99坦克的嵌入式智能在坦克火控系统的应用

坦克火控系统是控制坦克武器(主要是火炮)瞄准和发射的系统,用以缩短射击反应时间,提高首发命中率。按瞄准控制方式分类,现代坦克火控系统可分为扰动式、非扰动式和指挥仪式三类。火控系统从问世到现在,大体上可以分为四代。 第二次世界大战末期装备的第一代坦克火控系统只配有简单的光学瞄准镜。这种光学瞄准镜用视距法测距,即如果目标的高度或宽度已知,那么就可通过它在瞄准镜视场中所占的分划数估算出或直接读出目标的距离。这种火控系统在900米内,原地对固定目标的首发命中率为50%。 由于用视距法测距,当距离超过900米时坦克的命中率会显著下降,因此,20世纪50年代装备的第二代坦克火控系统在原光学瞄准镜的基础上增配了体视式或合像式测距机和以凸轮等为函数部件的机械式弹道计算机,性能比第一代有了明显提高,在1300米距离内射击标准目标的首发命中率为50%。 20世纪60年代初期装备的第三代坦克火控系统由光学瞄准镜、光学测距机和机电模拟式弹道计算机组成,并开始配用了一些弹道修正传感器。这种火控系统在1400米的距离内原地对固定目标的首发命中率为50%。美国在M60A1坦克上率先使用 了这种火控系统。 进入20世纪70年代后,世界各国都相当重视坦克火控系统的现代化。20世纪90年代出现的主战坦克,其火控系统不仅采用了数字式弹道计算机、敌我识别系统、目标自动瞄准和跟踪系统,而且还采用了战场战斗管理系统等。这样,敌方的状况、射击的数据、我方的情报等,不仅是一辆坦克内的所有乘员,而且同一部队的坦克之间都能共享。因此,不光是一辆坦克,而且整个部队的情报能力都有一个划时代的飞跃。这些火控系统已具备了第五代的特征。 下面以研祥的嵌入式智能平台为基础讲述嵌入式智能平台在火控系统中的应用。该火控系统是为国产某式主战坦克研制的新型火控系统。该系统与车长的昼/夜潜望镜有一个接口,使得车长能超越炮长进行控制或回转炮塔以对付不同的目标。 一、系统组成 (一)观瞄设备 观瞄设备包括昼、夜、测距三合一的稳定视场的瞄准镜,包括主瞄准镜、激光发射腔、激光电源和计数器、1×潜望进镜和微光瞄准镜。它的功能是观察战尝瞄准和跟踪目标；确定目标距离；确定目标高低和方位角速度。 它的特点有： 1．通过直接稳定视场的方法使炮长能清楚地观察战场,容易瞄准,跟踪平稳并能可靠地测量距离。 2．微光瞄准镜、1×潜望镜、激光发射腔等通过积木式设计方法与主瞄准镜连接,这样互换性好而且维修方便。 3．激光测距仪使用首/末脉冲逻辑技术,以便抑制假目标。 (二)弹道计算机 弹道计算机包括研祥产ESM-5510CLD计算机主体、控制面板和步进电机驱动器。 它的功能是：根据所选择的弹咱、目标距离、所有自动传感器的输出和手动装定的参数,计算武器的射角和方位提前角；显示所有的输入信号、中间结果和输出的射击诸元；自检；当火控系统处于分划自动装定工作方式时,瞄准镜分划由步进电机驱动器通过步进电机自动装定。 它的技术特点有：武器射击诸元用循环计算方式计算,以便提高首发命中率；由于采用大规模集成电路,弹道计算机的结构简单、性能稳定而且工作可靠；用一个射击中断开关来快速检查弹丸脱靶的原因。 (三)修正量传感器 目标高低和方位角速度传感器包含在瞄准镜中。倾斜传感器(垂直陀螺)用来测量炮耳轴的静态和动态倾斜角。叶片式的横风传感器(可任选)用来测量炮塔所处位置的横风。炮塔角速度传感器(测速发电机式)用来测量在自动装定分划工作方式时的目标方位角速度。 (四)火炮双向稳定器 火炮双向稳定器包括执行电机、陀螺仪组、转换器、角度限制器、电磁离合器、自动锁定装置、控制台、测速发电机、电机放大机、放大器、配电箱、车体陀螺、炮塔陀螺、辅助油箱、液力增压器和液压动力缸。 火炮双向稳定器的功能是：当坦克运动时稳定火炮,并提供火炮射击的机会；炮长或车长可用它来驱动火炮,并在射击前使火炮自动瞄准。 火炮双向稳定器的技术特点是：通过使用复合控制和稳定的原理,使火炮双向稳定器呈现出良好的火炮跟踪性能和高的稳定精度；由于使用了先进的部件和控制方法,该火炮双向稳定器有良好的低速性能,并具有在倾斜的坦克上回转火炮的能力。 (五)控制设备 控制设备的功能是：对视场稳定的测距瞄准镜、弹道计算机和火炮双向稳定器之间进行电连接,综合并处理所有的控制信号；形成火炮允许射击信号；强迫火炮进入允许射击门；显示火控系统工作方式并辅助进行火炮与瞄准线准直调整。 该火控系统的方块图如图所示。  二、原理与特点 该火控系统有稳像式工作方式和自动装定分划工作方式两种。 (一)稳像式工作方式
炮长控制工作台以便驱动瞄准线。瞄准镜的位置信号输入给火炮双向稳定器,火炮的位置信号反馈回来与瞄准镜的位置信号比较形成一个闭环,于是火炮跟随瞄准线运动。 当目标已被瞄准并已测量了它的距离后,弹道计算机根据下列数据循环计算武器的射击诸元,这些数据是来自自动传感器的距离、目标相对角速度、炮耳轴倾斜、横风数据以及人工装定的弹种、药温、气温、初速数据。计算好的射击诸元与火炮位置信号进行综合。综合后的信号输入到火炮双向稳定器,通过控制火炮来自动控制火炮的射角和方位提前角。当火炮到达预定位置时,控制设备产生允许火炮射击信号并将其传送到火炮射击电路。如果此时炮长按下发射按钮,则火炮就可立即射击。 (二)自动装定分划方式 此时,锁定稳像陀螺,于是视场不再稳定。炮塔角速度传感器产生目标的方位角速度信号。当瞄准目标并测定距离后,计算机只计算一次并产生射击诸元信号,这些信号通过步进电机驱动器自动装定瞄准镜中的环形分划。当用环形分划再次瞄准目标后,炮长就可开火。 该火控系统的特点有：瞄准镜独立稳定,具有较高的稳定精度,以便在坦克行进中由炮长观察、瞄 准、跟踪目标并测定目标的距离及目标相对运动角速度；配有允许射击门(即符合门)使系统能自动找准确的开火时机；在战斗环境中,由于射击条件随时都可改变,弹道计算机能循环计算并产生新的射击诸元,不断提供给火炮,可以提高首发命中率；自动装定射角和方位提前角而不扰动瞄准线,火控系统操作简单,反应时间短,从发现目标到开火大约只需6s；炮长1×潜望镜与微光瞄准镜可互换；系统配有目标方位角速度、目标高低角速度、炮耳轴倾斜、横风4种自动传感器和药温、气温、初速、手动装定横风、手动装定距离以及在方位向和高低向的综合修正6种手动装定参数,还可选择多种弹种；火控系统可与原坦克的车长昼/夜潜望式瞄准镜接口,此时车长可以超越控制调转火炮到作战方向；火控系统是指挥仪式的,使得坦克能在行进中快速、准确地射击运动目标。坦克火控系统是控制坦克武器(主要是火炮)瞄准和发射的系统,用以缩短射击反应时间,提高首发命中率。按瞄准控制方式分类,现代坦克火控系统可分为扰动式、非扰动式和指挥仪式三类。火控系统从问世到现在,大体上可以分为四代。 第二次世界大战末期装备的第一代坦克火控系统只配有简单的光学瞄准镜。这种光学瞄准镜用视距法测距,即如果目标的高度或宽度已知,那么就可通过它在瞄准镜视场中所占的分划数估算出或直接读出目标的距离。这种火控系统在900米内,原地对固定目标的首发命中率为50%。 由于用视距法测距,当距离超过900米时坦克的命中率会显著下降,因此,20世纪50年代装备的第二代坦克火控系统在原光学瞄准镜的基础上增配了体视式或合像式测距机和以凸轮等为函数部件的机械式弹道计算机,性能比第一代有了明显提高,在1300米距离内射击标准目标的首发命中率为50%。 20世纪60年代初期装备的第三代坦克火控系统由光学瞄准镜、光学测距机和机电模拟式弹道计算机组成,并开始配用了一些弹道修正传感器。这种火控系统在1400米的距离内原地对固定目标的首发命中率为50%。美国在M60A1坦克上率先使用 了这种火控系统。 进入20世纪70年代后,世界各国都相当重视坦克火控系统的现代化。20世纪90年代出现的主战坦克,其火控系统不仅采用了数字式弹道计算机、敌我识别系统、目标自动瞄准和跟踪系统,而且还采用了战场战斗管理系统等。这样,敌方的状况、射击的数据、我方的情报等,不仅是一辆坦克内的所有乘员,而且同一部队的坦克之间都能共享。因此,不光是一辆坦克,而且整个部队的情报能力都有一个划时代的飞跃。这些火控系统已具备了第五代的特征。 下面以研祥的嵌入式智能平台为基础讲述嵌入式智能平台在火控系统中的应用。该火控系统是为国产某式主战坦克研制的新型火控系统。该系统与车长的昼/夜潜望镜有一个接口,使得车长能超越炮长进行控制或回转炮塔以对付不同的目标。 一、系统组成 (一)观瞄设备 观瞄设备包括昼、夜、测距三合一的稳定视场的瞄准镜,包括主瞄准镜、激光发射腔、激光电源和计数器、1×潜望进镜和微光瞄准镜。它的功能是观察战尝瞄准和跟踪目标；确定目标距离；确定目标高低和方位角速度。 它的特点有： 1．通过直接稳定视场的方法使炮长能清楚地观察战场,容易瞄准,跟踪平稳并能可靠地测量距离。 2．微光瞄准镜、1×潜望镜、激光发射腔等通过积木式设计方法与主瞄准镜连接,这样互换性好而且维修方便。 3．激光测距仪使用首/末脉冲逻辑技术,以便抑制假目标。 (二)弹道计算机 弹道计算机包括研祥产ESM-5510CLD计算机主体、控制面板和步进电机驱动器。 它的功能是：根据所选择的弹咱、目标距离、所有自动传感器的输出和手动装定的参数,计算武器的射角和方位提前角；显示所有的输入信号、中间结果和输出的射击诸元；自检；当火控系统处于分划自动装定工作方式时,瞄准镜分划由步进电机驱动器通过步进电机自动装定。 它的技术特点有：武器射击诸元用循环计算方式计算,以便提高首发命中率；由于采用大规模集成电路,弹道计算机的结构简单、性能稳定而且工作可靠；用一个射击中断开关来快速检查弹丸脱靶的原因。 (三)修正量传感器 目标高低和方位角速度传感器包含在瞄准镜中。倾斜传感器(垂直陀螺)用来测量炮耳轴的静态和动态倾斜角。叶片式的横风传感器(可任选)用来测量炮塔所处位置的横风。炮塔角速度传感器(测速发电机式)用来测量在自动装定分划工作方式时的目标方位角速度。 (四)火炮双向稳定器 火炮双向稳定器包括执行电机、陀螺仪组、转换器、角度限制器、电磁离合器、自动锁定装置、控制台、测速发电机、电机放大机、放大器、配电箱、车体陀螺、炮塔陀螺、辅助油箱、液力增压器和液压动力缸。 火炮双向稳定器的功能是：当坦克运动时稳定火炮,并提供火炮射击的机会；炮长或车长可用它来驱动火炮,并在射击前使火炮自动瞄准。 火炮双向稳定器的技术特点是：通过使用复合控制和稳定的原理,使火炮双向稳定器呈现出良好的火炮跟踪性能和高的稳定精度；由于使用了先进的部件和控制方法,该火炮双向稳定器有良好的低速性能,并具有在倾斜的坦克上回转火炮的能力。 (五)控制设备 控制设备的功能是：对视场稳定的测距瞄准镜、弹道计算机和火炮双向稳定器之间进行电连接,综合并处理所有的控制信号；形成火炮允许射击信号；强迫火炮进入允许射击门；显示火控系统工作方式并辅助进行火炮与瞄准线准直调整。 该火控系统的方块图如图所示。  二、原理与特点 该火控系统有稳像式工作方式和自动装定分划工作方式两种。 (一)稳像式工作方式
炮长控制工作台以便驱动瞄准线。瞄准镜的位置信号输入给火炮双向稳定器,火炮的位置信号反馈回来与瞄准镜的位置信号比较形成一个闭环,于是火炮跟随瞄准线运动。 当目标已被瞄准并已测量了它的距离后,弹道计算机根据下列数据循环计算武器的射击诸元,这些数据是来自自动传感器的距离、目标相对角速度、炮耳轴倾斜、横风数据以及人工装定的弹种、药温、气温、初速数据。计算好的射击诸元与火炮位置信号进行综合。综合后的信号输入到火炮双向稳定器,通过控制火炮来自动控制火炮的射角和方位提前角。当火炮到达预定位置时,控制设备产生允许火炮射击信号并将其传送到火炮射击电路。如果此时炮长按下发射按钮,则火炮就可立即射击。 (二)自动装定分划方式 此时,锁定稳像陀螺,于是视场不再稳定。炮塔角速度传感器产生目标的方位角速度信号。当瞄准目标并测定距离后,计算机只计算一次并产生射击诸元信号,这些信号通过步进电机驱动器自动装定瞄准镜中的环形分划。当用环形分划再次瞄准目标后,炮长就可开火。 该火控系统的特点有：瞄准镜独立稳定,具有较高的稳定精度,以便在坦克行进中由炮长观察、瞄 准、跟踪目标并测定目标的距离及目标相对运动角速度；配有允许射击门(即符合门)使系统能自动找准确的开火时机；在战斗环境中,由于射击条件随时都可改变,弹道计算机能循环计算并产生新的射击诸元,不断提供给火炮,可以提高首发命中率；自动装定射角和方位提前角而不扰动瞄准线,火控系统操作简单,反应时间短,从发现目标到开火大约只需6s；炮长1×潜望镜与微光瞄准镜可互换；系统配有目标方位角速度、目标高低角速度、炮耳轴倾斜、横风4种自动传感器和药温、气温、初速、手动装定横风、手动装定距离以及在方位向和高低向的综合修正6种手动装定参数,还可选择多种弹种；火控系统可与原坦克的车长昼/夜潜望式瞄准镜接口,此时车长可以超越控制调转火炮到作战方向；火控系统是指挥仪式的,使得坦克能在行进中快速、准确地射击运动目标。