弹道解算（三）

2.1         扰动式火控系统

扰动式火控系统的特征是，炮手每完成一次射击，要进行两次精确瞄准。中间要扰动一次。第一次精确瞄准是在激光测距仪测距时，这时要瞄准镜内的瞄准标记瞄准目标中心；当计算机按测出的距离和各传感器输入的数据，计算出射击诸元后，控制瞄准具的装表机构自动装定好表尺，此时，瞄准标记将偏离目标。然后炮手通过手控装置转火炮，使瞄准标记重新对准目标，此时火炮便被赋予了射击提前量，随后即可进行射击了。上述瞄准标记从“偏移”到“重新对准”的过程即所谓“扰动”。

我国研制的光点投射式火控系统和双向步进电机装表火控系统就是典型的扰动式火控系统。

2.1.1   光点投射式火控系统

2.1.1.1               系统组成

光点投射式火控系统为改装现有坦克而设计，主要着眼于在最常出现的交战距离内，有效地提高己方坦克在停止间对静止或运动目标射击的首发命中率，并尽量缩短射击反应时间。在保证一定精度的前提下，力求简单、通用、造价低。为此，它只对影响射击精度的主要因素，即目标距离、目标水平方向、运动速度、火炮耳轴倾斜角度等进行自动修正，而药温、气温、横风、身管磨损等修正量由人工装定。各部件的体积设计都比较小，以便与系统可以装入炮塔内空间有限的坦克。

光点投射式火控系统主要由火控计算机、测瞄合一的炮长瞄准镜、电源计数器、炮长激光瞄准镜、火炮耳轴倾斜传感器、水平角速度传感器和调炮控制器等部件组成，并和双向稳定器接口。图2.5为系统原理框图，图2.6为系统的组成框图，各部件主要功能如下：

（1）          火控计算机。火控计算机是火控系统的核心部件。它接收电源送来的激光距离数据，自动传感器送来的火炮耳轴倾斜角度和目标运动速度数据，以及由火控计算机面板输入的弹种和各种环境参数，经过处理后计算出射击诸元并分两路输出。一路经过D/A变换后通过放大电路控制瞄准镜中瞄准光点的位置，实现装定表尺；另一路通过调炮盒控制垂直和方向稳定器实现自动调炮。在火控计算器内还安装有炮长激光瞄准镜和炮长微光瞄准所需的高压电源模块。此外，实施瞄准镜准光点校准和正交性校正的开关按钮也设置在火控计算机面板上。

（2）          测瞄合一炮长瞄准镜。炮长瞄准镜供炮长白天观察、瞄准和实施测距。瞄准镜头部安装有激光发射、接受放大器和阴极射线管（CRT）。激光距离通过数码显示器显示。

（3）          电源计数器。电源计数器提供瞄准镜头部激光器的氙灯电源、放大器电源；提供激光测距所需的各种逻辑控制信号；并将测得的距离数据分别送至火控计算机和炮长瞄准镜显示器。

（4）          炮长微光瞄准镜。微光瞄准镜用于炮长夜间观察战场和目标，并可实施瞄准射击。

（5）          火炮耳轴倾斜传感器。能自动测量火炮耳轴倾斜角度，并将测量值以电压形式输送到火控计算机。

（6）          水平角速度传感器。水平角速度传感器通过齿轮与炮塔座圈的齿合啮合，用于测量跑塔转动的角速度和方向。

（7）          调炮控制器。调炮控制器是火控计算机和火炮稳定器之间的接口装置。它接收火控计算机送来的调炮信号，输出电流到垂直和水平驱动装置，控制火炮和炮塔使其转到预定的角度和方向。

2.1.1.2               系统工作过程

射击前，先接通系统电源开关，在火控计算机面板上装定横风、药温、气温、身管磨损等修正量。射击时，炮长根据车长的口令捕获目标，并根据目标性质在控制面板上选择弹种。当炮长用瞄准镜分划中心对准目标并按下激光发射按钮时，计算机将由采样程序转为跟踪程序，它记下跟踪目标时炮塔在水平方向转过的角度及跟踪时间。当跟踪完毕，激光按钮被松开时，发射激光并测出距离。此后，计算机按照选定的弹种求解高低瞄准角和方位修正量，并将计算结果变换成模拟量分别送至相应的执行部件----光点驱动电路和火炮高低及水平驱动装置，使瞄准镜中一个作为射击瞄准标记的光环出现在与要求的修正量大致相同的位置。其后，炮长只要微调火炮，使瞄准光环对准目标中心，即可进行射击。光环出现时间最长m为30s，超过30s，光环自动关闭。对下一个目标的射击，可以在任何时刻开始，如果对上一个目标射击时的瞄准光环还存在，那么一旦按下激光按钮，光环就将立即消失。下一次射击时，计算机按上述过程重新工作。图2.7为光点投射式火控系统计算机工作流程。

上述工作过程可归纳为（见图2.8）：

（1）          炮长捕获到运动目标，瞄准后，按压激光测距按钮并跟踪（2-5）s。在跟踪完毕后，松开激光按钮，发射激光。

（2）          计算机计算出瞄准角和方位提前量。一个与计算出的修正量相应的瞄准光环被产生并出现在瞄准具的视场里。

（3）          依照计算出的瞄准角和方位提前量，计算机向火炮稳定器发出信号，驱使火炮运动，使瞄准光环向目标靠拢。

（4）          炮手进行最后修正，使瞄准光环精确地重合在目标中心并射击。

当计算机根据激光测距仪测得的目标距离和其它弹道数据，计算出射击诸元之后，不仅能自动确定椭圆形瞄准光环在视场中的位置，而且使椭圆形光环的大小与目标距离成反比，炮长可以用它来检验激光测距仪测得的距离是否正确。如果在一个运距离小目标的周围出现一个大瞄准光环，炮长就知道激光束一定碰上近物，此时进行射击是无效的，反之亦然。

椭圆形光环由光点扫描而成，光环的长短轴x和y按如下公式确定：

x = （K1/R）sinωt，y = （K2/R）cosωt

式中：     R：目标距离；

                   ω：扫描频率；

                   K1，K2：调整系数。

调整系数K1、K2可以控制椭圆长短轴的大小，使得在任意的有效距离内，椭圆光环的大小刚好和经常作战对象（坦克）的外廓尺寸相应。

坦克安装光点投射式火控系统后，使用脱壳穿甲弹对2.3m x 2.3m的标准靶在准战斗条件下射击，首发命中率为50%的射击距离，对固定目标为2000m，对运动目标为1800m。射击固定目标时，反应时间小于5s；射击运动目标时，反应时间小于10s。

2.1.1.3               光点校准

（1）         光点产生的原理

光点是由小型阴极射线管产生的（直径为25mm，长度为130mm）。射线管阴极发射的电子，在各电极电位的作用下被聚集成一束电子流并高速地射到荧光屏上，涂在荧光屏上的发光材料被电子束轰击后出现可见的光点。在射线管管壁四周对称地安放两组偏转线圈，位于上、下方的一组是水平偏转线圈，位于左、右方的一组为垂直偏转线圈。当线圈中流过直流电流时，在管内形成均匀的磁场，电子束在磁场作用下发生偏转，使屏上光点位置偏移，并且偏转角的大小，即光点的位移量，与流过线圈中电流的大小成正比。将上述射线管组装在瞄准镜内，把荧光屏上的光点通过光学系统投射到瞄准镜的视场中，就可作为炮长的瞄准标记。光点的直径要求小于0.5mil。图2.9为光点投射装表方式的示意图。

从上述讨论看出，阴极射线管需要一个能使光点产生偏转的驱动电路。光点驱动电路接收计算机输出的用来装定瞄准角和方位修正量的两个模拟电压IЄ和Iη，这两个电压经过功率放大后分别加到射线管的垂直和水平偏移线圈上，使光点移动到与计算机输出的修正量精确对应的位置。在通常作战范围内，装表误差小于0.15mil。光点驱动电路除功率放大器外，还包括阴极射线管用的高、低压电源。在火控计算机和瞄准镜面板上有旋钮和按钮，可对光点的亮度、聚焦以及光点水平与高低位置进行调节和校准。

（2）         光点装表精度校准

已知，装表精度直接影响到射击精度，换言之，装表时产生多大误差，射击时命中点就有多大偏差。用光点装定表尺，光点的偏转由驱动电路控制，随着使用时间增加和使用环境变化，

驱动电路参数和阴极射线管用的高、低电源电压很可能发生变化，为此，使用光点投射式火控系统，每经过一定时间和打靶射击前，均应对光点装表精度进行校准。

下面以某坦克为例，说明光点校准的方法。                   

  

光点校准，主要是调整光点子在瞄准镜中的零位和垂直、水平放大比例。图2.10为光点调整面板示意图。此项工作应该在校炮之后进行。调整时，首先将系统接通为“校准”状态并接通高压电源开关。此后，在瞄准镜视场中将出现四个光点，其位置应分别与瞄准镜分划板上坐标为（-30，0）；（0，0）；（+30，0）；（0，-30）的四个校准标志相重合；若不重合，则应进行调整，调整过程如下：

a)        调整光点的聚焦和亮度。使光点聚焦处于最佳状态，光点清晰可见（见图2.11（a））。

b)        调整光点零位。微调调整面板上的偏移旋钮“X偏移”、“Y偏移”，使四个光点中的坐标为（0，-30）的光点与瞄准镜分划板上对应的标志相重合（见图2.11（b））.

c)        调整光点比例尺（放大倍数）。微调垂直放大旋钮“Y放大”，使坐标为（0，0）的光点与瞄准镜分划板上对应的标志相重合（见图2.11（c））；微调水平放大比例旋钮“X放大”，使坐标为（-30，0），（+30，0）的2个光点分别与瞄准镜分划板上对应的坐标标志相重合。

 

（3）         光点正交性修正

光点正交性修正，用于解决阴极射线管光点在水平和垂直两个方向上偏移不垂直的问题，军用阴极射线管CRT正交性误差为+-1’，不同的CRT，正交误差不一样，因而，在更换计算机或瞄准镜之一时，都要进行正交性修正。

正交性修正通过计算机程序进行。在计算机调整窗口中，专门设置了一组开关（见图2.12）。在设计时，将+-1’误差角度等分为8个区，并将各区编号，取各区的中间值作为修正值。左面开关的高2位修正昼夜瞄准镜，右面开关的高三位修正微光瞄准镜，修正时视偏差情况按表2.1进行操作。

修正时，首先将四个光点中的坐标（0，0）、（0，-30）对应的中间两个点按光点校准方法严格校准。此时，由于CRT存在正交性误差，左右两个点可能未准确地与分划板上的对应的（-30，0），（+30，0）坐标标志相重合。此时，应进行如下修正操作：若右边光点在校正标志上面，左边光点在校正标志下面，则装定正修正值，即取0、1、2、3区中的一个；反之装定负修正值，应取4、5、6、7区中的一个。按一下复位按钮，观察瞄准镜中显示的光点位置。反复调整，直至左右两个光点与分划板上的校正标志达到最佳重合状态为止。

用瞄准光点或瞄准光环装表，使用一只阴极射线管实现两个方向的装表，装表速度快，归零精确，容易和各种瞄准镜组合；改装后的瞄准镜头部重量增加较小，对瞄准镜拆卸安装基本无影响，而且阴极射线管已组件化，跟换方便。缺点是寿命和保存期比不上机械式的装表机构；另外，用光点或光环中心瞄准目标，不可避免地附加一定的瞄准误差。

2.1.1   双向步进电机火控系统

双向步进电机装表火控系统的组成、工作原理、数学模型、战术技术指标，与光点投射式火控系统基本相同，唯装表方式不同。

2.1.1.1               双向机械装表的结构

已知，步进电机每接收一个脉冲，就相应地转过一定角度（步距角），因此可以用来实现脉冲-转角的转换，脉冲频率决定旋转的速度，脉冲的个数决定旋转的角度，线圈通电状态改变的顺序确定旋转方向。在火控系统中，将计算机计算出的以数字量表示的瞄准角和方位角修正2量结果，首先变成相应的脉冲数，然后利用两个步进电机，通过丝杠和螺母等传动机构拖动分划板，以十字线的交点作为瞄准标记，即为双向机械装表式装表机构。

双向机械装表瞄准镜分划的结构有两种：一种是高低与方位各为一块活动分划板的分装式结构；另一种是高低与方位为一块活动分划板的组合式结构（见图2.13）。

分装式结构，两块分划板由水平和垂直两个步进电机分别控制（见图2.13（a））。在垂直方向装表时，分划板相对水平指示线下移；在水平方向装表时，垂直刻线在方向上的偏移量等于方向补偿值。组合式结构水平指示线和垂直线均不动（见图2.13（b）），在垂直和水平方向装表时，两个步进电机作用于一块分划线，是通过一块分划板的上下和左右移动来完成表尺装定的。

2.1.1.2               双向机械装表的操作

双向机械装表瞄准镜，在开机后，从瞄准镜中看到的是，水平指示线位于0线位置（经过大指标顶点），垂直线和大指标顶点重合。每当按下激光测距按钮、关机前和装表30s后，均自动恢复成这种状态，称为“归零”。图2.14为用分装式双向机械瞄准镜对运动目标进行射击时的操作过程，说明如下：

（1）          炮长用大指标顶点瞄准目标中心，按下激光按钮，平稳跟踪运动目标2s以上，松开激光按钮。松开按钮时发射激光测距。

（2）          装表系统自动装定好表尺。分划板的下移量反应瞄准角，垂直线的水平移动距离反映方向修正量。

（3）          高低向自动调炮，调炮精度为2mil。

（4）          炮长操纵稳定器，用十字线交点精瞄目标中心后即可射击。

采用组合式双向机械装表瞄准镜时，设计操作过程和图2.14所示过程大同小异。只是在装定方位修真量时，是垂直线不动，大指标水平移动一段距离，最后仍用大指标对目标进行精瞄射击，这样，始终用一种指标进行瞄准射击，更符合人机工程，有利于简化炮手训练。

双向机械装表系统采用的步进电机，以对最大射击距离装表时间的要求（通常为1.5s）确定脉冲频率，以确定的工作频率和对力矩的要求选择步进电机。步进电机要克服的阻力矩，主要来自为消除丝杠间隙和射击震动引起的零件走动由弹簧的预压力所产生的摩擦力矩。对步进电机进行控制，主要使控制旋转方向，转动速度和装表的步数。这些要求用计算机来实现是不困难的。

扰动式火控系统的使用特点是结构简单，便于改装老式坦克，但是由于有扰动过程，因而在一定程度上影响射击反应时间。另外，扰动式火控系统的瞄准具通常与火炮同步转动，火炮在坦克行进时存在稳定精度问题，使得扰动式火控系统不宜用在要求具有行进间射击功能的坦克上。