航空火控技術(shù)的發(fā)展與探討

陳松

（海裝駐武漢地區(qū)軍代局，湖北 武漢430011）

1 航空火控系統(tǒng)發(fā)展概況

航空火控的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段。

1）光學(xué)瞄準(zhǔn)具階段（60年代以前）。這個階段機載武器主要是機槍、火箭、炸彈及航炮等。火控系統(tǒng)主要是機電式光學(xué)瞄準(zhǔn)具和與之配套的初期雷達(dá)與紅外空中搜索裝置等。

2）平視顯示器火控系統(tǒng)階段 （60年代末－70年代）。進(jìn)入60年代以后，國外開始裝備具有導(dǎo)航與瞄準(zhǔn)功能的平視顯示/武器瞄準(zhǔn)計算系統(tǒng)（HUD/WACS），以取代光學(xué)瞄準(zhǔn)具與傳統(tǒng)的航行儀表。70年代，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被綜合進(jìn)火控系統(tǒng)中，構(gòu)成了攻擊/導(dǎo)航系統(tǒng)（Attack/Navigation System）。

3）綜合武器火力控制階段（70年代－80年代）。該系統(tǒng)是脈沖多普勒雷達(dá)（PD雷達(dá)）與光電傳感器組成的目標(biāo)探測分系統(tǒng)、慣導(dǎo)與大氣數(shù)據(jù)計算機組成的本機信息傳感分系統(tǒng)、平視顯示/握桿操作（HUD/HOTAS）與多功能顯示器組成的任務(wù)顯示分系統(tǒng)、管理武器發(fā)射與投放的外掛物管理分系統(tǒng)以及任務(wù)計算機分系統(tǒng)等由串行數(shù)字多路數(shù)據(jù)傳輸總線綜合而成的綜合武器火力控制系統(tǒng)（圖1）。

4）綜合化、自動化與智能化航空電子系統(tǒng)階段（80年代后期開始相關(guān)研究）。該系統(tǒng)不僅包括了第三階段中的全部分系統(tǒng)，而且進(jìn)一步綜合了以下幾個分系統(tǒng)：

（1）通訊導(dǎo)航識別系統(tǒng)，即作戰(zhàn)C4I系統(tǒng)。

（2）飛控分系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)與火控系統(tǒng)交聯(lián)，能根據(jù)火控信息，自動飛行到投放武器所需的飛行剖面，自動投放武器。

（3）電子戰(zhàn)分系統(tǒng)。在作戰(zhàn)時，能對威脅進(jìn)行綜合與分類，自動選擇最佳干擾方式和最佳干擾時機。

（4）各種非航空電子系統(tǒng)的控制部件。對各種非航空電子系統(tǒng)的控制、管理部件進(jìn)行綜合，使之在作戰(zhàn)瞬間處于與火控系統(tǒng)最佳匹配狀態(tài)。

圖1 典型的三代火控系統(tǒng)

2 航空火控系統(tǒng)技術(shù)的新發(fā)展

2.1 傳感器綜合技術(shù)

如果說美軍寶石柱計劃的主要瞄準(zhǔn)點在于核心處理系統(tǒng)的綜合，那么寶石臺計劃則轉(zhuǎn)移到解決傳感器區(qū)的綜合問題。該計劃提出用13個天線提供所有CNI/EW/雷達(dá)所需的功能。F22的雷達(dá)天線已實現(xiàn)了部分的綜合，同一部雷達(dá)天線還同時用于完成部分波段的電子戰(zhàn)及通信功能。光電傳感器的孔徑也要實現(xiàn)綜合，F(xiàn)LIR(前視紅外)、IRST(紅外搜索和跟蹤系統(tǒng))、導(dǎo)彈告警功能的綜合，實現(xiàn)所謂分布孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)。傳感器的信號處理和數(shù)據(jù)處理部分也要實現(xiàn)綜合，使用統(tǒng)一的中頻和共用模塊進(jìn)行頻率變換，完成處理算法，然后通過統(tǒng)一航空電子網(wǎng)絡(luò)和其他的功能單元交聯(lián)，對傳感器的控制和功率管理也可通過這個通道完成。傳感器區(qū)的充分綜合將是一個很大的進(jìn)步，在上述的各個方面都將獲得極大的收益。

2.2 機載光子技術(shù)

1)光子通信 根據(jù)新一代航空電子系統(tǒng)的發(fā)展情況，光信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是一個重要的發(fā)展方向。F22已使用高速光纖數(shù)據(jù)總線，JSF可能使用光母板及以光開關(guān)陣列為基礎(chǔ)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，正在研制一些其他的器件如光子增強器件和光信號分路器，做成集成器件的形式，可用于實現(xiàn)光信號的無衰減傳輸和分路。目前，還僅限于光信息傳輸方面的研究，將來會發(fā)展到機載條件下的光的邏輯器件及光的運算器件。

2)光子計算機 目前采用GaAs材料、內(nèi)部線寬為0.5μm的VHSIC芯片的極限速度值仍不能滿足戰(zhàn)斗機信號處理要求。在研的光處理機目標(biāo)識別系統(tǒng)，速度為1012次運算/秒，比F-22TF的CIP快了103倍。

2.3 圖像處理

信號和圖像處理技術(shù)的發(fā)展取決于其他關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。在機載火控技術(shù)中，主要用于合成孔徑雷達(dá)和前視紅外（FLIR）傳感器的信號和圖像處理，如在機載光電火控系統(tǒng)中采用的具有人工智能性質(zhì)的自動識別（ATR）技術(shù)。ATR中FLIR傳感器探測的目標(biāo)圖像通過計算機進(jìn)行處理，提高圖像清晰度，而對目標(biāo)自動識別和跟蹤代替了駕駛員工作。在機載光電火控系統(tǒng)中主要采用的算法是相關(guān)算法，由于相關(guān)算法是把現(xiàn)幀圖像與前一幀圖像進(jìn)行相關(guān)處理，以產(chǎn)生跟蹤誤差信號，每幀圖像都由大量像素組成，在相關(guān)過程中計算量太大。目前正在研制光學(xué)相關(guān)器對數(shù)據(jù)作預(yù)處理，其輸出為每秒10千兆位用于模式識別圖像處理技術(shù)。

2.4 人工智能（AI）

武器系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能（AI）的目的是提高武器系統(tǒng)的效率，為提高F－22ATF戰(zhàn)術(shù)性能而研制的綜合電子系統(tǒng)/綜合通訊導(dǎo)航和識別航空電子系統(tǒng)（INEW/ICNIA）中采用AI對目標(biāo)進(jìn)行分類和識別，并把智能化終端傳感器和發(fā)射機同大容量、高速的中央處理機綜合在一起，使INEW能夠?qū)惯B續(xù)波、脈沖、微波、毫米波雷達(dá)、激光、光－電/IR威脅。

人工智能應(yīng)用主要是作為駕駛員助手。首先在研制RAH－66Comanche偵察與攻擊直升機時提出的，即（RPA）研制計劃。RPA的重點是寬視場、高分辨率頭盔顯示器，其他組成部分還包括寬視場傳感器、融合式紅外成像、改進(jìn)型前視紅外（FLIR）成像、高級全權(quán)限數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)、人機自動化接口。人機自動化接口能領(lǐng)會飛行員的意圖，并自動或按照飛行員的要求安排顯示器及顯示的信號。RPA能在300公里范圍內(nèi)和多個高度層上制定飛行計劃，包括遠(yuǎn)距航線和近距快速反應(yīng)航線，飛行計劃可以在5秒內(nèi)更新。綜合到RPA系統(tǒng)的另一關(guān)鍵功能是人機對話，RPA的信息提示媒介是話音或顯示或話音與顯示同時出現(xiàn)。飛行員可按照話音傳來的威脅告警以及應(yīng)如何飛進(jìn)行規(guī)避機動飛行，或按照顯示的方向作規(guī)避飛行。信息提示功能的關(guān)鍵問題是如何處理各種信息，然后以簡明的形式告訴飛行員如何飛行。因此從事RPA研究的主要技術(shù)是數(shù)據(jù)的融合，它涉及到各種傳感器信息的獲取、跟蹤、分析判斷、排定目標(biāo)優(yōu)先級和建議所采取的行動等。

3 航空火控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展探討

縱觀航空火力控制系統(tǒng)的發(fā)展可以看出,航空火力控制系統(tǒng)伴隨著作戰(zhàn)需求以及載機平臺和武器的發(fā)展而發(fā)展,其發(fā)展過程是一個新技術(shù)不斷應(yīng)用,新概念、新方法和新功能不斷出現(xiàn)的過程,也是一個作戰(zhàn)效能不斷提高的過程,具有以下特點:

1)火力控制系統(tǒng)從面向作戰(zhàn)向攻擊全過程轉(zhuǎn)變,著重作戰(zhàn)能力的提高,并強調(diào)全壽命周期。

2)航空火力控制系統(tǒng)從第三代開始,已把研究重點從傳統(tǒng)的單武器平臺轉(zhuǎn)向多武器平臺的發(fā)展,將傳統(tǒng)的火力控制逐步發(fā)展成火力與指揮控制;將火力、指揮控制融為一體,形成超視距多機協(xié)同、多目標(biāo)攻擊能力,并進(jìn)一步與C3I系統(tǒng)相連,形成空、天、地一體化作戰(zhàn)體系。從這個意義上講,單武器平臺(載機)是火力與指揮控制系統(tǒng)的一部分。

3)實行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、智能化是體現(xiàn)系統(tǒng)綜合化的主要特征。智能控制技術(shù)在航空火力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用將會更加廣泛,第四代戰(zhàn)機是應(yīng)用的第一個高峰期。隨著航空新技術(shù)的發(fā)展,航空火力控制系統(tǒng)其產(chǎn)品的性能將會顯著提高,產(chǎn)品的電磁兼容性研究將會更加受到重視。

4)由于傳感器提供基本的火力控制目標(biāo)攻擊信息以及所占成本的因素,傳感器綜合技術(shù)的發(fā)展更加重要,將會加快研制進(jìn)程。隨著隱身技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,使得反隱身技術(shù)得到快速發(fā)展,對付隱身飛機和隱身導(dǎo)彈的探測技術(shù)正在探索之中。

5)為了快速獲取豐富、準(zhǔn)確和質(zhì)量更高的目標(biāo)信息,信息的綜合化處理程度越來越高,信息的種類和信息量急速增加,推動了數(shù)據(jù)融合技術(shù)等信息處理技術(shù)向更高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展,并將促進(jìn)對信息戰(zhàn)的研究。

6)隨著航空火力控制系統(tǒng)規(guī)模的擴大、技術(shù)的復(fù)雜化以及綜合化程度的提高,系統(tǒng)仿真與試驗技術(shù)會更加重要,否則會成為制約系統(tǒng)研究的瓶頸,系統(tǒng)試驗將會支持航空武器火力控制系統(tǒng)的整個生命周期。

7)隨著火力控制系統(tǒng)由簡單到復(fù)雜,使之更加突出火力控制系統(tǒng)的整體性能,系統(tǒng)總體工作將更加重要。

8)航空火力控制系統(tǒng)與武器、載機的關(guān)系更加密切,并將進(jìn)一步進(jìn)行一體化設(shè)計,產(chǎn)生相應(yīng)的工程化綜合控制方法,例如,智能化火/飛/推/武器綜合技術(shù)的研究和應(yīng)用。

9)航空火力控制系統(tǒng)將武器、載機、目標(biāo)乃至戰(zhàn)場環(huán)境相互之間有機地聯(lián)系起來,因此必須在人機閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行研究。由于武器的增多和發(fā)展,載機的特殊性以及目標(biāo)和戰(zhàn)術(shù)環(huán)境的復(fù)雜性,使得航空火力控制系統(tǒng)的研制內(nèi)容更加復(fù)雜和新穎、功能越來越多、性能越來越先進(jìn)。

10)航空火力控制系統(tǒng)性能不斷提高、功能不斷擴大,但作為信息獲取、信息處理的基本任務(wù)沒有變。

11)高速大容量計算機、高速光纖總線、綜合顯示、語音控制等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,使得火力控制系統(tǒng)及機載電子設(shè)備的綜合化達(dá)到更高水平。

12)電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)等航空新式武器的出現(xiàn)和應(yīng)用,火力控制系統(tǒng)控制武器的類型增加,使火力控制系統(tǒng)的功能和組成及其內(nèi)涵進(jìn)一步擴大。目前的火力控制系統(tǒng)具備了電子對抗能力,能壓制敵方的探測能力,有效地隱蔽接敵和先敵發(fā)現(xiàn)目標(biāo),削弱敵機機載系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

4 國內(nèi)發(fā)展淺議

縱觀航空火力控制系統(tǒng)的發(fā)展,國外發(fā)展很快,并已裝備第四代的航空火力控制系統(tǒng),而我國在這方面尚有較大差距,因此必須加大對航空火力控制系統(tǒng)的研制步伐。

1)重視和加強航空火力控制系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)研究，重視和加強普遍和基礎(chǔ)性的技術(shù)研究。

2)突出重點,抓好航空火力控制系統(tǒng)技術(shù)預(yù)研工作,有選擇地大力加強航空火力控制系統(tǒng)技術(shù)預(yù)研工作,為下一步形成裝備奠定基礎(chǔ)。

3)發(fā)展淺議

（1）建立完整的以航空火力控制系統(tǒng)為主體的研制體系,強調(diào)專業(yè)化發(fā)展,以國內(nèi)現(xiàn)有條件為基礎(chǔ),可以減少投資、少走彎路;

（2）重視民用技術(shù)向航空火力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,以便減少成本,提高性能;

（3）強化預(yù)研成果的轉(zhuǎn)化,充分利用先進(jìn)技術(shù)提高武器系統(tǒng)的總體水平;

（4）技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)是裝備上瞄準(zhǔn)第三代武器火力控制系統(tǒng)的實現(xiàn),技術(shù)上跟蹤國外第四代戰(zhàn)斗機武器火力控制系統(tǒng),提高第三代武器火力控制系統(tǒng)總體功能和作戰(zhàn)效能;

（5）加強對現(xiàn)有武器裝備研制的科學(xué)管理,理順關(guān)系,走精良優(yōu)化的發(fā)展之路,高、中、低檔協(xié)調(diào)發(fā)展,避免低水平重復(fù);

（6）跟蹤國外先進(jìn)技術(shù),技術(shù)上積極引進(jìn),發(fā)展裝備和系統(tǒng)技術(shù)一定要走自力更生之路;

（7）火力控制系統(tǒng)的發(fā)展既要著眼于武器的發(fā)展,與航空武器和平臺協(xié)調(diào),同時又要著眼于國外先進(jìn)火力控制系統(tǒng)專業(yè)的發(fā)展,獨立地開展工作;

（8）發(fā)展關(guān)鍵的航空技術(shù)產(chǎn)品,強化一代平臺、幾代裝備和系統(tǒng)的思想,加強武器和系統(tǒng)裝備的提高;

（9）技術(shù)發(fā)展方向上應(yīng)突出超視距、多目標(biāo)、多機協(xié)同、全方位攻擊技術(shù)和精確打擊地面目標(biāo)以及空天地一體化攻擊技術(shù)。