樊水康，王建國，賈立新，馮培倫

（1.北方自動控制技術研究所，太原 030006；2.解放軍駐華光廠軍代室，北京 100050；3.解放軍駐二○七研究所軍代室，太原 030006）

0 引言

隨著計算機電子技術、網(wǎng)絡技術、武器裝備的發(fā)展，火控系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，目前火控系統(tǒng)已發(fā)展為第四代火控系統(tǒng)。陸裝武器火控系統(tǒng)通常包括炮兵壓制武器火控、防空武器火控、裝甲突擊武器火控和工程兵武器火控等武器類型。按照用途可分為艦面火控系統(tǒng)、航空火控系統(tǒng)、地面火控系統(tǒng)；按照武器種類可分為輕武器火控系統(tǒng)、重武器火控系統(tǒng)和裝甲火控系統(tǒng)；按照目標獲取方式、瞄準射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊。具體完成的主要功能包括：目標搜索與識別、氣象與彈道條件測量、武器射擊諸元的計算與裝定、武器射擊控制等。

1990年之后的火控系統(tǒng)被稱之為現(xiàn)代火控系統(tǒng)，以突出系統(tǒng)總體功能和性能為特點，依據(jù)發(fā)展歷程分為模塊化火控系統(tǒng)、總線式火控系統(tǒng)和網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)。模塊化火控系統(tǒng)以火控計算機為核心，以串口為通信總線；總線式火控系統(tǒng)以CAN總線為通信總線，提升了火控系統(tǒng)的性能；網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)將計算機網(wǎng)絡技術引入，全面提升武器系統(tǒng)信息交互能力。

1 火控系統(tǒng)概念

控制武器自動或半自動地實施瞄準、發(fā)射的裝備總稱為火力控制系統(tǒng)，簡稱為火控系統(tǒng)。陸裝武器火控系統(tǒng)按照目標獲取方式、瞄準射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊，直瞄射擊火控通常是通過戰(zhàn)車的雷達或廣電探測設備獲取目標信息、實時跟蹤目標，并進行諸元計算，控制火炮完成近距射擊；裝甲火控和防空火控屬于直瞄式武器；間瞄射擊通常通過指揮系統(tǒng)或偵查系統(tǒng)獲取目標信息，進行目標的諸元解算，進而控制火炮完成中遠距離火力打擊，炮兵壓制武器火控和工程兵武器火控屬于間瞄射擊［1-2］。

火控系統(tǒng)是隨著武器裝備和電子技術的發(fā)展而發(fā)展的，功能也隨之復雜，目前火控系統(tǒng)已發(fā)展到第四代。第一代火控系統(tǒng)以目視測距為測距方法，以分劃板為彈道解算裝置，射角裝定采用手動裝定方式，火炮位置傳動系統(tǒng)以手動方式為主，瞄準儀器為可見光瞄準儀器；第二代火控系統(tǒng)升級為光學方式測距，射角方式采用動力裝定，火炮傳動位置系統(tǒng)升級為電力或液力傳動；第三代火控系統(tǒng)引入了模擬計算機，采用激光測距方法，射角裝定方式為自動裝定，瞄準儀器為晝、夜瞄準鏡；隨著數(shù)字計算機的發(fā)展隨之誕生第四代火控系統(tǒng)，采用多功能的綜合瞄準鏡為瞄準儀器。

雖然火控系統(tǒng)在不同兵種的武器系統(tǒng)中范疇不盡相同，但包括了武器系統(tǒng)中絕大部分的電子設備，承載了武器系統(tǒng)中的通信控制、目標識別與跟蹤、炮車控制、鏡體控制、定位導航和傳輸顯示等最主要和最關鍵的作戰(zhàn)任務，是武器系統(tǒng)的核心組成部分。

2 陸裝武器火控系統(tǒng)組成與功能

火控系統(tǒng)研究的問題是如何將射彈射向目標并使其射中目標?；鹂叵到y(tǒng)組成單元通常包括：雷達或光電目標探測、跟蹤裝置、火控計算機、隨動系統(tǒng)與火炮穩(wěn)定系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)。雷達或光電目標探測主要完成發(fā)現(xiàn)目標并完成目標探測，獲得目標的測量，并給出目標位置的原始信息和跟蹤信息，即距離、高低角、方位角、目標的運動速度和方向。火控計算機主要完成采集武器系統(tǒng)的運動信息，縱傾、橫傾姿態(tài)角信息、氣象信息等，完成彈道諸元的解算和調炮諸元的解算。隨動系統(tǒng)與火炮穩(wěn)定系統(tǒng)則根據(jù)調炮諸元控制火炮到射擊位置，若武器在運動中，需要穩(wěn)定火炮在射擊位置。傳感器系統(tǒng)實時測量武器系統(tǒng)的狀態(tài)和各種系統(tǒng)信息。火控系統(tǒng)的工作流程分為三大步驟，如圖1所示：

圖1 火控系統(tǒng)工作流程示意圖

火控系統(tǒng)作為武器控制系統(tǒng)的核心部分，具體完成的主要功能包括：目標搜索與識別、目標參數(shù)測量、氣象與彈道條件測量、武器車體參數(shù)測量、武器射擊諸元的計算與裝定、武器射擊控制、武器瞄線和射擊線的穩(wěn)定等［3］。

陸裝兵器火控系統(tǒng)主要包括防空火控系統(tǒng)、裝甲車火控系統(tǒng)和壓制武器火控系統(tǒng)。

2.1 防空火控系統(tǒng)

典型綜合防空火控系統(tǒng)對空作戰(zhàn)過程分為搜索目標、情報處理、指定作戰(zhàn)方案、捕獲搜索目標、解算射擊諸元、武器接收射擊諸元、射擊控制、轉火、停火等階段。下頁圖2為防空自行高炮火控系統(tǒng)原理圖。

2.2 裝甲火控系統(tǒng)

裝甲火控系統(tǒng)由彈道計算機、炮長、控制臺、控制設備和傳感器等設備組成，內部信息以彈道計算機為中心進行信息交互。圖3為典型坦克組成框圖。

圖2 自行高炮火控系統(tǒng)原理圖

圖3 坦克火控系統(tǒng)框圖

2.3 壓制火控系統(tǒng)

壓制武器火控系統(tǒng)由火控計算機、炮長、定位定向導航系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)以及傳感器等設備組成，火控計算機為內部信息交互的中心，在執(zhí)行火控系統(tǒng)作戰(zhàn)任務時，作戰(zhàn)任務指令、控制數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等均以火控計算機為中心進行信息交互。典型壓制武器火控系統(tǒng)的組成如圖4所示。

3 現(xiàn)代火控系統(tǒng)發(fā)展概況

圖4 壓制武器火控系統(tǒng)的組成

通常以1990年為界，將1990年之前的火控系統(tǒng)稱為簡易火控系統(tǒng)，1990年之后的稱為現(xiàn)代火控系統(tǒng)，現(xiàn)代火控系統(tǒng)以突出系統(tǒng)總體功能和性能為特點［4-5］?，F(xiàn)代火控系統(tǒng)具體又分為3個階段，1990年～2000年為模塊化火控系統(tǒng)，2000年～2010年為總線式火控系統(tǒng)，2010年至今為網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)。以陸軍壓制武器火控系統(tǒng)為例，本文對這3個階段的火控系統(tǒng)進行具體介紹。

3.1 模塊化火控系統(tǒng)

模塊化火控系統(tǒng)于20世紀90年代成型，是我國真正意義上的第一代模塊化火控系統(tǒng)。模塊化火控系統(tǒng)以火控計算機為核心，采用串口進行連接通信，自主決定射擊諸元，可進行自動瞄準，交互界面采用EL平板漢字菜單顯示，具備標準單炮接口，可兼容70 km子母彈、殺爆彈、云爆彈、末敏彈以及150 km子母彈，是壓制武器中火箭炮的基型火控系統(tǒng)。代表產品有155 mm自行加榴炮、遠程火箭炮、坦克火控系統(tǒng)等。

圖5為某型火箭炮火控系統(tǒng)的組成框圖，為典型的模塊化火控系統(tǒng)。該火控系統(tǒng)由16個單體組成：火控計算機、火控操作顯示臺、地面操作顯示臺、炮長顯示器、地面發(fā)控裝置、彈上儀器仿真儀、車外發(fā)射裝置、慣性定位定向導航裝置、姿態(tài)角傳感器、藥溫測量裝置、火控配電箱、GPS定位定向導航裝置、打印機、電臺、通信控制器、車通。

圖5 典型模塊化火控系統(tǒng)組成

火控系統(tǒng)采用RS232串行通信口構建通信網(wǎng)絡架構；以火控計算機和地面發(fā)控裝置為控制核心進行分布式控制，綜合完成火控系統(tǒng)的各項功能、性能；建立了簡易控制火箭彈的發(fā)射控制標準平臺，規(guī)定了硬件接口和軟件模塊；能夠實現(xiàn)70 km、150 km簡易控制火箭彈的發(fā)射控制。

3.2 總線式火控系統(tǒng)

隨著計算機通信技術的發(fā)展，總線式火控系統(tǒng)應運而生?？偩€式火控系統(tǒng)是模塊化火控系統(tǒng)的數(shù)字化升級改造，采用總線式分布式控制系統(tǒng)，各主要功能單元掛接在CAN總線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。該火控系統(tǒng)仍以火控計算機和地面發(fā)控裝置為控制核心進行分布式控制。

總線式火控系統(tǒng)與模塊化系統(tǒng)相比，主要體現(xiàn)在采用更加可靠的CAN總線作為通信方式，彩顯及計算機性能明顯升級提高，采用了簡控彈和制導彈的標準接口，可完成傳遞對準及北斗星歷裝訂及授時，基于車載捷聯(lián)式慣導進行調炮控制，調炮精度顯著提高。代表產品有122榴彈炮、155加榴炮數(shù)字化改造、425彈炮結合等。

總線式火控系統(tǒng)組成單體基本不變，由16個單體組成：火控計算機、火控操作顯示臺、地面發(fā)控裝置、地面操作顯示臺、彈上儀器仿真儀、車外發(fā)射裝置、點火隔離裝置、炮長顯示器、北斗、火控配電箱、藥溫測量裝置、姿態(tài)角傳感器、車載慣性定位定向導航裝置、電臺、通信控制器、車通，如圖6所示。

圖6 總線式火箭炮火控系統(tǒng)

總線式火箭炮火控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)70 km、150 km簡易控制火箭彈和制導火箭彈的發(fā)射控制，從系統(tǒng)架構、硬件組成、接口和軟件等方面建立了簡易控制火箭彈和制導火箭彈管式共架發(fā)射控制標準平臺。

3.3 網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)

21世紀以來，計算機網(wǎng)絡技術迅猛發(fā)展，將計算機網(wǎng)絡技術引入現(xiàn)代火控系統(tǒng)成為必然趨勢。以太網(wǎng)的傳輸速率可達100 M/1 000 M，在現(xiàn)代火控系統(tǒng)發(fā)展中具有無可比擬的優(yōu)勢。網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)+局部CAN信息采集的網(wǎng)絡架構，全面提升武器系統(tǒng)信息交互能力，代表產品為新一代火控系統(tǒng)。

圖7為典型的網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)組成框圖。該火控系統(tǒng)采用火控電氣一體化設計，網(wǎng)絡化1 000 M帶寬，采用C/S架構服務器客戶端模式，人機交互方式采用圖元界面，采用構件化軟件設計，具備“一鍵式”流程操作功能，采用LRM機箱全壽命周期成本設計，具備嵌入式故障診斷和在線模擬訓練功能，設計采用多彈種共架發(fā)射，可兼容多種型號火箭彈的發(fā)射。

圖7 網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)組成圖

4 新一代火力打擊體系下的火控系統(tǒng)

陸軍新一代中遠程火力打擊系統(tǒng)由偵察感知裝備、指揮控制裝備、通信網(wǎng)絡裝備等組成，是集精確偵察、高效指揮和實時評估于一體，滿足戰(zhàn)役軍團、戰(zhàn)術兵團和戰(zhàn)斗分隊的火力打擊需要，并與火力打擊武器系統(tǒng)高度融合的綜合信息系統(tǒng)［6-8］。

新一代中遠程火力打擊系統(tǒng)具備偵察感知裝備突出遠程火力打擊能力，指揮控制和通信網(wǎng)絡裝備應滿足三級火力打擊需求。偵察感知裝備主要包括無人機系統(tǒng)、航天信息綜合應用系統(tǒng)、偵察校射雷達等；指揮控制裝備包括指揮車、綜合信息車、通用信息處理平臺等；通信網(wǎng)絡裝備包括火力打擊鏈和聯(lián)合戰(zhàn)術通信系統(tǒng)。

武器系統(tǒng)設計3種通信鏈路，分別為指揮網(wǎng)、戰(zhàn)斗協(xié)作網(wǎng)和火力打擊數(shù)據(jù)鏈。指揮網(wǎng)為新一代的聯(lián)合戰(zhàn)術通信系統(tǒng)網(wǎng)絡；戰(zhàn)斗協(xié)作網(wǎng)采用專用的通信體制實現(xiàn)武器平臺間的通信；火力打擊數(shù)據(jù)鏈采用升空中繼方式，具備遠距離、高速通行能力，為平臺實現(xiàn)“偵察打擊一體化”和智能彈藥的控制提供基礎。圖8為新一代火力打擊體系的組成圖。

圖8 新一代火力打擊體系架構圖

多媒體信息交換處理中心主要完成戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)信息、武器協(xié)作網(wǎng)信息、火力打擊鏈信息等車際信息和任務總線、控制總線等車內信息間的格式轉換和信息交換，是武器平臺信息共享的核心。是集成火控計算、信息處理、數(shù)據(jù)庫管理、構件庫管理功能于一體的服務器。圖9為新一代火力打擊體系下信息控制結構圖。

圖9 新一代火力打擊體系信息控制結構圖

根據(jù)武器平臺上裝部分的控制方式，每個乘員均配置一個多媒體顯示操作終端。這些乘員終端在硬件上完全一樣，根據(jù)不同的乘員席位初始化時從多媒體信息交換處理中心下載不同的乘員客戶端軟件或指揮軟件。乘員終端結合了圖形、圖像、語音和數(shù)據(jù)的處理功能。代替原武器平臺中的操控面板、車通控制盒等設備。

5 結論

通過對國內外裝備進行研究，發(fā)現(xiàn)武器裝備系統(tǒng)主要具有如下發(fā)展趨勢：武器裝備向高機動、輕型化、體系化發(fā)展；成體系一體化C4ISR，C4ISR指揮控制系統(tǒng)體系化，從偵查探測到指揮控制到武器打擊到效能評估到系統(tǒng)保障，“偵、控、打、評、保”的一體化；武器裝備信息化發(fā)展，偵察系統(tǒng)、無人機、衛(wèi)星、彈載數(shù)據(jù)鏈等數(shù)據(jù)的接入，武器裝備360°全方位監(jiān)視和告警；武器裝備控制一體化、無人、遙控、智能化發(fā)展，裝備具有的單人操作、遙控操作、無人炮塔、智能化操作的方式，全炮電氣、火控、底盤、自動裝填等的控制一體化設計實現(xiàn)。

未來戰(zhàn)爭是信息化戰(zhàn)爭，未來戰(zhàn)場是信息化的戰(zhàn)場，戰(zhàn)爭的決勝將是最能詳實掌握戰(zhàn)場情況，最能有效地在自身各要素間傳遞信息，并能更快、更準、更遠地使用武力一方。武器平臺要信息化，火控系統(tǒng)要向綜合化、信息化發(fā)展，指控系統(tǒng)向武器平臺延伸，形成火指控一體化的網(wǎng)絡化的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

火控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要在總體技術、裝備的信息化技術、控制技術3方面?？傮w技術：將火控系統(tǒng)和指控系統(tǒng)發(fā)展成為成套的火力控制和指揮控制的系統(tǒng)；信息化技術：發(fā)展先進的通信系統(tǒng)與指揮系統(tǒng)的互聯(lián)互通技術，實現(xiàn)實時網(wǎng)絡通信及數(shù)據(jù)處理；控制技術：加強電氣、火控一體化設計，優(yōu)化系統(tǒng)體系結構；火控系統(tǒng)和平臺穩(wěn)定需加強高速運動和復雜環(huán)境射擊的控制，提高射擊精度和命中率。

結論和建議：本文對火控系統(tǒng)的概念、功能及組成進行了簡要描述，重點介紹了現(xiàn)代火控系統(tǒng)的發(fā)展歷程:模塊化火控系統(tǒng)、總線式火控系統(tǒng)與網(wǎng)絡化火控系統(tǒng)，并基于典型應用對這3種火控系統(tǒng)的組成及特點進行了闡述，最后對火控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢進行了展望。