【裝備】構建中國的陸戰平台-目標自動跟蹤火控系統

原標題：【裝備】構建中國的陸戰平台-目標自動跟蹤火控系統

陸戰平台火控系統是坦克和自行火炮等戰車中控制火炮瞄準和射擊的系統。它的功能是快速搜索、發現和瞄準目標，快速採集各種影響射擊精度的數據，解算出射擊諸元並控制火炮達到正確的位置(方向、高低)，然後在炮長的監控下實施射擊。現代陸戰平台火控系統是一個多工況、多任務的複雜系統，一般由觀察瞄準鏡、火控計算機、測距儀、火炮穩定器、各種感測器，以及車長和炮長操縱機構等部件組成。

圖1：

基本概念

目標自動跟蹤(Automatic Target Tracking，ATT)火控系統是先進的陸戰平台火控系統，也是各國軍隊競相發展的電子信息系統。有趣的是，雖然美、德、英等西方軍事大國早已開始ATT火控系統的研究，但最早對外宣布已在坦克上裝備了這種系統的卻是日本和以色列，先行的美國等國至今未在他們的坦

他們不滿足於只實現單一的「自動跟蹤目標」功能，而要通過全數字化(即信息化)設計，充分融合各種先進的信息技術，以擴充新的戰術技術性能。

在現代信息化戰場上，網路通信和網路指揮技術高度發展，為陸戰平台在多種作戰模式中(如對遠距離目標的跟蹤射擊、間接瞄準射擊、同時對多個目標自動跟蹤、戰場威脅目標的定位測量與報警等)完成不同的作戰任務，提供了情報與通信的支撐。為了真正實現陸戰平台作戰能力的擴充，一定要加強火控系統的信息化改造，增加新的作戰功能，滿足迫切的軍事需求。對ATT火控系統進行全數字化設計，正是這一信息化改造中的首要任務。

在陸戰平台火控系統的發展中，之所以要把ATT系統與電子信息系統的深化發展緊密聯繫在一起，是由於ATT系統可以獲得目標的大量原始信息；而且ATT系統中包含有高速計算機，很容易擴展出大信息量的處理能力。

發展動向

第一次海灣戰爭後，美國首先重點發展了M1A2坦克的指揮控制系統；隨後在其「未來主戰坦克」(M1A3)計劃中，對ATT火控系統提出了多項研究目標：①快速發現目標並確定其運動狀態的能力；②提高對機動規避目標的自動跟蹤能力；③實現目標自動識別技術；④能同時跟蹤3個目標；⑤能跟蹤與打擊低空飛行器等快速目標；⑥提高對超遠距離(2500～3500米)目標的跟蹤與射擊精度等。這些高性能，只有在對系統進行全數字化設計的基礎上，通過對目標運動規律的建模以及綜合處理目標信息才能夠達到。

最近，美軍雖然在「網路中心戰」作戰理論的牽引下，放棄了「未來主戰坦克」的發展，轉而提出「未來戰鬥系統」計劃；但是發展自動跟蹤火控系統的決心有增無減，而且將其視為提高「未來戰鬥系統」陸戰平台殺傷力的主要支撐系統。美軍提出在武器系統數字化的基礎上，自動跟蹤火控系統應具有「目標識別、目標確認、按目標威脅排序、全天候對運動目標進行攻擊」的能力。

上述情況給我們的啟示是，全數字化ATT火控系統是陸戰平台電子信息系統中的重要系統，開展這類系統的研製是包括我國在內及各軍事大國的熱門研究方向。相信這一系統不久即將面世。

雖然從上世紀80年代，世界範圍內就已開始了自動跟蹤火控系統的研究，但西方各軍事大國至今未能在坦克上正式裝備全數字化目標自動跟蹤系統，也突出地反映出研製這一系統所具有的理論難度和技術難度。

圖二：我國自行研製的用於目標自動跟蹤火控系統的計算機——車載目標自動跟蹤器

關鍵技術研究

按照當前的軍事需求、考慮到技術可行性，陸戰平台全數字化ATT火控系統應同時具有的創新功能，包括目標多維信息的數字採集、多目標自動跟蹤、目標狀態的濾波與預測、目標運動的實時建模，射擊諸元的解算、以目標信息為基礎的先進控制技術的實現等等。全數字化ATT火控系統是未來陸戰平台電子信息系統種的主要系統，包括3項核心的理論與技術。我國研製這樣的系統，雖然在硬設備方面仍有問題需待解決，但在這3項核心理論與技術的研究上均已取得重要突破，而且某些方面處於世界領先水平、形成了我國獨有的技

術特色。這3項理論與技術是：

目標狀態信息的數字採集

實現目標信息的數字採集，是進行系統數字化設計的第一步。可在運動的陸戰平台中它卻成為不容易解決的技術難題。原因是，陸戰平台的瞄準線是通過圓周轉動來實現對目標的跟蹤與測量的，而目標在地面上的運動軌跡又是多變的，在這樣多維、多度的運動關係中，無法實現目標信息的高精度直接數字採集。每次只能測量目標的相對運動量，再配合以複雜的信息處理過程才可以解決，測量精度與信息處理演算法的先進性關係很大，這常常成為制約系統精度的關鍵。

圖三：薩伯公司的「通用坦克防空系統」(UTAAS)可以方便地選用熱成像儀和激光測距儀(右)，通過「伺服控制鏡」實現目標自動跟蹤，指揮火炮同步指向攔截點

機動目標的動態建模

關於機動目標運動模型的建立，是現代和未來陸戰平台火控系統無法迴避的重大問題。目前，坦克低速段的平均加速度已達1.5米／秒。美國未來戰鬥系統的履帶式樣車更是提高到1.9米／秒以上。陸戰平台在戰場上的「規避戰術動作」，就是以低速段的加速為基礎、充分利用掩避地形的蛙跳式前進。因此，未來戰場上的目標基本上是在做非勻速運動；如果仍按勻速直線運動來考慮，在2千米距離上的方向射擊誤差可達到2～6米以上，很難命中目標。因此，解決機動目標運動的動態建模，成為設計數字化的目標自動跟蹤系統的首要任務。

關於機動目標的運動模型，國外目前仍採用人為的方式預先假定，只作個別參數的自適應調整。美國學者辛格於1970年提出的隨機加速度模型，早年被廣泛用作機動目標的運動模型。隨著裝甲目標機動性能的提高，我國學者提出的「當前」統計模型和「參數辨識」模型的優勢不斷顯現。「當前」統計模型雖然也是一種假定模型，但它對目標機動性的適應範圍明顯優於隨機加速度模型，已成為國內機動目標運動模型的首選。

如果能夠實時地辨識出機動目標的運動模型，那是再好不過了；但由於許多理論與技術上的困難，國內外一直認為無法辨識，一度放棄了這方面的努力。我國學者經過不懈努力創建的「參數辨識」模型，正是在數字化ATT系統中可以實時辨識的模型。它適應範圍廣，可以在辨識過程中通過變化參數來自動適應機動目標模型的改變；並且隨著系統跟蹤精度的提高，這一模型的工程辨識精度也愈高、應用價值也愈大。如果我國在研製陸戰平台全數字化ATT火控系統中，能夠實現「參數辨識」模型的實時辨識，那將是具有世界意義的突破。

圖四：儘管日本T一90坦克率先配備了自動跟蹤系統，但這種跟蹤功能相對單一，性能相對有限

目標的信息處理與控制技術

全數字化目標自動跟蹤系統的信息處理演算法和先進控制技術，包含有豐富的內涵，也是系統設計的核心。每一項關鍵技術的成功解決，都將導致某項戰術技術指標的突破。例如，多目標自動跟蹤中，目標問快速切換的控制質量、瞄準線對跟蹤線的跟蹤精度、瞄準線的穩定精度、跟蹤線對機動目標的跟蹤精度，當然還包括目標信息的採集精度、目標「參數辨識」模型的辨識精度以及對目標射擊諸元的解算精度等，無一不與目標信息處理及先進控制技術的設計有關。

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