火力控制技术

火力控制技术参考资料火力与指挥控制–魏云升郭治王校会–北京理工大学出版社–ISBN7-5640-0039-2火力控制系统总论–魏云升秦继荣等–科学技术文献出版社–ISBN7-5023-3047-7/TJ·2现代坦克火控系统–作者：朱竞夫王钦钊–国防工业出版社–ISBN7-118-03170-4/TJ·175讲在前面的话火力控制技术，这是一门研究如何使武器能够准确命中目标的综合技术。火力控制技术是结合诸多技术的综合技术。它涉及机械、电子、光学以及控制理论等诸多学科。在这里，我们期望通过初步的学习，了解火力控制技术的基本概念以及火力控制系统的基本组成。本课程内容主要是介绍火力控制系统的结构和基本工作原理，并以一个火力控制系统的实际例子作为课程的结束。讲在前面的话本课程为考察课，主要做为开阔眼界、扩大知识面而开设。课程学习过程中，重在参与。考核方式目前待定，有可能是以综合大型作业附加答辩进行第一章火力控制系统介绍1-1概述1-2火力控制系统的定义及特征1-3典型火控系统组成1-4火控技术的应用领域与应用模式1-5影响武器精度的诸项要素1-6火控技术发展历程和发展方向第一节概述控制火炮、火炮群或导弹发射器瞄准和射击的整套设备。火力控制系统常用于地面和舰上火炮、防空火炮、轰炸机防御火炮以及船上和飞机上的火箭、导弹的控制。广义的火力控制系统还包括指挥截击机的飞机、导弹的地面引导站、弹道导弹防御系统中的地面系统。研究火力控制系统的综合技术称为火力控制技术火力控制系统简单的火力控制系统主要由敏感元件、计算机和定位伺服机构组成（图1）。常用的火力控制系统有防空系统、航空火力控制系统、舰载火力控制系统、反坦克导弹控制系统、反导弹防御火力控制系统等基本构成第二节火力控制系统的定义及特征所有的火力控制问题都是围绕着从武器的发射——射弹击中所选择的目标这一事实产生的。其中，目标和武器都有可能是处于运动状态。因此，我们可以这样定义，火力控制实际上是研究：武器弹丸发射并如何使弹丸有效命中目标这样一个控制过程。具体研究的问题又可以这样描述，为瞄准目标而实施的搜索、识别、跟踪；为命中而进行的依据目标状态测量值、弹道方程（射表）、目标运动假定、实际弹道条件、武器运载体运动方程等诸多条件下计算射击诸元；以射击诸元控制武器随动系统驱动武器线趋近射击线，并依据射击决策自动或半自动执行射击程序，最终使弹丸命中目标。一、几个重要名词解释目标状态测量值瞄准线跟踪线武器线射击线射击诸元射击决策几个重要名词解释弹道方程武器运载体目标状态测量值静止目标：与武器在同一球坐标系内的相对方位角和高低角及距离运动目标：目标的运动速度、方向、距离的当前值实际上，对运动目标的射击火力控制还将考虑目标未来（从弹丸发射到接近目标——近炸）轨迹的假设瞄准线是以观测器材回转中心为起始点，通过目标中心的射线。观测器材可以是光学、红外等任何一种瞄准装置跟踪线是以观测器材回转中心为起始点，通过观测器材中某一基准点的射线此时，观测器材自身形成一条直线，以此用来对目标进行跟踪。武器线武器线是以武器身管或发射架（火箭或导弹）回转中心为起点，沿膛内或发射架上弹头运动方向所构成的射线显然，武器在发射弹丸时，武器线必须与目标之间有一定的关系，方能命中目标。对于静止和运动目标，武器线的指向在发射时显然是不同的。射击线在武器发射瞬间时的武器线射击诸元射击线在大地坐标系中的方位角和高低角实际上，还应有武器装定的参数等。主要用于确定武器发射前的最后参数，目的是命中目标射击决策射击决策是指，由于目标的运动，使得射击线无法完全满足命中的条件，因此有必要设定一个有效范围，该范围的大小设定将和射击决策有关，通常以一定的概率统计规律中得到。只有射击诸元误差小于允许的希望值即在满足射击条件时，武器才可以射击弹道方程弹道方程是一个或一组表达式，它以目标的运动状态观测值为依据，再考虑气象等其他条件，来求解射击诸元。有时候可以以表格的形式出现（射表）。弹道方程的建立对于武器是至关重要的。武器运载体所有搭载武器系统的运动载体，如车辆、舰船、航空器、航天器等二、火控系统应具备的功能对于不同的武器系统，火控系统完成的任务是不尽相同的，一般说来，火控系统具备以下功能：测定目标利用各种探测、跟踪器材，搜索、发现、识别、跟踪目标，并测定目标坐标。探测器材可以是雷达、红外成像设备、微光夜视设备、CCD电视摄像设备、声纳设备、光学瞄准设备等；为有效探测和识别目标，还需要有相应的数据处理设备。注：若干年前，雷达等目标探测、搜索器材没有作为火控系统的一部分，而现在雷达已经可以作为火控系统的组成部分了估计目标未来状态及坐标依据目标运动模型、目标坐标的观测值，估计目标的运动状态参数（位置、速度、加速度等），这就需要相应的算法和计算装置。算法的研究涉及到控制理论等诸多学科计算射击诸元依据弹头的外弹道特性、实际气象条件、地理特征、武器载体及运动目标状态，预测命中点，求取射击诸元。这是火控系统最核心的功能。注意，这里每一个参数的计算，都有着相应的控制算法依据射击诸元，驱动武器线趋近于射击线利用动力装备，驱动武器平台按照射击诸元要求到达指定位置。这将由武器随动系统来完成。这对于攻击高速运动目标尤其重要，随动系统的特性直接影响到武器的最终性能。实施脱靶量检测通常，第一发弹头总是存在命中误差，为能够在下一次射击尽量减小射击命中误差，就有必要对落点误差进行探测。脱靶量检测可由相应的观测器材来完成。从而实现大闭环火力控制。注意，对于高速运动的目标或低射速武器，此时的大闭环火力控制将在使用上有很大的局限性大闭环控制在美军近程防空反导方面已有了初步尝试。实现瞄准线、跟踪线、武器线稳定控制对于搭载在武器载体上的武器系统，由于地形及载体运动等原因，必须实时测量武器载体的运动状态及变化率，并对武器进行稳定方面的控制。稳定控制主要是为满足行进间射击而设置与上一级指挥系统数据通讯，使武器成为指挥控制系统的终端，实现指挥控制。作为现代化武器系统，除在精度、威力方面有很高要求之外，还必须考虑现代战场的信息化、数字化发展趋势。为此，一个最基本的武器平台，必须能够作为指挥系统的武器终端，使指挥层能随时掌握武器的状态，实现有效的指挥和控制。在这方面，有效的数据通信是实现指挥控制的关键。只有这样，才能使每个单独的武器平台结合成一个有机的整体，实现集群作战，适应现代化战争的需要。其他故障检测和系统性能自检操作人员的模拟训练三、火控系统在武器系统中的作用火控系统是整个武器系统的一个分系统。一般而言，一个现代化武器系统，通常由以下几部分组成：武器发射平台：可以是火炮身管、发射架以及相应装弹机构等武器所发射的弹丸：可以是炮弹、火箭、导弹等以上部分构成基本武器系统武器载体：可以是车辆、装甲车辆、航空航天器、水面舰船、水下舰船等火控系统：实现瞄准、跟踪、控制假如说，没有火控系统的武器只是一个简易的近代化武器，那么具有先进火控系统的武器则迈进了现代化行列，通过网络及信息的共享，实现多目标、多武器条件下的作战，则可以认为进入了信息化时代。信息化时代的作战将与过去的机械化时代作战有着本质的区别，武器的数量将不是关键因素。火控系统的存在，极大地提高了武器的作战效率。例如，二次大战初期，具有和雷达一起工作的火控系统在舰载武器上的装备，极大地提高了炮击命中率。火控系统对诸如高炮防空武器、坦克火炮等非制导武器而言，配备火控系统的目的是提高瞄准、射击目标的快速性和准确性，增强对恶劣战场环境的适应性，充分发挥武器对目标的毁伤能力。对于坦克而言，首发射击的快速性和准确性对武器及人员的战场生存能力来讲是至关重要的特别是以下几点尤其重要：看的远——先发现敌人、打的远——较大的射程、打的准——首发命中、打的狠——大口径高威力穿甲（爆破）战斗部。对战术制导武器来讲，火控系统的配备主要是为改善制导初始条件，减小制导失效率。最终命中目标则是由弹载制导系统完成的。制导与火控在使用上是有区别的。非制导武器火控火控系统通常与制导系统在使用上是有区别的。对于非制导武器系统（例如压制兵器中的大口径火炮、火箭炮、坦克炮等）来说，火控系统完成的任务主要是在武器发射前，依照弹头运动规律，并考虑气象条件，解决如何使武器的武器线最大限度的趋近于射击线。弹丸（头）一旦发射，火控系统将只能对下一发弹头实施控制，而已发射的弹头则是完全按照弹道规律运动。制导武器火控对于战术制导武器而言，将弹头（战斗部）送抵目标区域或使弹头命中目标是火控系统和制导系统共同的任务。这两个系统功能分工的界面是在弹头（战斗部）离开炮身管或发射架的那一瞬间。发射前，火控系统对弹头的控制火控系统对弹头的控制主要是通过控制武器身管或发射架来实现的，它的主要任务是赋予弹头初始方向和一些需要在发射前确定的参数，例如引信分划、转向角、潜入深（深水炸弹、鱼雷）等。此后，对于自寻的制导，火控系统将不再对武器实行控制，而改由弹载制导系统来完成。按功能划分，可归入制导范畴。对非自寻的制导，火控系统中的跟踪分系统有可能成为制导系统的组成部分，用来跟踪弹头；至于如何消除此时弹头与目标之间的误差，则还是由制导系统来完成的。现阶段，火控系统和制导系统、导航系统在硬件上很难区分，可以这样说，同一个系统，在不同的场合，不同的用途可以有不同的名称定义。导航、制导与指挥控制导航：控制武器载体的驾驶，方位、坐标、速度、里程。制导：控制武器弹头的运动，方位、坐标、速度、距离。指控：目标的属性识别，威胁度判断，多目标时的火力分配第三节典型火控系统组成一、目标搜索分系统二、目标跟踪分系统三、火控计算机四、武器随动分系统五、定位定向分系统第三节典型火控系统组成六、载体姿态测量分系统七、弹道与气象条件测量分系统八、脱靶量测量分系统九、通信分系统十、初级供电分系统一、目标搜索分系统目标搜索分系统一般出现在直接瞄准打击武器中，直接瞄准武器主要是区别间接瞄准武器，前者可以是坦克及防空火炮，后者可以是大口径远程火炮和火箭炮以及战术导弹。对于直接瞄准武器来说，因为这类武器对目标的打击是在操作视线可见范围内的，例如地面坦克之间的对抗及地面武器与空中飞行武器平台之间的对抗，此时，该分系统具体又分为以下4部分1、目标搜索装置对于地面作战武器和地面防空武器，目标搜索装置的使用上是有区别的，扩展到整个战区，目标搜索装置可以是警戒与搜索雷达（防空武器）、无人侦察飞机（战区地面）、侦察校射雷达（远程压制武器）、红外预警系统（战场区域预警）、声测系统（水下武器）、变倍大视场观测器材等。讨论到单一武器系统，严格的讲，目标搜索装置已经不属于火控系统的范畴，但目标的搜索确实在武器作战这一环节中有着及其重要的作用，因此我们在此也作简单的讨论。2、目标瞄准装置通过光学、红外、电视摄像等手段探知目标存在的装置通常称为瞄准装置，不同的瞄准手段可适应不同的战场条件。瞄准装置的瞄准线通常是与武器线有直接关联的。因此通过瞄准装置与武器配合就可以进行最基本的火力打击。这种情况是假定火控系统的其他部分出现故障的前提下3、目标测距装置为实现精确打击，现代火控系统测量目标与武器平台之间的距离是非常必要的。了解武器与目标之间的距离是火控系统工作的必要条件，只有这样，火控系统才可以据此实现解算，得到各射击诸元，从而实现精确打击。当前实现距离测量的技术主要是利用激光和雷达，前者适用于坦克等武器系统的近距离（1000米到3000米）测量，后者主要用于较大口径的防空火炮（或防空导弹与飞机之间的距离测量。值得指出的是，早期的坦克火控系统使用光学测距装置，这已不能和现代火控系统相匹配。）4、夜视装置为适应武器的全天候作战，在夜间一些目标观测装置的效能将大大降低，使用能够在夜间条件下完成目标观测的设备，是当前武器系统必须解决的问题。可用的夜视装置可以是：微光夜视、红外夜视等二、目标跟踪分系统对于运动目标（