現代陸裝武器火控系統發展及展望*

樊水康，王建國，賈立新，馮培倫

（1.北方自動控制技術研究所，太原 030006；2.解放軍駐華光廠軍代室，北京 100050；3.解放軍駐二○七研究所軍代室，太原 030006）

0 引言

隨著計算機電子技術、網絡技術、武器裝備的發展，火控系統也在不斷發展，目前火控系統已發展為第四代火控系統。陸裝武器火控系統通常包括炮兵壓制武器火控、防空武器火控、裝甲突擊武器火控和工程兵武器火控等武器類型。按照用途可分為艦面火控系統、航空火控系統、地面火控系統；按照武器種類可分為輕武器火控系統、重武器火控系統和裝甲火控系統；按照目標獲取方式、瞄準射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊。具體完成的主要功能包括：目標搜索與識別、氣象與彈道條件測量、武器射擊諸元的計算與裝定、武器射擊控制等。

1990年之后的火控系統被稱之為現代火控系統，以突出系統總體功能和性能為特點，依據發展歷程分為模塊化火控系統、總線式火控系統和網絡化火控系統。模塊化火控系統以火控計算機為核心，以串口為通信總線；總線式火控系統以CAN總線為通信總線，提升了火控系統的性能；網絡化火控系統將計算機網絡技術引入，全面提升武器系統信息交互能力。

1 火控系統概念

控制武器自動或半自動地實施瞄準、發射的裝備總稱為火力控制系統，簡稱為火控系統。陸裝武器火控系統按照目標獲取方式、瞄準射擊方式和彈道類型，可分為直瞄射擊和間瞄射擊，直瞄射擊火控通常是通過戰車的雷達或廣電探測設備獲取目標信息、實時跟蹤目標，并進行諸元計算，控制火炮完成近距射擊；裝甲火控和防空火控屬于直瞄式武器；間瞄射擊通常通過指揮系統或偵查系統獲取目標信息，進行目標的諸元解算，進而控制火炮完成中遠距離火力打擊，炮兵壓制武器火控和工程兵武器火控屬于間瞄射擊［1-2］。

火控系統是隨著武器裝備和電子技術的發展而發展的，功能也隨之復雜，目前火控系統已發展到第四代。第一代火控系統以目視測距為測距方法，以分劃板為彈道解算裝置，射角裝定采用手動裝定方式，火炮位置傳動系統以手動方式為主，瞄準儀器為可見光瞄準儀器；第二代火控系統升級為光學方式測距，射角方式采用動力裝定，火炮傳動位置系統升級為電力或液力傳動；第三代火控系統引入了模擬計算機，采用激光測距方法，射角裝定方式為自動裝定，瞄準儀器為晝、夜瞄準鏡；隨著數字計算機的發展隨之誕生第四代火控系統，采用多功能的綜合瞄準鏡為瞄準儀器。

雖然火控系統在不同兵種的武器系統中范疇不盡相同，但包括了武器系統中絕大部分的電子設備，承載了武器系統中的通信控制、目標識別與跟蹤、炮車控制、鏡體控制、定位導航和傳輸顯示等最主要和最關鍵的作戰任務，是武器系統的核心組成部分。

2 陸裝武器火控系統組成與功能

火控系統研究的問題是如何將射彈射向目標并使其射中目標。火控系統組成單元通常包括：雷達或光電目標探測、跟蹤裝置、火控計算機、隨動系統與火炮穩定系統、傳感器系統。雷達或光電目標探測主要完成發現目標并完成目標探測，獲得目標的測量，并給出目標位置的原始信息和跟蹤信息，即距離、高低角、方位角、目標的運動速度和方向。火控計算機主要完成采集武器系統的運動信息，縱傾、橫傾姿態角信息、氣象信息等，完成彈道諸元的解算和調炮諸元的解算。隨動系統與火炮穩定系統則根據調炮諸元控制火炮到射擊位置，若武器在運動中，需要穩定火炮在射擊位置。傳感器系統實時測量武器系統的狀態和各種系統信息。火控系統的工作流程分為三大步驟，如圖1所示：

圖1 火控系統工作流程示意圖

火控系統作為武器控制系統的核心部分，具體完成的主要功能包括：目標搜索與識別、目標參數測量、氣象與彈道條件測量、武器車體參數測量、武器射擊諸元的計算與裝定、武器射擊控制、武器瞄線和射擊線的穩定等［3］。

陸裝兵器火控系統主要包括防空火控系統、裝甲車火控系統和壓制武器火控系統。

2.1 防空火控系統

典型綜合防空火控系統對空作戰過程分為搜索目標、情報處理、指定作戰方案、捕獲搜索目標、解算射擊諸元、武器接收射擊諸元、射擊控制、轉火、停火等階段。下頁圖2為防空自行高炮火控系統原理圖。

2.2 裝甲火控系統

裝甲火控系統由彈道計算機、炮長、控制臺、控制設備和傳感器等設備組成，內部信息以彈道計算機為中心進行信息交互。圖3為典型坦克組成框圖。

圖2 自行高炮火控系統原理圖

圖3 坦克火控系統框圖

2.3 壓制火控系統

壓制武器火控系統由火控計算機、炮長、定位定向導航系統、隨動系統以及傳感器等設備組成，火控計算機為內部信息交互的中心，在執行火控系統作戰任務時，作戰任務指令、控制數據、傳感器數據等均以火控計算機為中心進行信息交互。典型壓制武器火控系統的組成如圖4所示。

3 現代火控系統發展概況

圖4 壓制武器火控系統的組成

通常以1990年為界，將1990年之前的火控系統稱為簡易火控系統，1990年之后的稱為現代火控系統，現代火控系統以突出系統總體功能和性能為特點［4-5］。現代火控系統具體又分為3個階段，1990年～2000年為模塊化火控系統，2000年～2010年為總線式火控系統，2010年至今為網絡化火控系統。以陸軍壓制武器火控系統為例，本文對這3個階段的火控系統進行具體介紹。

3.1 模塊化火控系統

模塊化火控系統于20世紀90年代成型，是我國真正意義上的第一代模塊化火控系統。模塊化火控系統以火控計算機為核心，采用串口進行連接通信，自主決定射擊諸元，可進行自動瞄準，交互界面采用EL平板漢字菜單顯示，具備標準單炮接口，可兼容70 km子母彈、殺爆彈、云爆彈、末敏彈以及150 km子母彈，是壓制武器中火箭炮的基型火控系統。代表產品有155 mm自行加榴炮、遠程火箭炮、坦克火控系統等。

圖5為某型火箭炮火控系統的組成框圖，為典型的模塊化火控系統。該火控系統由16個單體組成：火控計算機、火控操作顯示臺、地面操作顯示臺、炮長顯示器、地面發控裝置、彈上儀器仿真儀、車外發射裝置、慣性定位定向導航裝置、姿態角傳感器、藥溫測量裝置、火控配電箱、GPS定位定向導航裝置、打印機、電臺、通信控制器、車通。

圖5 典型模塊化火控系統組成

火控系統采用RS232串行通信口構建通信網絡架構；以火控計算機和地面發控裝置為控制核心進行分布式控制，綜合完成火控系統的各項功能、性能；建立了簡易控制火箭彈的發射控制標準平臺，規定了硬件接口和軟件模塊；能夠實現70 km、150 km簡易控制火箭彈的發射控制。

3.2 總線式火控系統

隨著計算機通信技術的發展，總線式火控系統應運而生。總線式火控系統是模塊化火控系統的數字化升級改造，采用總線式分布式控制系統，各主要功能單元掛接在CAN總線上實現數據通訊。該火控系統仍以火控計算機和地面發控裝置為控制核心進行分布式控制。

總線式火控系統與模塊化系統相比，主要體現在采用更加可靠的CAN總線作為通信方式，彩顯及計算機性能明顯升級提高，采用了簡控彈和制導彈的標準接口，可完成傳遞對準及北斗星歷裝訂及授時，基于車載捷聯式慣導進行調炮控制，調炮精度顯著提高。代表產品有122榴彈炮、155加榴炮數字化改造、425彈炮結合等。

總線式火控系統組成單體基本不變，由16個單體組成：火控計算機、火控操作顯示臺、地面發控裝置、地面操作顯示臺、彈上儀器仿真儀、車外發射裝置、點火隔離裝置、炮長顯示器、北斗、火控配電箱、藥溫測量裝置、姿態角傳感器、車載慣性定位定向導航裝置、電臺、通信控制器、車通，如圖6所示。

圖6 總線式火箭炮火控系統

總線式火箭炮火控系統能夠實現70 km、150 km簡易控制火箭彈和制導火箭彈的發射控制，從系統架構、硬件組成、接口和軟件等方面建立了簡易控制火箭彈和制導火箭彈管式共架發射控制標準平臺。

3.3 網絡化火控系統

21世紀以來，計算機網絡技術迅猛發展，將計算機網絡技術引入現代火控系統成為必然趨勢。以太網的傳輸速率可達100 M/1 000 M，在現代火控系統發展中具有無可比擬的優勢。網絡化火控系統采用千兆以太網+局部CAN信息采集的網絡架構，全面提升武器系統信息交互能力，代表產品為新一代火控系統。

圖7為典型的網絡化火控系統組成框圖。該火控系統采用火控電氣一體化設計，網絡化1 000 M帶寬，采用C/S架構服務器客戶端模式，人機交互方式采用圖元界面，采用構件化軟件設計，具備“一鍵式”流程操作功能，采用LRM機箱全壽命周期成本設計，具備嵌入式故障診斷和在線模擬訓練功能，設計采用多彈種共架發射，可兼容多種型號火箭彈的發射。

圖7 網絡化火控系統組成圖

4 新一代火力打擊體系下的火控系統

陸軍新一代中遠程火力打擊系統由偵察感知裝備、指揮控制裝備、通信網絡裝備等組成，是集精確偵察、高效指揮和實時評估于一體，滿足戰役軍團、戰術兵團和戰斗分隊的火力打擊需要，并與火力打擊武器系統高度融合的綜合信息系統［6-8］。

新一代中遠程火力打擊系統具備偵察感知裝備突出遠程火力打擊能力，指揮控制和通信網絡裝備應滿足三級火力打擊需求。偵察感知裝備主要包括無人機系統、航天信息綜合應用系統、偵察校射雷達等；指揮控制裝備包括指揮車、綜合信息車、通用信息處理平臺等；通信網絡裝備包括火力打擊鏈和聯合戰術通信系統。

武器系統設計3種通信鏈路，分別為指揮網、戰斗協作網和火力打擊數據鏈。指揮網為新一代的聯合戰術通信系統網絡；戰斗協作網采用專用的通信體制實現武器平臺間的通信；火力打擊數據鏈采用升空中繼方式，具備遠距離、高速通行能力，為平臺實現“偵察打擊一體化”和智能彈藥的控制提供基礎。圖8為新一代火力打擊體系的組成圖。

圖8 新一代火力打擊體系架構圖

多媒體信息交換處理中心主要完成戰術互聯網信息、武器協作網信息、火力打擊鏈信息等車際信息和任務總線、控制總線等車內信息間的格式轉換和信息交換，是武器平臺信息共享的核心。是集成火控計算、信息處理、數據庫管理、構件庫管理功能于一體的服務器。圖9為新一代火力打擊體系下信息控制結構圖。

圖9 新一代火力打擊體系信息控制結構圖

根據武器平臺上裝部分的控制方式，每個乘員均配置一個多媒體顯示操作終端。這些乘員終端在硬件上完全一樣，根據不同的乘員席位初始化時從多媒體信息交換處理中心下載不同的乘員客戶端軟件或指揮軟件。乘員終端結合了圖形、圖像、語音和數據的處理功能。代替原武器平臺中的操控面板、車通控制盒等設備。

5 結論

通過對國內外裝備進行研究，發現武器裝備系統主要具有如下發展趨勢：武器裝備向高機動、輕型化、體系化發展；成體系一體化C4ISR，C4ISR指揮控制系統體系化，從偵查探測到指揮控制到武器打擊到效能評估到系統保障，“偵、控、打、評、保”的一體化；武器裝備信息化發展，偵察系統、無人機、衛星、彈載數據鏈等數據的接入，武器裝備360°全方位監視和告警；武器裝備控制一體化、無人、遙控、智能化發展，裝備具有的單人操作、遙控操作、無人炮塔、智能化操作的方式，全炮電氣、火控、底盤、自動裝填等的控制一體化設計實現。

未來戰爭是信息化戰爭，未來戰場是信息化的戰場，戰爭的決勝將是最能詳實掌握戰場情況，最能有效地在自身各要素間傳遞信息，并能更快、更準、更遠地使用武力一方。武器平臺要信息化，火控系統要向綜合化、信息化發展，指控系統向武器平臺延伸，形成火指控一體化的網絡化的作戰系統。

火控系統的發展趨勢主要在總體技術、裝備的信息化技術、控制技術3方面。總體技術：將火控系統和指控系統發展成為成套的火力控制和指揮控制的系統；信息化技術：發展先進的通信系統與指揮系統的互聯互通技術，實現實時網絡通信及數據處理；控制技術：加強電氣、火控一體化設計，優化系統體系結構；火控系統和平臺穩定需加強高速運動和復雜環境射擊的控制，提高射擊精度和命中率。

結論和建議：本文對火控系統的概念、功能及組成進行了簡要描述，重點介紹了現代火控系統的發展歷程:模塊化火控系統、總線式火控系統與網絡化火控系統，并基于典型應用對這3種火控系統的組成及特點進行了闡述，最后對火控系統的未來發展趨勢進行了展望。