我军研制成功战车通用型多目标全数字化自动跟踪火控系统 ...

战车全数字化目标自动跟踪火控系统，是同时具有对目标实现自动跟踪，对目标多维信息的数字采集和实施目标信息处理等多项功能的战车目标自动跟踪火控系统。【1．2】某单位成功研制的《战车全数字化目标自动跟踪系》原理样机，是国内首次完成的陆战平台电子信息系统中的《全数字化战车目标自动跟踪系统》(以下简称“系统”)的体系结构和功能体系设计，具有我军的特色和优势。对其他武
器自动跟踪火控系统研究具有相当的借鉴意义。
1系统的特点
该系统的原理样机，具有多项功能，使火控系统各主要战技性能获得全面提高。主要表现于下：
1)系统首次在战车火控系统中实现了双目标自动跟踪的结构设计，并进行了平稳而快速地跟踪目标的切换设计；2)目标自动跟踪过程中，成功地进行了目标未来运动状态预测和当前位置的滤波，明显减少了跟踪匹配的范围和提高了跟踪精度，并对各种运动规律的目标都能实现平稳跟踪；
3)主／次目标辨识设计中，“参数辨识模型”和目标信息处理技术应用的研究取得了重要突破，大幅提高实战条件下火控系统的射击精度。

1)主机模块
主板采用先天加固的ALL IN ONE设计方案。
CPU：486内核，BGA封装；RAM：16．32MBEDO DRAM；支持SVGA，支持图形加速功能；
RS．232x2串口，抗+15 kV静电(ESD)，最大通讯速率38 400 b／s；标准CENTRONICS并行接口，支持EPP／ECP；ISA总线；支持IDE 2．5”硬盘和1．44 M软驱；在板DiskOnChip2000，128 M固态盘。
2)DSP模块(DSP卡)
集图像采集、数字图像处理和机动目标信息处理于一体，实时提供目标现在点与瞄准线中心的偏
差、目标运动模型在线辨识、机动目标运动状态估计和解命中问题求鳃等。采取ADSPSHARC2106数字信号处理器并行的结构方案。
3)图像、图形显示模块功能(图像卡、图形卡)
图像显示功能：支持真彩惮色显示，窗口大小和位置，图像的裁减，扩缩以及漫游都可以由程序控制。支持4路PAL，NTSC制式TV复合视频信号，图像输出分辨率320x240．1280x1024；
图形显示功能：支持任意2D图形显示．特殊的字符和汉字可由用户定制，RAMDAC芯片可支持硬件十字准线光标和软件可定义光标。
4)系统通信与控制模块(I／O卡)
系统通信与控制模块是通用型的目标自动跟踪器与特定的火控系统相连接的桥梁，在目标自动跟踪火控系统中有极重要的作用。主要完成面板操作输入、瞄准线控制量输出和火控计算机接口等功能。

2．2系统的软件设计
主程序采用C语言编写，是整个目标自动跟踪系统的中枢系统，负责整个系统信息的管理、交换，并协调各个板卡的工作，流程图如图2所示。根据模块化、自顶而下、便于修改的原则，体系基本任务可划分为七大模块，如图3所示。

3系统的性能特点分析
3．1系统的定性分析
1)能在坦克武器系统的有效射程和可视范围内，同时实时、准确地实现对两个机动目标的跟踪。
2)以目标自动跟踪系统为载体，能进行综合目标信息处理。其中包括目标运动模型的辨识与选择、运动状态的估计与滤波，解命中问题的精确求解，以便在各种恶劣的战场条件下，提高坦克火控系统的自动化程度、持续作战能力和首发命中率。
3)能够高精度地控制瞄准线，使之始终对准跟踪的主目标。
4)能够直观显示目标所在视场的环境，提供良好的视觉效果，辅助操作手控制或决策；同时，可以生成一定数量的目标图形指示和文字数字，便于操作手了解当前系统运作情况
5)具有与坦克指挥与控制系统相协同工作的能力，包括战场多目标的搜索识别与跟踪、多目标序列的生成和辅助打击。
6)具备在线测试能力，并能记录和输出一定时间段内的系统工作状态，便于故障诊断和设计调试。
7)满足军用条件下的技术要求，并具有通用化、标准化、系列化和模块化等设计特点。3．2系统的定量分析．2．1瞄准线跟踪控制精度分析
1)虽然PI控制算法和改进的ADRC控制算法均能实现对瞄准线的控制，．但本项目所采用的ADRC控制算法的控制精度比PI控制算法的控制精度平均提高30％以上，充分体现了ADRC控制技术的优越性。
2)由于ADRC的非线性控制特性，使其动态特性更加优异
3)由于ADRC中包含有扩张状态观测器ESO，可以随即准确地估计出目标的运动速度，这对于“通
过跟踪误差信号获得目标运动信息”的目标信息处理算法的实现，提供了新的思路。
3．2．2多目标切换时瞄准线控制动态性畿分析
1)双目标的切换是一次瞄准线大范围快速的转移过程，先进控制算法的设计是保证实现平稳快速切换的关键。本系统这一设计的成功，为我国多目标跟踪的最终实现提供了优异的控制技术。
2)在改进的ADRC控制算法中，用到了次目标的运动信息，这些信息必须借助于目标信息处理的结果。如果控制算法中未用到次目标运动信息，仅靠调整ADRC参数，在进行有相对运动关系的目标间切换时，也将产生较大超调整量。这也体现了利用目标信息处理参与瞄准线控制的优越性。
3．2．3目标信急处理性能分析
当前某型坦克所采用的处理方法对匀速运动目标的射击精度较高，但对有加速度变化的机动目标射击将产生很大偏差，以至于很难命中目标。原因是：假定目标是匀速运动已不符合当今实际的作战环境。本系统所设计的目标信息处理方案能够快速、准确地获得主目标的角速度、角速度估计及次目标的角速度估计。即使对机动性很强的目标，对主目标的解命中预测精度也显著提高，很少出现脱靶。
3．3系统的具体应用
1)采用了数字化机动部队各直射武器通用的火力控制系统。由于在新型装甲战斗系统中，各型坦克、装甲战斗车辆不需按传统的火力、机动、防护三大性能进行均衡的发展，将会出现完成各种战斗任务的多型谱陆战平台发展的要求。为适应这种需求，该系统以创新的技术途径研制出了技术先进、又可为多种陆基运载工具(战车)所通用的直射武器火力控制系统。另外，还增加了其他功能，如弹道方程的通用解算模型的实现和多功能的综合化设计等，可以满足各类陆战平台火控系统的需求。
2)具备了目标信息处理能力的全数字化目标自动跟踪技术，可用于两栖(水陆)坦克火控系统的技术改造。 ‘由于海上射击时海浪的影响，在射击过程中的不同阶段，目标将有不同的相对运动规律，火控系统应根据目标这一模型的变化特点，正确地进行运动提前量的求解，才可保证一定的射击命中率，而现有的坦克火控系统是不具有这样的功能的。同时根据坦克吃水后瞄准线的高度，在坦克处于波谷时．将有30度的视场死角。因此，在3级海浪的一个周期内，有部分时间乘员无法对目标进行跟踪和瞄准。“系统”采用了具备目标信息处理能力的全数字化目标自动跟踪技术，保证两栖(水陆)坦克在海浪中进行跟踪和射击的主要措施。
3)开创了对现装备的各类指挥仪式火控系统改造的路子。在现装备的各类火控系统的技术改造上，“系统”是首先嫁接在某型坦克上完成了实车实验的。所以极具移植推广的应用前景。
3．4结论
1)未来陆战平台的火控系统，将因陆战平台电子信息系统组成的丰富以及作战模式的多样化，而要承担更多的作战功能，该系统正是按这一前沿的设计思想进行研制的。
2)以目标自动跟踪系统为载体，进行目标信息处理能大大提高目标运动状态估计的精度。有效地避免了现行指挥仪火控系统中目标角速度测量存在很大偏差的现象。
3)当前坦克火控计算机中采用的匀速直线运动模型较大影响了跟踪与解命中的精度。实验表明它对目标机动的适应能力差，只有当目标作匀速直线运动时才具有较高的精度，一旦目标做出各种机动动作之后，其射击命中的精度根本得不到保证；采用先进的ADRC技术对瞄准线的控制具有快速、准确和超调很小的卓越性能，它是提高系统多项功能性能的根本保证。对提高首发命中率和射击反应时间具有十分明显的作用。
4)利用ESO可以从跟踪误差信号中分离出目标的运动速度，这对于“通过跟踪误差信号获得目标运动信息”的目标信息处理算法的实现，提供了新的思路，解决了过去无法在坦克炮塔球坐标系中进行各种滤波算法的问题，为今后开展目标信息处理工作奠定了坚实的基础。
5)在本系统的视频跟踪方案中，由于系统硬件条件的限制，图像分辨率相对较低，限制了对远距离目标的跟踪精度和解命中的预测精度。所以，本系统的图像分辨率有待进一步提高。
4结束语
《全数字化战车目标自动跟踪系统》的这种设计方法，使得战车全数字化目标自动跟踪系统在坦克武器系统的有效射程和可视范围内，能同时实时、准确地实现对两个机动目标的跟踪；能高精度地控制瞄准线，使之始终对准跟踪的主目标；既满足军用条件下的技术要求，并具有通用化、标准化、系列化和模块化等设计特点。如果再对某些技术和性能做些改进。一定会有其应用和移植推广的价值。

战车全数字化目标自动跟踪火控系统，是同时具有对目标实现自动跟踪，对目标多维信息的数字采集和实施目标信息处理等多项功能的战车目标自动跟踪火控系统。【1．2】某单位成功研制的《战车全数字化目标自动跟踪系》原理样机，是国内首次完成的陆战平台电子信息系统中的《全数字化战车目标自动跟踪系统》(以下简称“系统”)的体系结构和功能体系设计，具有我军的特色和优势。对其他武
器自动跟踪火控系统研究具有相当的借鉴意义。
1系统的特点
该系统的原理样机，具有多项功能，使火控系统各主要战技性能获得全面提高。主要表现于下：
1)系统首次在战车火控系统中实现了双目标自动跟踪的结构设计，并进行了平稳而快速地跟踪目标的切换设计；2)目标自动跟踪过程中，成功地进行了目标未来运动状态预测和当前位置的滤波，明显减少了跟踪匹配的范围和提高了跟踪精度，并对各种运动规律的目标都能实现平稳跟踪；
3)主／次目标辨识设计中，“参数辨识模型”和目标信息处理技术应用的研究取得了重要突破，大幅提高实战条件下火控系统的射击精度。

1)主机模块
主板采用先天加固的ALL IN ONE设计方案。
CPU：486内核，BGA封装；RAM：16．32MBEDO DRAM；支持SVGA，支持图形加速功能；
RS．232x2串口，抗+15 kV静电(ESD)，最大通讯速率38 400 b／s；标准CENTRONICS并行接口，支持EPP／ECP；ISA总线；支持IDE 2．5”硬盘和1．44 M软驱；在板DiskOnChip2000，128 M固态盘。
2)DSP模块(DSP卡)
集图像采集、数字图像处理和机动目标信息处理于一体，实时提供目标现在点与瞄准线中心的偏
差、目标运动模型在线辨识、机动目标运动状态估计和解命中问题求鳃等。采取ADSPSHARC2106数字信号处理器并行的结构方案。
3)图像、图形显示模块功能(图像卡、图形卡)
图像显示功能：支持真彩惮色显示，窗口大小和位置，图像的裁减，扩缩以及漫游都可以由程序控制。支持4路PAL，NTSC制式TV复合视频信号，图像输出分辨率320x240．1280x1024；
图形显示功能：支持任意2D图形显示．特殊的字符和汉字可由用户定制，RAMDAC芯片可支持硬件十字准线光标和软件可定义光标。
4)系统通信与控制模块(I／O卡)
系统通信与控制模块是通用型的目标自动跟踪器与特定的火控系统相连接的桥梁，在目标自动跟踪火控系统中有极重要的作用。主要完成面板操作输入、瞄准线控制量输出和火控计算机接口等功能。

2．2系统的软件设计
主程序采用C语言编写，是整个目标自动跟踪系统的中枢系统，负责整个系统信息的管理、交换，并协调各个板卡的工作，流程图如图2所示。根据模块化、自顶而下、便于修改的原则，体系基本任务可划分为七大模块，如图3所示。

3系统的性能特点分析
3．1系统的定性分析
1)能在坦克武器系统的有效射程和可视范围内，同时实时、准确地实现对两个机动目标的跟踪。
2)以目标自动跟踪系统为载体，能进行综合目标信息处理。其中包括目标运动模型的辨识与选择、运动状态的估计与滤波，解命中问题的精确求解，以便在各种恶劣的战场条件下，提高坦克火控系统的自动化程度、持续作战能力和首发命中率。
3)能够高精度地控制瞄准线，使之始终对准跟踪的主目标。
4)能够直观显示目标所在视场的环境，提供良好的视觉效果，辅助操作手控制或决策；同时，可以生成一定数量的目标图形指示和文字数字，便于操作手了解当前系统运作情况
5)具有与坦克指挥与控制系统相协同工作的能力，包括战场多目标的搜索识别与跟踪、多目标序列的生成和辅助打击。
6)具备在线测试能力，并能记录和输出一定时间段内的系统工作状态，便于故障诊断和设计调试。
7)满足军用条件下的技术要求，并具有通用化、标准化、系列化和模块化等设计特点。3．2系统的定量分析．2．1瞄准线跟踪控制精度分析
1)虽然PI控制算法和改进的ADRC控制算法均能实现对瞄准线的控制，．但本项目所采用的ADRC控制算法的控制精度比PI控制算法的控制精度平均提高30％以上，充分体现了ADRC控制技术的优越性。
2)由于ADRC的非线性控制特性，使其动态特性更加优异
3)由于ADRC中包含有扩张状态观测器ESO，可以随即准确地估计出目标的运动速度，这对于“通
过跟踪误差信号获得目标运动信息”的目标信息处理算法的实现，提供了新的思路。
3．2．2多目标切换时瞄准线控制动态性畿分析
1)双目标的切换是一次瞄准线大范围快速的转移过程，先进控制算法的设计是保证实现平稳快速切换的关键。本系统这一设计的成功，为我国多目标跟踪的最终实现提供了优异的控制技术。
2)在改进的ADRC控制算法中，用到了次目标的运动信息，这些信息必须借助于目标信息处理的结果。如果控制算法中未用到次目标运动信息，仅靠调整ADRC参数，在进行有相对运动关系的目标间切换时，也将产生较大超调整量。这也体现了利用目标信息处理参与瞄准线控制的优越性。
3．2．3目标信急处理性能分析
当前某型坦克所采用的处理方法对匀速运动目标的射击精度较高，但对有加速度变化的机动目标射击将产生很大偏差，以至于很难命中目标。原因是：假定目标是匀速运动已不符合当今实际的作战环境。本系统所设计的目标信息处理方案能够快速、准确地获得主目标的角速度、角速度估计及次目标的角速度估计。即使对机动性很强的目标，对主目标的解命中预测精度也显著提高，很少出现脱靶。
3．3系统的具体应用
1)采用了数字化机动部队各直射武器通用的火力控制系统。由于在新型装甲战斗系统中，各型坦克、装甲战斗车辆不需按传统的火力、机动、防护三大性能进行均衡的发展，将会出现完成各种战斗任务的多型谱陆战平台发展的要求。为适应这种需求，该系统以创新的技术途径研制出了技术先进、又可为多种陆基运载工具(战车)所通用的直射武器火力控制系统。另外，还增加了其他功能，如弹道方程的通用解算模型的实现和多功能的综合化设计等，可以满足各类陆战平台火控系统的需求。
2)具备了目标信息处理能力的全数字化目标自动跟踪技术，可用于两栖(水陆)坦克火控系统的技术改造。 ‘由于海上射击时海浪的影响，在射击过程中的不同阶段，目标将有不同的相对运动规律，火控系统应根据目标这一模型的变化特点，正确地进行运动提前量的求解，才可保证一定的射击命中率，而现有的坦克火控系统是不具有这样的功能的。同时根据坦克吃水后瞄准线的高度，在坦克处于波谷时．将有30度的视场死角。因此，在3级海浪的一个周期内，有部分时间乘员无法对目标进行跟踪和瞄准。“系统”采用了具备目标信息处理能力的全数字化目标自动跟踪技术，保证两栖(水陆)坦克在海浪中进行跟踪和射击的主要措施。
3)开创了对现装备的各类指挥仪式火控系统改造的路子。在现装备的各类火控系统的技术改造上，“系统”是首先嫁接在某型坦克上完成了实车实验的。所以极具移植推广的应用前景。
3．4结论
1)未来陆战平台的火控系统，将因陆战平台电子信息系统组成的丰富以及作战模式的多样化，而要承担更多的作战功能，该系统正是按这一前沿的设计思想进行研制的。
2)以目标自动跟踪系统为载体，进行目标信息处理能大大提高目标运动状态估计的精度。有效地避免了现行指挥仪火控系统中目标角速度测量存在很大偏差的现象。
3)当前坦克火控计算机中采用的匀速直线运动模型较大影响了跟踪与解命中的精度。实验表明它对目标机动的适应能力差，只有当目标作匀速直线运动时才具有较高的精度，一旦目标做出各种机动动作之后，其射击命中的精度根本得不到保证；采用先进的ADRC技术对瞄准线的控制具有快速、准确和超调很小的卓越性能，它是提高系统多项功能性能的根本保证。对提高首发命中率和射击反应时间具有十分明显的作用。
4)利用ESO可以从跟踪误差信号中分离出目标的运动速度，这对于“通过跟踪误差信号获得目标运动信息”的目标信息处理算法的实现，提供了新的思路，解决了过去无法在坦克炮塔球坐标系中进行各种滤波算法的问题，为今后开展目标信息处理工作奠定了坚实的基础。
5)在本系统的视频跟踪方案中，由于系统硬件条件的限制，图像分辨率相对较低，限制了对远距离目标的跟踪精度和解命中的预测精度。所以，本系统的图像分辨率有待进一步提高。
4结束语
《全数字化战车目标自动跟踪系统》的这种设计方法，使得战车全数字化目标自动跟踪系统在坦克武器系统的有效射程和可视范围内，能同时实时、准确地实现对两个机动目标的跟踪；能高精度地控制瞄准线，使之始终对准跟踪的主目标；既满足军用条件下的技术要求，并具有通用化、标准化、系列化和模块化等设计特点。如果再对某些技术和性能做些改进。一定会有其应用和移植推广的价值。