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构建中国的陆战平台-目标自动跟踪火控系统

周启煌(少将)

陆战平台火控系统是坦克和自行火炮等战车中控制火炮瞄准和射击的系统。它的功能是快速搜索、发现和瞄准目标,快速采集各种影响射击精度的数据,解算出射击诸元并控制火炮达到正确的位置(方向、高低),然后在炮长的监控下实施射击。现代陆战平台火控系统是一个多工况、多任务的复杂系统,一般由观察瞄准镜、火控计算机、测距仪、火炮稳定器、各种传感器,以及车长和炮长操纵机构等部件组成。

图1:

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基本概念

目标自动跟踪(Automatic Target Tracking,ATT)火控系统是先进的陆战平台火控系统,也是各国军队竞相发展的电子信息系统。有趣的是,虽然美、德、英等西方军事大国早已开始ATT火控系统的研究,但最早对外宣布已在坦克上装备了这种系统的却是日本和以色列,先行的美国等国至今未在他们的坦

他们不满足于只实现单一的“自动跟踪目标”功能,而要通过全数字化(即信息化)设计,充分融合各种先进的信息技术,以扩充新的战术技术性能。

在现代信息化战场上,网络通信和网络指挥技术高度发展,为陆战平台在多种作战模式中(如对远距离目标的跟踪射击、间接瞄准射击、同时对多个目标自动跟踪、战场威胁目标的定位测量与报警等)完成不同的作战任务,提供了情报与通信的支撑。为了真正实现陆战平台作战能力的扩充,一定要加强火控系统的信息化改造,增加新的作战功能,满足迫切的军事需求。对ATT火控系统进行全数字化设计,正是这一信息化改造中的首要任务。

在陆战平台火控系统的发展中,之所以要把ATT系统与电子信息系统的深化发展紧密联系在一起,是由于ATT系统可以获得目标的大量原始信息;而且ATT系统中包含有高速计算机,很容易扩展出大信息量的处理能力。

发展动向

第一次海湾战争后,美国首先重点发展了M1A2坦克的指挥控制系统;随后在其“未来主战坦克”(M1A3)计划中,对ATT火控系统提出了多项研究目标:①快速发现目标并确定其运动状态的能力;②提高对机动规避目标的自动跟踪能力;③实现目标自动识别技术;④能同时跟踪3个目标;⑤能跟踪与打击低空飞行器等快速目标;⑥提高对超远距离(2500~3500米)目标的跟踪与射击精度等。这些高性能,只有在对系统进行全数字化设计的基础上,通过对目标运动规律的建模以及综合处理目标信息才能够达到。

最近,美军虽然在“网络中心战”作战理论的牵引下,放弃了“未来主战坦克”的发展,转而提出“未来战斗系统”计划;但是发展自动跟踪火控系统的决心有增无减,而且将其视为提高“未来战斗系统”陆战平台杀伤力的主要支撑系统。美军提出在武器系统数字化的基础上,自动跟踪火控系统应具有“目标识别、目标确认、按目标威胁排序、全天候对运动目标进行攻击”的能力。

上述情况给我们的启示是,全数字化ATT火控系统是陆战平台电子信息系统中的重要系统,开展这类系统的研制是包括我国在内及各军事大国的热门研究方向。相信这一系统不久即将面世。

虽然从上世纪80年代,世界范围内就已开始了自动跟踪火控系统的研究,但西方各军事大国至今未能在坦克上正式装备全数字化目标自动跟踪系统,也突出地反映出研制这一系统所具有的理论难度和技术难度。

图二:我国自行研制的用于目标自动跟踪火控系统的计算机——车载目标自动跟踪器

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关键技术研究

按照当前的军事需求、考虑到技术可行性,陆战平台全数字化ATT火控系统应同时具有的创新功能,包括目标多维信息的数字采集、多目标自动跟踪、目标状态的滤波与预测、目标运动的实时建模,射击诸元的解算、以目标信息为基础的先进控制技术的实现等等。全数字化ATT火控系统是未来陆战平台电子信息系统种的主要系统,包括3项核心的理论与技术。我国研制这样的系统,虽然在硬设备方面仍有问题需待解决,但在这3项核心理论与技术的研究上均已取得重要突破,而且某些方面处于世界领先水平、形成了我国独有的技
术特色。这3项理论与技术是:

目标状态信息的数字采集

实现目标信息的数字采集,是进行系统数字化设计的第一步。可在运动的陆战平台中它却成为不容易解决的技术难题。原因是,陆战平台的瞄准线是通过圆周转动来实现对目标的跟踪与测量的,而目标在地面上的运动轨迹又是多变的,在这样多维、多度的运动关系中,无法实现目标信息的高精度直接数字采集。每次只能测量目标的相对运动量,再配合以复杂的信息处理过程才可以解决,测量精度与信息处理算法的先进性关系很大,这常常成为制约系统精度的关键。

图三:萨伯公司的“通用坦克防空系统”(UTAAS)可以方便地选用热成像仪和激光测距仪(右),通过“伺服控制镜”实现目标自动跟踪,指挥火炮同步指向拦截点

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机动目标的动态建模

关于机动目标运动模型的建立,是现代和未来陆战平台火控系统无法回避的重大问题。目前,坦克低速段的平均加速度已达1.5米/秒。美国未来战斗系统的履带式样车更是提高到1.9米/秒以上。陆战平台在战场上的“规避战术动作”,就是以低速段的加速为基础、充分利用掩避地形的蛙跳式前进。因此,未来战场上的目标基本上是在做非匀速运动;如果仍按匀速直线运动来考虑,在2千米距离上的方向射击误差可达到2~6米以上,很难命中目标。因此,解决机动目标运动的动态建模,成为设计数字化的目标自动跟踪系统的首要任务。

关于机动目标的运动模型,国外目前仍采用人为的方式预先假定,只作个别参数的自适应调整。美国学者辛格于1970年提出的随机加速度模型,早年被广泛用作机动目标的运动模型。随着装甲目标机动性能的提高,我国学者提出的“当前”统计模型和“参数辨识”模型的优势不断显现。“当前”统计模型虽然也是一种假定模型,但它对目标机动性的适应范围明显优于随机加速度模型,已成为国内机动目标运动模型的首选。

如果能够实时地辨识出机动目标的运动模型,那是再好不过了;但由于许多理论与技术上的困难,国内外一直认为无法辨识,一度放弃了这方面的努力。我国学者

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点击数:  更新时间:2006-2-28 14:10:52
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