其是面對復(fù)雜的環(huán)境，反恐怖作戰(zhàn)部隊在乘車戰(zhàn)斗過程中對戰(zhàn)斗車輛周圍的盲區(qū)不能實施有效的觀察和打擊；特別是在巷戰(zhàn)中，由于盲區(qū)過大不便及時發(fā)現(xiàn)敵人，造成重大的損失。如何提高戰(zhàn)斗車輛的打擊范圍，縮小戰(zhàn)車周圍的盲區(qū)，減少人員和車輛的損失，直接影響作戰(zhàn)的成敗，進(jìn)而關(guān)系到乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)保障能力的提高。

戰(zhàn)場上由于乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)的盲區(qū)導(dǎo)致?lián)p失戰(zhàn)例很多，特別是伊拉克戰(zhàn)爭，多國戰(zhàn)斗車輛被武裝人員潛近盲區(qū)，利用乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)的這一弱點，屢屢遭到襲擊。目前，一些國家已經(jīng)開始研究，特別是德國的“豹”2 維和行動車和以色列“梅卡瓦”4型主戰(zhàn)坦克都被成為“巷戰(zhàn)之王”，其原因是都在車體四周安裝攝像機(jī)能夠有效提高車組在閉窗行駛情況下對周圍環(huán)境的觀察能力。因此，為了適應(yīng)城市作戰(zhàn)的需求，給乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置，提高戰(zhàn)車的作戰(zhàn)需要對軍隊目前尤為重要。

一、加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的作用

一是面對城市作戰(zhàn)，在乘車戰(zhàn)斗過程中對戰(zhàn)斗車輛周圍的盲區(qū)不能實施有效的觀察和打擊；特別是在巷戰(zhàn)中，由于盲區(qū)過大不能即時發(fā)現(xiàn)敵人，甚至造成重大的損失。加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置可以增大戰(zhàn)斗車輛的觀察能力，車長通過1∶1的觀察鏡（潛望鏡）可很好地解決全周觀察問題，為城市作戰(zhàn)提供戰(zhàn)斗力；二是加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置可以使車長在發(fā)現(xiàn)敵人時，充分利用低洼地和山坡背面的地形，常常由車長一人在不熟悉的地形中進(jìn)行觀察，車輛的其余部分處于隱蔽狀態(tài)；這樣可以提高戰(zhàn)斗車輛的安全性，并且及時發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)。

乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)主要為傳統(tǒng)型的觀瞄裝置，在城市作戰(zhàn)中還無法與國外先進(jìn)的戰(zhàn)斗車輛相比，乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)周圍的盲區(qū)太大，不能很好的和車輛周圍的機(jī)械化步兵協(xié)同作戰(zhàn)，在山地、丘陵地帶不能最大限度的觀察目標(biāo)。面臨上述現(xiàn)狀，加強(qiáng)乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)的觀察能力勢在必行，這樣不僅提高了戰(zhàn)斗車輛的作戰(zhàn)能力，也可以更加適應(yīng)未來城市作戰(zhàn)的需求。

德國“城市豹”是在“豹”2A5型主戰(zhàn)坦克的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，“豹2 ”維和行動車被稱為“城市豹”的主要原因是其通信和感知能力，為了讓車組人員更好地觀察四周的環(huán)境和情況，一是在坦克車體后部安裝步兵電話能夠有效地增強(qiáng)伴隨步兵與坦克車組之間的溝通能力，提高坦克在城市作戰(zhàn)中的協(xié)同作戰(zhàn)能力。二是在車體四周安裝攝像機(jī)能夠有效提高車組在閉窗行駛情況下對周圍環(huán)境的觀察能力，減少了坦克四周的盲區(qū)，而“城市豹”的缺陷是攝像機(jī)系統(tǒng)目前似乎只有車長和駕駛員能使用，并且攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)之后火力系統(tǒng)不能很快實施打擊。

美國 M1A2 TUSK的所有升級均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，用于在艙蓋關(guān)閉時可晝夜操作的遙控武器站（僅用于M1A2）、供裝填手使用的M240機(jī)槍熱瞄具、保護(hù)坦克側(cè)裙板的反應(yīng)裝甲板、機(jī)槍手防盾、坦克乘員—步兵通信電話、保護(hù)坦克后部動力艙的格柵裝甲、供車長使用的機(jī)槍熱瞄具（僅用于M1A1）等，以提高坦克在城區(qū)戰(zhàn)場上的生存力和戰(zhàn)斗力。

二、常見觀瞄系統(tǒng)

（一）上反穩(wěn)像系統(tǒng)的原理

“上反”穩(wěn)像式系統(tǒng)，在穩(wěn)定工作狀態(tài)，要求瞄準(zhǔn)鏡鏡體隨同車體振動時，視場應(yīng)該穩(wěn)定，為此要求上反射鏡作相應(yīng)轉(zhuǎn)動。按照光學(xué)原理，上反射鏡轉(zhuǎn)動的角度應(yīng)為鏡體轉(zhuǎn)動角度的一半。例如，當(dāng)車體向俯角方向轉(zhuǎn)動а時，上反射鏡應(yīng)向俯角方向轉(zhuǎn)動а/2（如圖1所示）。如此，能保證出射光線與目鏡軸線擺動相同的角度，炮手從目鏡觀察的景象將穩(wěn)定不動。在瞄準(zhǔn)工作狀態(tài)，要求火炮與瞄準(zhǔn)線同步轉(zhuǎn)動。例如，當(dāng)上反射鏡向仰角方向轉(zhuǎn)動а/2時，瞄準(zhǔn)線和火炮向仰角方向轉(zhuǎn)動角а。上反射鏡轉(zhuǎn)動а/2角的任務(wù)由二分之一機(jī)構(gòu)完成。

（二）下反穩(wěn)像系統(tǒng)的原理

下反射穩(wěn)像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式：120度三反射面等腰棱鏡固定在陀螺儀內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子軸的位置；陀螺儀工作時，等腰棱鏡被三自由度陀螺儀獨立穩(wěn)定，穩(wěn)像瞄準(zhǔn)鏡的其他光學(xué)元件固定在鏡體上，鏡體通過平行連桿機(jī)構(gòu)與火炮連接。等腰棱鏡被陀螺儀獨立穩(wěn)定，車體不動時，三倍鏡組光軸、直角棱鏡橫軸及五角棱鏡的出射軸（瞄準(zhǔn)軸）與陀螺儀Z軸平行，二倍鏡組光軸與陀螺儀Z軸垂直，其他光學(xué)元件隨車體上坡后仰а角。三倍望遠(yuǎn)鏡組光軸相對Z軸向下偏а角，經(jīng)等腰棱鏡后，以相對Z軸向上偏а角射向直角棱鏡，由于直角棱鏡向后偏а角，由直角棱鏡射向二倍鏡組的光線與Z軸成90°+2а角，此時二倍鏡組的光軸與Z軸成90°+а角，由于負(fù)二倍鏡組的補(bǔ)償作用，經(jīng)二倍鏡組后射出的光軸與Z軸成：（90°+а）+（-а）=90°由于五角棱鏡始終保持入射光軸與出射光軸成90°，所以，只要等腰棱鏡被陀螺儀穩(wěn)定不動，觀察者所看到的圖像就是穩(wěn)定不動的。

（三）上反穩(wěn)像系統(tǒng)與下反穩(wěn)像系統(tǒng)的比較

“下反”穩(wěn)像式火控系統(tǒng)，用一個雙自由度陀螺直接穩(wěn)定瞄準(zhǔn)鏡中120°棱鏡，結(jié)構(gòu)及原理簡單。但這種火控系統(tǒng)光路設(shè)計由缺陷，僅在瞄準(zhǔn)線和炮身軸線夾角<3°時系統(tǒng)精度高，>3°時精度下降；更重要是，這種火控系統(tǒng)功能擴(kuò)展受到限制，在已有的產(chǎn)品中，夜視及熱像光路不能通過120°棱鏡，在這些工作方式下，炮長瞄準(zhǔn)不能“穩(wěn)像”，只能“穩(wěn)線”。再者，瞄準(zhǔn)鏡和火炮同步轉(zhuǎn)動采用四連桿傳動方案，一方面連桿活動占空間大，另一方面坦克行進(jìn)時鏡體相對炮塔前后擺動，當(dāng)?shù)匦纹鸱?、坦克行駛速度高時，不利于射手瞄準(zhǔn)。與“下反”火控系統(tǒng)相比，“上反”火控系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)點。它光路結(jié)構(gòu)簡捷，只需穩(wěn)定上反射鏡；瞄準(zhǔn)鏡的鏡體不擺動；穩(wěn)定視場大，坦克在起伏較大的路面或越過彈坑時瞄準(zhǔn)鏡視場不會發(fā)黑。

（四）光電桅桿系統(tǒng)

光電桅桿系統(tǒng)主要用于潛艇上。1976年，美國科爾摩根公司正式提出最初的光電桅桿原理供海軍評審。美、英、法三國海軍在新型核動力潛艇上淘汰了傳統(tǒng)的穿透式潛望鏡，都將配備光電桅桿。這標(biāo)志著潛艇光電桅桿技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟和可靠的水平。光電桅桿和常規(guī)潛望鏡的最大差別在于，光電桅桿是“非穿透桅桿”。它由光電桅桿觀察頭、非穿透桅桿和艇內(nèi)操控臺三部分組成。美國“弗吉尼亞”級潛艇上的光電桅桿系統(tǒng)是AN/BVS-1成像系統(tǒng)，它除了現(xiàn)有潛望鏡系統(tǒng)的功能外，還能提供電子情報收集、監(jiān)視和目標(biāo)打擊等功能。但由于技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴等原因，目前只有少數(shù)潛艇使用了一根光電桅桿，例如俄羅斯“德爾塔Ⅲ”和“德爾塔Ⅳ”級導(dǎo)彈核潛艇裝備有一根“磚雨”光電桅桿。只有美國“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇使用了兩根光電桅桿。

三、桅桿式瞄準(zhǔn)裝置原理圖

（一）桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的光學(xué)系統(tǒng)

桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的光路圖（如圖3所示）。主要由上反五棱鏡、望遠(yuǎn)鏡組、棱鏡組、分劃板、三倍望遠(yuǎn)鏡組等五大部分組成。

上反五角棱鏡的兩個反射面夾角45°，用以保證入射光線和出射光線夾角保持90°。上反五角棱鏡的入射面和出射面均鍍雙波段增透膜；在450～650毫微米波長范圍內(nèi)，鍍膜表面的平均反射率小于1%最大反射率小于1.5%，表面散射損失小于0.5%；對1.06微米膜層表面的反射率小于0.5%，表面散射損失小于0.2%，激光破壞閥值大于150MW/cm2 。五角棱鏡的兩平行端面涂黑色消光漆。望遠(yuǎn)鏡組主要由一個二倍望遠(yuǎn)鏡組和三個透鏡組組成。棱鏡組是由二塊直角棱鏡和一個五角棱鏡構(gòu)成，直角棱鏡3為單反射直角棱鏡，且五角棱鏡與直角棱鏡3主截面平行。三倍望遠(yuǎn)鏡組的功用它和二倍望遠(yuǎn)鏡組一起構(gòu)成6倍望遠(yuǎn)鏡，三倍物鏡組（包括分光鏡）和二倍望遠(yuǎn)鏡組以及其他透鏡一起構(gòu)成桅桿式光學(xué)系統(tǒng)。為穩(wěn)像觀瞄系統(tǒng)提供三角分劃瞄準(zhǔn)線。分光鏡為鍍透反膜的平板玻璃。它的主要作用是透射可見光。

桅桿式瞄準(zhǔn)裝置是潛望式雙目儀器，整個光學(xué)系統(tǒng)由頭部反射鏡總成中陀螺儀、反射五棱鏡、反射鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)、前窗、下窗，鏡管中的棱鏡組、防護(hù)玻璃、物鏡組、目鏡組和分劃板組成。陀螺儀、反射五棱鏡和棱鏡組（進(jìn)入光路時）構(gòu)成1倍觀察系統(tǒng)。陀螺儀、反射五棱鏡、物鏡組和目鏡組構(gòu)成6倍潛望鏡式雙目望遠(yuǎn)系統(tǒng)。物鏡組和目鏡組構(gòu)成簡單望遠(yuǎn)系統(tǒng)。上反射五棱鏡和棱鏡組構(gòu)成“保羅II式”轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。物鏡組將目標(biāo)輻射圖像成像在分劃板刻線面上形成倒立實像。棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)將物鏡組形成的倒立實像轉(zhuǎn)成正立實像。分劃板設(shè)置在棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)之后的目鏡組的焦面上，分劃板的刻線正立放置，通過雙目雙路光學(xué)系統(tǒng)觀察視場中的景物目標(biāo)時，既可看到視場中的景物目標(biāo)圖像又可看到分劃圖像。桅桿式上部瞄準(zhǔn)裝置主要由上反射鏡、四個鏡筒、前窗、下窗、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)等組成。在鏡筒內(nèi)底部固定著透鏡組和聚光鏡，在最下方的鏡筒低部固定著二倍望遠(yuǎn)鏡組和一個聚光鏡。桅桿式瞄準(zhǔn)裝置通過升降機(jī)構(gòu)的控制使桅桿可以自動升降，在此過程中光路保持不變，并且隨著炮塔的轉(zhuǎn)動桅桿也隨之轉(zhuǎn)動，確保了在360°范圍內(nèi)觀察目標(biāo)。

（二）安裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置應(yīng)注意的問題

1.安裝好瞄準(zhǔn)鏡后去觀察圖像，卻發(fā)現(xiàn)自己看到的東西像質(zhì)平平，甚至恒星都不能聚成一個點，這個時候先別懷疑自己的眼睛問題，而問題很有可能出在鏡片裝配上。鏡片的裝配對光軸精確度影響很大，光軸又對成像效果帶來決定性的影響。如果對光軸重新調(diào)整，望遠(yuǎn)鏡將會展現(xiàn)出完全不同的景象。

2.由于反射鏡的成像有個特點，在光軸上成像很完美，沒有像差，但離開光軸就會有明顯的彗差。在光軸上，使用一般視場的目鏡，視場中心的星點是很亮的，實際上視場邊緣的像差也不易察覺。而如果在光軸以外，整個視場中的星點可能都不實，而且離光軸越遠(yuǎn)這一現(xiàn)象越嚴(yán)重。那怎樣才能調(diào)好光軸了？當(dāng)反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)中的兩個光軸：主鏡（物鏡）光軸和目鏡光軸都通過副鏡上的同一點，且被副鏡反射后二者完全重合，也就是成了一條光軸，則光軸調(diào)好。

3.桅桿式瞄準(zhǔn)裝置安裝位置。桅桿式瞄準(zhǔn)裝置安裝在指揮塔外面的前部，并和指揮塔一起轉(zhuǎn)動。它用四個六角螺栓固定在指揮塔上。這樣可以確保它使車長在戰(zhàn)斗情況下，處于密閉炮塔內(nèi)能在360°范圍內(nèi)觀察整個戰(zhàn)場并捕捉目標(biāo)。

四、桅桿式瞄準(zhǔn)裝置

桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的外部主要由觀察頭和四個殼體連接而成。觀察頭主要由上反射五棱鏡、前窗、下窗等組成，采用上反的穩(wěn)像原理使五棱鏡在觀察目標(biāo)時始終保持穩(wěn)定，在觀察頭側(cè)面的兩塊金屬板對觀察頭起到保護(hù)的作用，觀察頭前窗的大小是長12.5cm，寬6.5cm的矩形，在其下方通過直徑11cm圓柱通過螺紋與殼體連接在一起。桅桿主要由四個鏡筒組成，四個鏡筒從下到上外直徑依次為18cm、16cm、14cm、12cm。鏡筒的長度：從戰(zhàn)斗車輛頂部算起，桅桿式瞄準(zhǔn)裝置曝漏在外面的高度為42cm，最上方的高度為52cm，最下方的高度為62cm（其中豹；曝漏在外面的是40cm，20cm在車內(nèi)與內(nèi)部觀瞄系統(tǒng)連接），上反鏡組的裝置高為23cm，因此，外部的總高度為180cm。在加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的頭部也可以加裝一個攝像頭，利用攝像頭可以旋轉(zhuǎn)和上下浮動的特性，在近距離觀察目標(biāo)時可以更大范圍的減少目標(biāo)的盲區(qū)。

結(jié)論

戰(zhàn)爭的特點決定了桅桿式瞄準(zhǔn)裝置的重要作用。很多國家都開始了這項研究，通過對比分析說明對乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置是可行的，對同類外軍裝置進(jìn)行比較。加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置其主要體現(xiàn)在兩個方面：一是面對城市作戰(zhàn)時，使用桅桿式瞄準(zhǔn)裝置可以減少戰(zhàn)斗車輛的“盲區(qū)”不僅提高了戰(zhàn)斗車輛的作戰(zhàn)能力，而且減少了人員和裝備的損失。二是加裝桅桿式瞄準(zhǔn)裝置可以使車長在發(fā)現(xiàn)敵人時，充分利用低洼地和山坡背面的地形，便于車長在不熟悉的地形中進(jìn)行觀察，車輛的其余部分處于隱蔽狀態(tài)，可以提高乘車戰(zhàn)斗系統(tǒng)的安全性，及時發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)和摧毀。針對望遠(yuǎn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)行分析并設(shè)計桅桿式的觀瞄系統(tǒng)：

1.瞄準(zhǔn)裝置可以與聯(lián)合陸軍主動防御系統(tǒng)一起構(gòu)成強(qiáng)有力的自衛(wèi)系統(tǒng)，對目標(biāo)實施快速有效的打擊。

2.利用陀螺儀穩(wěn)定五棱鏡，可以在行進(jìn)中觀察到穩(wěn)定的圖像。

3.相對與光電桅桿系統(tǒng)、采用攝像頭觀察目標(biāo)造價便宜。

4.可以判定敵方目標(biāo)的方向和距離。利用其望遠(yuǎn)系統(tǒng)更好地觀察目標(biāo)。

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[責(zé)任編輯 安世友]