嵌入式智能平臺(tái)在坦克火控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用

第二次世界大戰(zhàn)末期裝備的第一代坦克火控系統(tǒng)只配有簡(jiǎn)單的光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡。這種光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡用視距法測(cè)距，即如果目標(biāo)的高度或?qū)挾纫阎?，那么就可通過(guò)它在瞄準(zhǔn)鏡視場(chǎng)中所占的分劃數(shù)估算出或直接讀出目標(biāo)的距離。這種火控系統(tǒng)在900米內(nèi)，原地對(duì)固定目標(biāo)的首發(fā)命中率為50%。

由于用視距法測(cè)距，當(dāng)距離超過(guò)900米時(shí)坦克的命中率會(huì)顯著下降，因此，20世紀(jì)50年代裝備的第二代坦克火控系統(tǒng)在原光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡的基礎(chǔ)上增配了體視式或合像式測(cè)距機(jī)和以凸輪等為函數(shù)部件的機(jī)械式彈道計(jì)算機(jī)，性能比第一代有了明顯提高，在1300米距離內(nèi)射擊標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的首發(fā)命中率為50%。

20世紀(jì)60年代初期裝備的第三代坦克火控系統(tǒng)由光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡、光學(xué)測(cè)距機(jī)和機(jī)電模擬式彈道計(jì)算機(jī)組成，并開(kāi)始配用了一些彈道修正傳感器。這種火控系統(tǒng)在1400米的距離內(nèi)原地對(duì)固定目標(biāo)的首發(fā)命中率為50%。美國(guó)在M60A1坦克上率先使用

了這種火控系統(tǒng)。

進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，世界各國(guó)都相當(dāng)重視坦克火控系統(tǒng)的現(xiàn)代化。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的主戰(zhàn)坦克，其火控系統(tǒng)不僅采用了數(shù)字式彈道計(jì)算機(jī)、敵我識(shí)別系統(tǒng)、目標(biāo)自動(dòng)瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)，而且還采用了戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)斗管理系統(tǒng)等。這樣，敵方的狀況、射擊的數(shù)據(jù)、我方的情報(bào)等，不僅是一輛坦克內(nèi)的所有乘員，而且同一部隊(duì)的坦克之間都能共享。因此，不光是一輛坦克，而且整個(gè)部隊(duì)的情報(bào)能力都有一個(gè)劃時(shí)代的飛躍。這些火控系統(tǒng)已具備了第五代的特征。

下面以研祥的嵌入式智能平臺(tái)為基礎(chǔ)講述嵌入式智能平臺(tái)在火控系統(tǒng)中的應(yīng)用。該火控系統(tǒng)是為國(guó)產(chǎn)某式主戰(zhàn)坦克研制的新型火控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與車長(zhǎng)的晝/夜?jié)撏R有一個(gè)接口，使得車長(zhǎng)能超越炮長(zhǎng)進(jìn)行控制或回轉(zhuǎn)炮塔以對(duì)付不同的目標(biāo)。

一、系統(tǒng)組成

(一)觀瞄設(shè)備

觀瞄設(shè)備包括晝、夜、測(cè)距三合一的穩(wěn)定視場(chǎng)的瞄準(zhǔn)鏡，包括主瞄準(zhǔn)鏡、激光發(fā)射腔、激光電源和計(jì)數(shù)器、1×潛望進(jìn)鏡和微光瞄準(zhǔn)鏡。它的功能是觀察戰(zhàn)場(chǎng)、瞄準(zhǔn)和跟蹤目標(biāo);確定目標(biāo)距離;確定目標(biāo)高低和方位角速度。

它的特點(diǎn)有：

1.通過(guò)直接穩(wěn)定視場(chǎng)的方法使炮長(zhǎng)能清楚地觀察戰(zhàn)場(chǎng)，容易瞄準(zhǔn)，跟蹤平穩(wěn)并能可靠地測(cè)量距離。

2.微光瞄準(zhǔn)鏡、1×潛望鏡、激光發(fā)射腔等通過(guò)積木式設(shè)計(jì)方法與主瞄準(zhǔn)鏡連接，這樣互換性好而且維修方便。

3.激光測(cè)距儀使用首/末脈沖邏輯技術(shù)，以便抑制假目標(biāo)。

(二)彈道計(jì)算機(jī)

彈道計(jì)算機(jī)包括研祥產(chǎn)ESM-5510CLD計(jì)算機(jī)主體、控制面板和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

它的功能是：根據(jù)所選擇的彈咱、目標(biāo)距離、所有自動(dòng)傳感器的輸出和手動(dòng)裝定的參數(shù)，計(jì)算武器的射角和方位提前角;顯示所有的輸入信號(hào)、中間結(jié)果和輸出的射擊諸元;自檢;當(dāng)火控系統(tǒng)處于分劃自動(dòng)裝定工作方式時(shí)，瞄準(zhǔn)鏡分劃由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)裝定。

它的技術(shù)特點(diǎn)有：武器射擊諸元用循環(huán)計(jì)算方式計(jì)算，以便提高首發(fā)命中率;由于采用大規(guī)模集成電路，彈道計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定而且工作可靠;用一個(gè)射擊中斷開(kāi)關(guān)來(lái)快速檢查彈丸脫靶的原因。

(三)修正量傳感器

目標(biāo)高低和方位角速度傳感器包含在瞄準(zhǔn)鏡中。傾斜傳感器(垂直陀螺)用來(lái)測(cè)量炮耳軸的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)傾斜角。葉片式的橫風(fēng)傳感器(可任選)用來(lái)測(cè)量炮塔所處位置的橫風(fēng)。炮塔角速度傳感器(測(cè)速發(fā)電機(jī)式)用來(lái)測(cè)量在自動(dòng)裝定分劃工作方式時(shí)的目標(biāo)方位角速度。

(四)火炮雙向穩(wěn)定器

火炮雙向穩(wěn)定器包括執(zhí)行電機(jī)、陀螺儀組、轉(zhuǎn)換器、角度限制器、電磁離合器、自動(dòng)鎖定裝置、控制臺(tái)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、電機(jī)放大機(jī)、放大器、配電箱、車體陀螺、炮塔陀螺、輔助油箱、液力增壓器和液壓動(dòng)力缸。火炮雙向穩(wěn)定器的功能是：當(dāng)坦克運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定火炮，并提供火炮射擊的機(jī)會(huì);炮長(zhǎng)或車長(zhǎng)可用它來(lái)驅(qū)動(dòng)火炮，并在射擊前使火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)。

火炮雙向穩(wěn)定器的技術(shù)特點(diǎn)是：通過(guò)使用復(fù)合控制和穩(wěn)定的原理，使火炮雙向穩(wěn)定器呈現(xiàn)出良好的火炮跟蹤性能和高的穩(wěn)定精度;由于使用了先進(jìn)的部件和控制方法，該火炮雙向穩(wěn)定器有良好的低速性能，并具有在傾斜的坦克上回轉(zhuǎn)火炮的能力。

(五)控制設(shè)備

控制設(shè)備的功能是：對(duì)視場(chǎng)穩(wěn)定的測(cè)距瞄準(zhǔn)鏡、彈道計(jì)算機(jī)和火炮雙向穩(wěn)定器之間進(jìn)行電連接，綜合并處理所有的控制信號(hào);形成火炮允許射擊信號(hào);強(qiáng)迫火炮進(jìn)入允許射擊門;顯示火控系統(tǒng)工作方式并輔助進(jìn)行火炮與瞄準(zhǔn)線準(zhǔn)直調(diào)整。

該火控系統(tǒng)的方塊圖如圖所示。

二、原理與特點(diǎn)

該火控系統(tǒng)有穩(wěn)像式工作方式和自動(dòng)裝定分劃工作方式兩種。

(一)穩(wěn)像式工作方式

炮長(zhǎng)控制工作臺(tái)以便驅(qū)動(dòng)瞄準(zhǔn)線。瞄準(zhǔn)鏡的位置信號(hào)輸入給火炮雙向穩(wěn)定器，火炮的位置信號(hào)反饋回來(lái)與瞄準(zhǔn)鏡的位置信號(hào)比較形成一個(gè)閉環(huán)，于是火炮跟隨瞄準(zhǔn)線運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)目標(biāo)已被瞄準(zhǔn)并已測(cè)量了它的距離后，彈道計(jì)算機(jī)根據(jù)下列數(shù)據(jù)循環(huán)計(jì)算武器的射擊諸元，這些數(shù)據(jù)是來(lái)自自動(dòng)傳感器的距離、目標(biāo)相對(duì)角速度、炮耳軸傾斜、橫風(fēng)數(shù)據(jù)以及人工裝定的彈種、藥溫、氣溫、初速數(shù)據(jù)。計(jì)算好的射擊諸元與火炮位置信號(hào)進(jìn)行綜合。綜合后的信號(hào)輸入到火炮雙向穩(wěn)定器，通過(guò)控制火炮來(lái)自動(dòng)控制火炮的射角和方位提前角。當(dāng)火炮到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，控制設(shè)備產(chǎn)生允許火炮射擊信號(hào)并將其傳送到火炮射擊電路。如果此時(shí)炮長(zhǎng)按下發(fā)射按鈕，則火炮就可立即射擊。

(二)自動(dòng)裝定分劃方式

此時(shí)，鎖定穩(wěn)像陀螺，于是視場(chǎng)不再穩(wěn)定。炮塔角速度傳感器產(chǎn)生目標(biāo)的方位角速度信號(hào)。當(dāng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)并測(cè)定距離后，計(jì)算機(jī)只計(jì)算一次并產(chǎn)生射擊諸元信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)裝定瞄準(zhǔn)鏡中的環(huán)形分劃。當(dāng)用環(huán)形分劃再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，炮長(zhǎng)就可開(kāi)火。

該火控系統(tǒng)的特點(diǎn)有：瞄準(zhǔn)鏡獨(dú)立穩(wěn)定，具有較高的穩(wěn)定精度，以便在坦克行進(jìn)中由炮長(zhǎng)觀察、瞄

準(zhǔn)、跟蹤目標(biāo)并測(cè)定目標(biāo)的距離及目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度;配有允許射擊門(即符合門)使系統(tǒng)能自動(dòng)找準(zhǔn)確的開(kāi)火時(shí)機(jī);在戰(zhàn)斗環(huán)境中，由于射擊條件隨時(shí)都可改變，彈道計(jì)算機(jī)能循環(huán)計(jì)算并產(chǎn)生新的射擊諸元，不斷提供給火炮，可以提高首發(fā)命中率;自動(dòng)裝定射角和方位提前角而不擾動(dòng)瞄準(zhǔn)線，火控系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到開(kāi)火大約只需6s;炮長(zhǎng)1×潛望鏡與微光瞄準(zhǔn)鏡可互換;系統(tǒng)配有目標(biāo)方位角速度、目標(biāo)高低角速度、炮耳軸傾斜、橫風(fēng)4種自動(dòng)傳感器和藥溫、氣溫、初速、手動(dòng)裝定橫風(fēng)、手動(dòng)裝定距離以及在方位向和高低向的綜合修正6種手動(dòng)裝定參數(shù)，還可選擇多種彈種;火控系統(tǒng)可與原坦克的車長(zhǎng)晝/夜?jié)撏矫闇?zhǔn)鏡接口，此時(shí)車長(zhǎng)可以超越控制調(diào)轉(zhuǎn)火炮到作戰(zhàn)方向;火控系統(tǒng)是指揮儀式的，使得坦克能在行進(jìn)中快速、準(zhǔn)確地射擊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。