(中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十三研究所 山西 太原 030032)

引言

改造輕武器的火力控制系統(tǒng)是當(dāng)代輕武器發(fā)展研究的重點(diǎn)課題之一，通過(guò)在輕武器上加裝光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、電氣、輔助機(jī)械等火控裝置，使輕武器逐步擺脫人工火控的落后模式，走上技術(shù)火控的發(fā)展道路，以提高輕武器的綜合作戰(zhàn)能力，適應(yīng)現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭(zhēng)的需要[1]。

為了能更有效地毀傷目標(biāo)，任何武器系統(tǒng)都面臨著幾個(gè)同樣需要解決的問(wèn)題；即:(1)如何更有效地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、觀測(cè)目標(biāo)并確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡;(2)計(jì)算射彈與目標(biāo)相交所需的方位角和高低角提前量；(3)使武器系統(tǒng)準(zhǔn)確定位，準(zhǔn)確發(fā)射。以上幾個(gè)問(wèn)題就是最基本的火力控制問(wèn)題。在某些情況下，火力控制還需解決另外兩個(gè)問(wèn)題:(1)射擊持續(xù)時(shí)間和火力密度；(2)控制射彈定時(shí)引信的起爆時(shí)間[2]。

因此，火力控制可以描述為，為了對(duì)選定的目標(biāo)實(shí)施有效射擊，對(duì)以下1個(gè)或幾個(gè)參數(shù)要定量控制:(1)發(fā)射方向；(2)射擊時(shí)間和火力密度;(3)射彈起爆。其中第一個(gè)參數(shù)是最主要的。能夠完成武器火力控制任務(wù)的體系(包括人和儀器設(shè)備)就構(gòu)成了武器的火力控制系統(tǒng)。一般的技術(shù)火控如下圖：

圖1 一般技術(shù)火控

人工火控的穩(wěn)定性是需要通過(guò)武器操作人員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)體現(xiàn)的，在實(shí)戰(zhàn)狀況下，輕武器的精準(zhǔn)打擊出了武器本身，還需要依靠射手本身。當(dāng)今世界戰(zhàn)場(chǎng)，無(wú)論是技術(shù)偵查，敵后滲透，正面突圍，后方保障等方面，越來(lái)越傾向單兵多能，依靠無(wú)人機(jī)和遠(yuǎn)程操控等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種狀況下的精確打擊[3]。

一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)火控系統(tǒng)的采用對(duì)輕武器綜合作戰(zhàn)能力的提高大體會(huì)在以下幾個(gè)方面產(chǎn)生積極的影響：[4]

●可以更有效、更清晰地在復(fù)雜的氣候條件和地理環(huán)境下發(fā)現(xiàn)并捕獲目標(biāo)；

●可以更精確地測(cè)距、瞄準(zhǔn)，提高首發(fā)命中率；

●提高輕武器對(duì)高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的快速跟蹤和毀傷能力；

●有利于新彈種的研制和使用；

●在一定程度上避免了彈藥消耗，減輕了后勤保障的負(fù)擔(dān)。

一、基本組成

火力控制系統(tǒng)通常由以下3部分組成:(1)搜索和跟蹤系統(tǒng);(2)火控計(jì)算系統(tǒng)；(3)武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。每個(gè)功能系統(tǒng)又包括若干功能單元。這些功能單元分別是:搜索單元；跟蹤單元；彈道數(shù)據(jù)單元；預(yù)測(cè)單元；彈道修正單元；導(dǎo)航單元；補(bǔ)償單元；瞄準(zhǔn)單元；指揮、控制和通信單元；數(shù)據(jù)傳輸單元；引信裝定單元。

各個(gè)單元的工作內(nèi)容如下：

1.搜索單元的基本功能是搜索目標(biāo)，即通過(guò)各種方法連續(xù)觀察、探測(cè)有無(wú)目標(biāo)存在，對(duì)目標(biāo)初始信息做相關(guān)的信號(hào)處理后引導(dǎo)跟蹤單元對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。在要求較高的武器系統(tǒng)中，搜索單元還應(yīng)能識(shí)別目標(biāo)的特性(如大小、形狀和類(lèi)型)，并使用敵我識(shí)別器識(shí)別它是敵方的還是己方的。

2.跟蹤單元的基本功能是當(dāng)目標(biāo)已被搜索到并且跟蹤設(shè)備已經(jīng)鎖定目標(biāo)后，對(duì)目標(biāo)保持連續(xù)跟蹤，并產(chǎn)生代表目標(biāo)位置的跟蹤數(shù)據(jù)(即距離、高低角和方位角)，而且還可以計(jì)算目標(biāo)相對(duì)于武器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向。

3.彈道數(shù)據(jù)單元的基本功能是，把特定槍彈和武器的彈道數(shù)據(jù)提供給武器的其他功能單元。彈道數(shù)據(jù)可以表格數(shù)據(jù)(射表)、曲線擬合或彈道微分方程的形式存儲(chǔ)于火控計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。

4.濾波和預(yù)測(cè)單元是火控計(jì)算系統(tǒng)的核心部分，濾波和預(yù)測(cè)單元的基本功能是對(duì)跟蹤單元提供的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)做線性或非線性濾波，以濾除混雜其間的大量隨機(jī)噪聲并提取目標(biāo)未來(lái)狀態(tài)信息的最佳估計(jì)值。同時(shí)，依據(jù)彈道數(shù)據(jù)單元和彈道修正單元提供的彈道數(shù)據(jù)，計(jì)算出武器瞄準(zhǔn)的目標(biāo)未來(lái)點(diǎn)方向。濾波和預(yù)測(cè)功能是由各種濾波算法實(shí)現(xiàn)的,常用的濾波算法有最小二乘法、維納濾波法和卡爾曼濾波法等。

5.彈道修正單元的基本功能是當(dāng)實(shí)際射擊條件(諸如氣壓、溫度和風(fēng)速等)與標(biāo)準(zhǔn)彈道條件不一致時(shí)對(duì)彈道進(jìn)行修正；根據(jù)武器實(shí)際射擊觀察結(jié)果進(jìn)行彈著點(diǎn)修正。

6.導(dǎo)航單元的基本功能是,為火控計(jì)算系統(tǒng)提供關(guān)于它的基準(zhǔn)平臺(tái)(如車(chē)輛、飛機(jī)、炮架等)的狀態(tài)信息。平臺(tái)的狀態(tài)信息包括位置、速度、加速度、姿態(tài)、姿態(tài)變化速度、姿態(tài)變化加速度等。這些信息對(duì)正確的火控計(jì)算非常重要。

7.補(bǔ)償單元的基本功能是隨時(shí)修正、補(bǔ)償武器系統(tǒng)與火控計(jì)算系統(tǒng)參考坐標(biāo)系之間的任何移動(dòng)，彌合因參考坐標(biāo)系不同所引起的數(shù)值差異。

8.瞄準(zhǔn)單元的基本功能是接收火控計(jì)算系統(tǒng)傳遞的射擊諸元(例如目標(biāo)高低角和方位角指令)，使武器快速精確地跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)。這一功能是由武器的隨動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成的。隨動(dòng)系統(tǒng)是武器系統(tǒng)的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它通常由電機(jī)、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和各種機(jī)械或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。

9.指揮、控制和通信單元的基本功能是,接受外部更高層的指揮控制機(jī)構(gòu)發(fā)布的指揮控制命令,以指導(dǎo)或直接控制本武器系統(tǒng)的工作。指揮、控制和通信單元依靠高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與外部進(jìn)行聯(lián)系。

10.數(shù)據(jù)傳輸單元的基本功能是，在火控系統(tǒng)的各個(gè)功能單元之間高速可靠地傳輸數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這一功能的通常是各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線。

11.引信裝定單元的基本功能是，根據(jù)火控計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果自動(dòng)修正和裝定槍彈的時(shí)間引信。[5]

二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

目前世界范圍內(nèi)通過(guò)對(duì)上述11個(gè)單元進(jìn)行研究，對(duì)輕武器的火控系統(tǒng)都進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)，總體來(lái)說(shuō)都是在努力減少因?yàn)槿藶椴僮鲙?lái)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性，將更多的操作交給計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算，分析等方式，給出更合理的打擊方式，提高武器的精準(zhǔn)性。現(xiàn)階段，已經(jīng)有很多火控產(chǎn)品測(cè)試和列裝，在不同的地域都得到了很好的反饋，例如常見(jiàn)的帶有熱像儀和夜視儀的瞄準(zhǔn)鏡；測(cè)距瞄準(zhǔn)鏡；帶有顯示傳感器和火控計(jì)算機(jī)的頭盔顯示器；遠(yuǎn)程通信和定位裝置，甚至是無(wú)人機(jī)化的單兵雙自由度電機(jī)驅(qū)動(dòng)的武器隨動(dòng)系統(tǒng)等[6]。由于這些火控設(shè)備的使用，輕武器火控系統(tǒng)在很大程度上擺脫了人工火控的落后模式，使輕武器在技術(shù)火控探索方面邁進(jìn)了一大步，輕武器在全天候捕捉目標(biāo)、精確測(cè)距、準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)等方面也都有了顯著的進(jìn)步。值得一提的是，由于采用了先進(jìn)的火控系統(tǒng)，可以精確測(cè)距、計(jì)算彈道和自動(dòng)修正裝定槍彈的時(shí)間引信，以及基于時(shí)間延遲引信的空炸榴彈也開(kāi)始被使用，這對(duì)于躲藏在戰(zhàn)壕里或掩體后的敵人來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的威脅。下面提出幾個(gè)經(jīng)典案例，對(duì)目前的主流技術(shù)火控系統(tǒng)進(jìn)行分析[7]。

三、國(guó)外案例分析

早在2016年，美國(guó)陸軍協(xié)會(huì)年會(huì)上,通用動(dòng)力公司武器與戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)分部展出新型班組武器火控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),將晝用攝像機(jī)、夜用熱成像儀、激光測(cè)距儀及彈道解算器集成于一體。其既可配用在Mk19、Mk47自動(dòng)榴彈發(fā)射器上,也可配用在M2、M2A1機(jī)槍上。射手通過(guò)該系統(tǒng)顯示屏上的用戶(hù)界面進(jìn)行操控,可完成晝夜探測(cè)、識(shí)別、瞄準(zhǔn)及攻擊目標(biāo)的自動(dòng)化瞄準(zhǔn)等操作[8]。

2019年底，美國(guó)陸軍美評(píng)估了一種智能化輕武器火控系統(tǒng)，SMASH，它的最大特點(diǎn)是“只有在保證命中的情況下，才能允許武器開(kāi)火”。這種名為SMASH的輕武器火控系統(tǒng)是以色列智能射手公司(Smart Shooter)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，它可能會(huì)成為美國(guó)陸軍下一代班自動(dòng)武器火控系統(tǒng)(NGSW-FC)。

SMASH系統(tǒng)集夜視、放大、目標(biāo)探測(cè)和跟蹤于一體。該系統(tǒng)使用一種可以?shī)A在槍管上方的瞄準(zhǔn)鏡和一種特殊的手槍握把。按下槍把旁邊的按鈕會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并獲取目標(biāo)，然后在射手的反射瞄準(zhǔn)鏡中顯示跟蹤目標(biāo)的紅色方框。之后，射手扣下扳機(jī)并按住它并持續(xù)跟蹤目標(biāo)。當(dāng)槍管與目標(biāo)正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，武器就會(huì)開(kāi)火，保證命中目標(biāo)。當(dāng)然在其他類(lèi)型的不需要自動(dòng)跟蹤瞄準(zhǔn)的射擊行動(dòng)中，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以被禁用[9]。

這種輕武器火控系統(tǒng)幫助提高了所有射手在白天和夜間與靜止或移動(dòng)目標(biāo)交戰(zhàn)的準(zhǔn)確性，有效的保證了命中率，同時(shí)兼顧了射手的安全。與第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，人均傷亡需要3.5萬(wàn)發(fā)子彈相比較，技術(shù)火控的優(yōu)勢(shì)是人工火控不可比擬的。

四、國(guó)內(nèi)案例分析

我國(guó)輕武器的基礎(chǔ)建設(shè)相對(duì)其他發(fā)達(dá)國(guó)家較晚，所以輕武器的技術(shù)火控系統(tǒng)提出的也相對(duì)晚些，但是我國(guó)目前也有成套的技術(shù)火控系統(tǒng)研發(fā)成功。

10式狙擊步槍就是我國(guó)研發(fā)的一款重型狙擊槍?zhuān)且豢蠲逼鋵?shí)的國(guó)防利器。除去槍械本身的先進(jìn)性和可靠性以外，該輕武器配裝了技術(shù)火控系統(tǒng)，主要是測(cè)瞄合一白光瞄準(zhǔn)鏡和測(cè)瞄合一紅外熱成像瞄準(zhǔn)鏡，使得該武器具備晝夜作戰(zhàn)能力，同時(shí)該系統(tǒng)能自動(dòng)測(cè)距、自動(dòng)解算彈道、自動(dòng)裝定分劃，去提高瞄準(zhǔn)射擊的速度和命中率。這些光電瞄準(zhǔn)鏡包括YMA09式白光瞄準(zhǔn)鏡和YMH10式紅外瞄準(zhǔn)鏡。前者為6～9倍變倍瞄準(zhǔn)鏡，重1.6kg；后者為非致冷紅外技術(shù)夜視瞄準(zhǔn)鏡，重2.5kg，可識(shí)別600m內(nèi)的運(yùn)動(dòng)單兵目標(biāo)或1,500m內(nèi)的運(yùn)動(dòng)車(chē)輛目標(biāo)。這兩種瞄準(zhǔn)鏡的使用方式是一樣的：射手選好彈種，通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)出目標(biāo)距離后，彈道計(jì)算機(jī)就會(huì)根據(jù)氣溫、武器的俯仰角及所選彈種的射表，自動(dòng)解算出射擊諸元并裝定距離標(biāo)尺，采用激光瞄準(zhǔn)，可自動(dòng)修正瞄準(zhǔn)點(diǎn)，在分劃板上自動(dòng)顯示出瞄準(zhǔn)點(diǎn)，最紅得意進(jìn)行精確打擊[10]。

五、結(jié)論

從世界潮流來(lái)看，給輕武器加裝火控系統(tǒng)已經(jīng)成為軍事大國(guó)未來(lái)必然的發(fā)展道路。輕武器發(fā)展到現(xiàn)在，一方面是繼續(xù)通過(guò)新型彈藥，進(jìn)一步提升槍械本身的性能。另一方面就是從武器系統(tǒng)的角度入手，通過(guò)智能化的設(shè)計(jì)，達(dá)到“人槍合一”的境界，進(jìn)一步提高士兵的作戰(zhàn)效力[11]。

由于使用條件和技術(shù)條件的種種限制，輕武器火控系統(tǒng)的研制與其他武器火控系統(tǒng)的研制相比，存在著更多的困難。輕武器的技術(shù)火控之路才剛剛開(kāi)始，各種技術(shù)方案大都處于探索和試驗(yàn)階段，距離實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用尚有一段距離。輕武器裝備數(shù)量巨大，而且輕武器的很多作戰(zhàn)功能是其他武器系統(tǒng)無(wú)法替代的，所以輕武器作為世界武器家族中的一員必將長(zhǎng)久地存在下去，對(duì)輕武器火控系統(tǒng)的改造也將長(zhǎng)久持續(xù)下去?？梢韵嘈?，隨著人類(lèi)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，輕武器火控技術(shù)必將日趨成熟和完善，輕武器火控系統(tǒng)很有可能成為武器火控系統(tǒng)中后來(lái)的精品。