中国坦克专家谈国产坦克之不足

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导读: 安装有指挥仪式火控系统的坦克,一炮手在坦克行进间从瞄准镜向外观察,目标和背景几乎是不动的,所以这种系统有时又称为“稳 像式”火控系统。一炮手使用这种系统可以在坦克行进间实施射击,而且射击时只需要一次瞄准,也就是一炮手将瞄准指标瞄到目标中心,并发射激光进行测距后,瞄准线不会再有什么扰动。只需继续瞄准目标,就可以进行射击。   指挥仪式火控系统之所以有上述功能,是由于它采用了新的控制方式。在这种系统中,瞄准镜与火炮分开,瞄准线是独立稳定的,并作为系统工作的基准。瞄准线的稳定,是通过陀螺仪稳定瞄准镜中的
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安装有指挥仪式火控系统的坦克,一炮手在坦克行进间从瞄准镜向外观察,目标和背景几乎是不动的,所以这种系统有时又称为“稳 像式”火控系统。一炮手使用这种系统可以在坦克行进间实施射击,而且射击时只需要一次瞄准,也就是一炮手将瞄准指标瞄到目标中心,并发射激光进行测距后,瞄准线不会再有什么扰动。只需继续瞄准目标,就可以进行射击。

指挥仪式火控系统之所以有上述功能,是由于它采用了新的控制方式。在这种系统中,瞄准镜与火炮分开,瞄准线是独立稳定的,并作为系统工作的基准。瞄准线的稳定,是通过陀螺仪稳定瞄准镜中的反射棱镜来实现的。在瞄准状态时,一炮手用手控装置驱动瞄准镜的瞄准线,使瞄准线跟踪、瞄准目标,而火炮则随动于瞄准线;在射击时,火控计算机计算出的射击提前角,只传输给火炮和炮塔传动装置,使火炮自动调转到提前角位置,而瞄准线仍然保持跟踪和瞄准目标;此外,指挥仪式火控系统通常配有火炮重合射击装置,当火炮调转到要求的提前位置上时,该装置自动输出允许射击信号,如果这时一炮手已按 下射击按钮,坦克炮会自动发射

目前,先进的主战坦克大都装有稳像式火控系统。如日本的90式坦克,德国的“豹”2坦克,美国的M1A1、M1A2坦克,英国的“挑战者”2坦克,法国的“勒克莱尔”坦克,俄罗斯的T-90坦克,以色列的“梅卡瓦”3型坦克,意大利C1“公羊号坦克等等。我国新型主 战坦克88A、88B、88C和WZ123主战坦克上安装的即是我国自行研制的指挥仪式坦克火控系 统,并已习惯上称为“稳像式火控系统”。2发展我国坦克火控技术的对策 2.1发展大闭环火控系统,提高次发射弹的命中率

尽管现代坦克火控系统考虑的射击准备误差已多达数十种,大大地提高了坦克炮的首发 命中率,然而,再高的首发命中率也不能保证射弹在任何距离上都能首发命中目标,那么, 就存在一个次发射弹的射击修正问题。目前,我国现装备的最先进的稳像式坦克火控系统, 并没有解决这一问题。因坦克炮的交战距离愈来愈远,凭肉眼观察弹着点的难度越来越大, 尤其是在行进间射击时,甚至无法观察到炸点,所以,次发射弹的修正便无依据,往往是一 炮手凭自己的实践经验而进行修正。这样,很难保证次发射弹有很高的命中率。从对抗的角 度来看,装有先进火控系统的现代主战坦克进行轮流对抗射击,一般情况下很难有发射第三 发炮弹的机会。也就是说,如果前两发炮弹还未能将对方击毁的话,那么,很可能就会在发 射第三发炮弹之前被对方击毁。由此看来,先敌开火,首发命中或者是次发命中目标,是何 等的重要。因此,我国的主战坦克上迫切需要装备大闭环火控系统。

大闭环控制原理是国外70年代发展起来的新原理。它已成功地应用于美国“密集阵”舰 载高炮火控系统,并且在美国90年代主战坦克的HIMAG试验车上作了试验。所谓大闭环控制原理,就是利用弹丸跟踪测角和测距装置实时测出坦克炮前一发弹射击的脱靶偏差量,并自动 输入火控计算机进行后一发弹的修正计算,然后坦克炮根据火控计算机修正的射击诸元进行后一发弹的射击。由此可见,大闭环坦克火控系统实际上是对弹丸的脱靶偏差量进行实时测 量和实时修正。要应用这种原理,坦克火控系统除必须配备目标自动跟踪装置以及弹丸跟踪测角和测距装置之外,还必须采用数字式火控计算机,因为它能存储所计算的射击诸元,并且能根据所测定的脱靶距离实时修正坦克炮射击诸元。从目前国外的研究和试验情况来看,目标自动跟踪装置可以采用闭路电视和热成像仪,弹丸跟踪测角和测距装置可以采用无线电定位传感器和其它光电传感器。我国最新主战坦克WZ123车已经装备了热成像仪,无线电定位技术也是成熟技术,所以具备了发展大闭环火控系统的技术条件,发展大闭环火控系统不仅是可能的,而且也是非常现实的。

坦克火控系统采用大闭环控制原理,可以提高次发射弹的命中率,特别是可以大幅度地 提高对在越野地形上作高速机动运动的目标命中率,减少弹道参数自动修正传感器和人工装定的各种环境数据修正量,从而缩短坦克炮射击准备的时间。但是,它要求坦克炮的射速要高,弹丸的飞行时间要短。

2.2 发展目标自动跟踪火控系统,实现目标搜索、识别和跟踪自动化

我国最新型的主战坦克88A、88B、88C和WZ123坦克装备的稳像式

火控系统,其自动化程 度还比较低,对目标的搜索和识别完全依靠

坦克乘员用肉眼借助光电传感器来实现,对目标 的跟踪也是依靠一

炮手进行手动控制跟踪。由于伪装和隐身技术的广泛运用,在未来高

技术 条件下的局部战争中,不仅坦克乘员搜索、发现、识别目标更

加困难,而且在许多情况下, 坦克乘员要在对目标作战的瞬间内处

理大量的信息。这就需要一个将传感器、处理机和显示 器等装置结

合在一起的系统。这种系统能从复杂的和混乱的散射干扰背景中更迅

速、更可靠 地提取目标,从而使乘员能更快地对目标开火。

另外,国产稳像式坦克火控系统,仅仅稳定了瞄准线和火炮,而

车体和乘员没有被稳定, 因此,一炮手或车长捕捉到目标识别后跟

踪目标的精度较低,尤其是对作机动运动的目标不 仅跟踪误差大,

而且需花费较长的跟踪/精瞄时间。如果识别辨认目标之后,火控系

统能自动 控制瞄准线跟踪目标,就能消除车体和人工跟踪不稳定导

致的跟踪/精瞄误差,从而提高坦克 在行进间跟踪运动目标的精度和

缩短跟踪/精瞄目标的时间,进一步缩短射击反应时间,提高 命中率

和大大减轻车长/炮长的工作负担。因此,国产坦克火控系统,迫切

需要提高自动化程 度,以实现目标搜索、识别和跟踪自动化。目标

自动跟踪火控系统的典型结构,是在指挥仪 式火控系统的基础上叠

加了目标跟踪线的控制系统,实现了目标--跟踪线--瞄准线--火炮轴

线的控制主线的开环控制,使火控系统的技术性能提高到新的水平

。在坦克火控系统中,可 作为目标自动跟踪的技术方案有:采用电

视和热成像传感器的视频跟踪、毫米波雷达跟踪以 及激光雷达跟踪

等,但其中以视频跟踪方案最为成熟。所谓视频跟踪,是利用可见光

的图象 传感器(即电视摄像机)或热成像传感器摄取目标的视频图像

信号,进行图像跟踪。在白天, 可根据目标图象的可见特征跟踪;

在夜间或能见度差时,则可利用热成像传感器,根据目标 的热特性

进行跟踪,实现了昼夜兼用。其跟踪过程是这样的:装在瞄准镜内的

图象传感器或 热成像传感器将摄取的目标可见特征或热特征的图象

信号,或直接进行视频信号的处理,或 送入计算机进行图像处理和

分析,从场景图像中识别出目标,并经过Kalman滤波确定出跟踪 线

的位置后,计算出误差,自动控制瞄准线对准目标,实现自动跟踪。

同时,图像信号还要 送入显示器,对目标的图像进行显示,供车长

和炮长观察和作出必要的判断。

为实现目标自动跟踪器对跟踪线和瞄准线的控制,根据有关资料

表明,有采用PI(比例 加积分)控制方式,也有采用最优控制方式的

。不管哪种方式,在其控制过程中都有目标状 态估计器的环节存在

,其作用是在自动跟踪器中的计算机根据图像识别测量出目标状态参

数 (例如目标速度等)之后,再对这些变量进行最佳线性滤波即卡尔

曼滤波计算,以便求出目标 状态参数的最佳估计值,使火控计算机

的重要输入数据得到有效的预处理。

目标自动跟踪器的核心是图像跟踪。在目标图像的跟踪技术中,

波门跟踪与相关跟踪是 最常见的跟踪技术。波门跟踪主要是模拟图

像的跟踪,它能在场景图像中根据目标的某些特 征,确定目标的位

置,并且从所辨别的目标信息中产生跟踪信号,其具体的跟踪原理有

边缘 跟踪、形心跟踪等。相关跟踪则是将场景图像数字化后,利用

现场图像与前一时刻所选定的 样板图像的相关函数来确定两个图像

的最佳匹配位置,从而确定目标的位置。相关跟踪比波 门跟踪能利

用更多的图像信息,可用来跟踪相当小的目标和在复杂背景条件下实

现跟踪,是 目前较先进的一种跟踪技术。而近期受到人们重视的多

特征视频跟踪技术,又将相关跟踪与 边缘跟踪或相关跟踪与形心跟

踪融合在一个跟踪器中,可明显提高目标跟踪的可靠性。与指 挥仪

式火控系统相比,目标自动跟踪火控系统有以下优点:

a.大大缩短了火控系统的反应时间

指挥仪式火控系统依靠人工进行跟踪和瞄准,跟踪过程与测定目

标运动速度所需的跟踪 时间较长;而目标自动跟踪火控系统依靠目

标自动跟踪器自动进行跟踪与瞄准,跟踪过程与 测量运动参数的时

间短,因而缩短了系统反应时间。据试验的数据表明,目标自动跟踪

火控 系统拦截目标的时间仅为人工跟踪的1/5~1/10。

b.提高了行进间射击的命中率

指挥仪式火控系统虽然稳定了瞄准线和火炮,但在行进间的人工

跟踪过程中由于车体运 动和人为因素,还会给目标速度的测量带来

误差。而目标自动跟踪火控系统或是在图像跟踪 过程中自动快速测

定目标运动速度,或是在已实现自动跟踪的情况下通过速度传感器进

行测 量,而且又采用了目标状态估计的Kalman滤波器,既可以减少

目标运动参数的测量误差,跟 踪精度又可比人工跟踪显著提高,因

此明显地提高了行进间射击的命中率。

c.提高了坦克的持续作战能力

坦克上的人力资源是最重要的资源。由于实现了跟踪和瞄准的自

动化,减轻了一炮手的 工作负担,在自动跟踪目标时,一炮手无须

执行行进间射击的复杂操纵程序,只须简单操作 并监视目标自动跟

踪的工作情况即可。人力资源的节约,必将促进坦克持续作战能力的

加强。

日本的90式主战坦克火控系统具有先进的自动跟踪能力。它是利

用热成像仪的输出信号 实现自动跟踪的。自动跟踪器能有效地跟踪

地面目标,特别是能有效地跟踪像直升机那样的 空中目标。在坦克

停止间或行进时它都可使用。当不用自动跟踪器进行跟踪时,炮长或

车长 使用他们的手动控制器跟踪目标。使用自动跟踪器时,在捕捉

到目标之后炮长唯一要做的操 作是:一旦目标进入瞄准镜的跟踪门

,就按压一下锁定开关,如果目标暂时丢失(当目标运动 到掩蔽物之

后),瞄准镜还会以同样的速度继续跟踪。当目标重新出现时,一炮

手就可迅速地 再次锁定目标而进行自动跟踪。 目前,除日本的

90式主战坦克具有自动跟踪目标的功能 外,以色列的“梅卡瓦”3型

主战坦克也装有自动跟踪器。它们代表了坦克火控的发展方向, 有

可能取代指挥仪式坦克火控系统。

2.3 发展高平结合、弹炮一体化的火控系统,提高主战坦克的空射

和远战能力

在未来高技术条件下的局部战争中,对主战坦克的威胁不仅来自

地面的反坦克武器,而 且来自空中的威胁较之地面有过之而无不及

。尤其是目前各国均注重武装直升机的发展和作 战应用,这无疑对

坦克构成了致命的威胁。反坦克武装直升机具有独特的飞行能力,优

越的 机动性能,良好的视野条件和强大的火力系统。具有远距离(

6000m~7000m)攻击能力和发射 后不用管的自动寻的导弹。如法国装

有“霍特”导弹的小羚羊攻击直升机对坦克的命中概率 为81%,摧毁

坦克的概率为100%。美军的AH―64攻击直升机装有一门30mm航炮,16

枚反坦克导 弹或4个火箭发射器或空对空导弹。据美、英、法、俄等

国的多次模拟作战对抗试验表明:反 坦克武装直升机和坦克的损失

比一般在1:14~1:20之间,平均为1:17.3最高达0:20,武 装直

升机已成为主战坦克的天敌。因此,我军主战坦克的空射能力亟待提

高,而单靠12.7mm 坦克高射机枪是不能胜任对空防御作战任务的。

发展既能对地攻击,又能对空射击的一体化 火控系统,提高主战坦

克的空射能力,从而提高主战坦克战场生存能力。不仅是坦克火控系

统发展的需要,也是打赢未来高技术条件下局部战争的需要。

弹炮结合一体化,既解决了近距离的坦克炮射击问题,又提高了

主战坦克的远战能力(对 空和对地射击的能力),通过远近结合,弹

炮互补,可以大大地提高坦克的整体作战效能,因 此,今后应注重

发展多能型坦克火控系统,努力实现高平结合、曲直结合和弹炮结合

。俄军 为了提高其主战坦克的远战能力,一直坚持一炮多用,弹炮

结合。其T-90E主战坦克装备的 125mm2A46A1滑膛炮,既能发射普通

炮弹,又能发射激光制导的AT-11“狙击手”反坦克导弹, 攻击距离

可达5000m。T-80主战坦克125mm滑膛炮既能发射普通炮弹,又能发射

AT-88(鸣禽)无 线电指令制导的、半自主式指令有线瞄准式炮射导弹

,最大射程达4000m。另外,T-72、T-62 主战坦克也分别装有炮射导

弹,其技术已相当成熟,不仅适用于坦克内的自动装弹机,而且 具

有较高的飞行速度,因此不仅能有效地对抗带有爆炸式反应装甲的坦

克,而且还能用于攻 击直升飞机,极大地提高了坦克的对空和对地

的攻击距离。

美军为M1A1和M1A2坦克研制的XM872火箭助推灵巧动能穿甲弹可将攻

击距离增至10km,而XM943 灵巧的目标激活发射后就不管(STAFF)炮

弹可实现间瞄发射和对隐敝目标的攻击,同时还实 现了对目标顶部

装甲的攻击。由此可以看出,世界强国都非常注重提高主战坦克的远

战能力。

2.4 发展CO2激光测距仪,提高坦克的全天侯作战能力

2.4.1 Nd:YAG激光测距仪的缺陷

目前,我国主战坦克装备的激光测距仪均为Nd:YAG激光测距仪

,它属于第二代激光测距 仪,其波长为1.06μm,是不可见的近红外

光。与第一代红宝石激光测距仪相比,其电光转换 效率高、阈值低

、能在高重复频率下工作,电耗降低、体积减小,且具有隐敝性,因

而获得 广泛应用,成为海、陆、空三军大量装备的主要军用激光测

距仪。然而,Nd:YAG激光测距仪 存在下述三点严重缺陷:

①对人的眼睛损伤较大。Nd:YAG激光测距仪发出的激光能量能

通过人眼被聚焦在视网膜 上,在近距离能使人眼致盲,在远距离时

能损伤人眼,因而给训练和试验带来了很大的困难。

②全天候测距能力低。3~5μm(中红外线)波长域和8~14μm(远

红外线)波长域,是红外 线的两个大气窗口,而Nd:YAG激光测距仪

产生的激光波长是1.06μm,该波长不位于红外线 大气窗口的波长域

内,因此其在大气中的传播能力低,易受干扰。在有雾、霾的气象条

件下和 战场烟尘的环境中,不仅测距的精度和质量不能保证,甚至

根本无法实施测距。这意味着Nd? 篩AG激光测距仪受能见

度的影响很大,降低了主战坦克全天侯作战的能力。

③兼容性差。我国新型主战坦克WZ123车已装备了热成像仪,为

了提高我军装甲兵的夜战 能力,今后必将大量装备热像仪。由于热

成像仪的工作波段是8~12μm,故1.06μm的Nd:YAG 激光测距仪与

其兼容性差。因为它们工作在不同的波段,所以不仅不能实现部件和

元件的共 用,而且用热像仪能观察到的目标,不一定能用Nd:YAG激

光测距仪测到它的距离(因为热成 像仪具有较强的穿透烟、雾、雪、

尘埃的能力,而Nd:YAG激光测距仪的穿透能力则较低)。 为此需进

一步发展能量转换效率和输出功率更高且对人眼安全的新型坦克激光

测距仪,而CO2 激光测距仪便是符合这一要求的激光测距仪之一。

2.4.2 CO2激光测距仪的优点

波长为10.59μm的CO2激光测距仪与1.06μm的Nd:YAG激光测距

仪相比,其具有以下突出 的优点:

①传输能力强

CO2激光测距仪的工作波长是10.59μm,该波长正好位于8~14μ

m的远红外线大气窗口, 故其大气传输性能好,透过大气雾、霾和战

场烟尘的能力强,能见度对其影响很小。

②对人眼安全

中小功率的CO2激光器的10.59μm波长远离眼睛的透射波长(可见

光和近红外波段),它由 角膜吸收,不损伤视网膜,因而不会损伤或

致盲受到照射的人眼,在训练与演习中不受安全 性的限制,不必配

带防护镜和在仪器内加装防护滤光片。

③与热像仪(工作波长)8~12μm)兼容性好

CO2激光测距仪与热像仪可以共用光学系统、扫描系统、接受机

和电源,从而使组合系统 结构紧凑,体积缩小,重量减轻,成本降

低。此外,它们在性能上也相容。

④效率高

灯泵Nd:YAG效率一般为1~3%,最高不超过5%,而CO2激光器的

效率一般为10~20%,高的 可达25%,从而可减小整机的重量和体积

目前,世界上战技性能先进的主战坦克,已装备了CO2激光测距

仪。如美国的M1A1、M1A2, 韩国的88式,英国的“挑战者”2等等,

CO2坦克激光测距仪的良好性能在海湾战争中得到了充 分的验证,可

以预测,CO2激光测距仪将逐渐取代Nd:YAG激光测距仪。

2.5 将坦克火控系统纳入车辆综合电子系统

现代坦克火控系统的电子元件和电气系统较多,从而导致车内布

线错纵复杂,不仅占用大 量的空间,而且其防护性能和可靠性也随

之降低。若将坦克火控系统融于车辆综合电子系统, 即以数据总线

为脉络,将所有电子电气系统联成一个综合系统,并为今后将要使用

的电子系统 留有接口,将目标探测与跟踪、火炮控制、炮弹自动装

填、部件工况监控、各种信息获取与传 输、战场指挥与控制、定位

导航等等,均纳入车辆综合电子系统,充分利用系统的冗余度设计

提高各子系统乃至整个系统的可靠性,利用数字传输速度快的优点缩

短反应时间和提高保密性, 通过快速传递信息,就能充分调动各个

作战单元的作战效能以达到提高整体作战效能的目的。

法国的勒克莱尔坦克是按照车辆电子系统一体化的思想来设计的

。它的电子设备是围绕着 一条数字数据总线配置的,大约有30台8位

、16位或32位微处理机用来控制各部件的工作和对其 进行测试。通

过数据总线,各设备之间可以连续地交换数据,并且当部件发生故障

或损坏时, 可以对系统的结构重新安排。勒克莱尔坦克的车辆电子

系统能使坦克乘员将重要的信息传递给 其它坦克和较高级的指挥机

构,也可以从他们中接收信息。这些信息包括坦克的位置坐标、已

被探测到的敌方部队的规模和位置、弹药数量和油料剩余量、坦克火

控系统以及其它各系统的 工作状态等等。

美国陆军已将“车际情报系统”(IVIS)配置到M1A2主战坦克上。

IVIS的功能是由在标准车 辆电子系统硬件模块上运行的软件来实现

的。各部件间的联系通过双冗余军用标准1553B数据总 线。故障管理

软件可以使一种设备代替另一种已出故障的相应的设备。例如,如果

火控系统的 炮塔电子系统发生故障时,车体电子系统可以承担总线

控制器的工作,并可以为火控系统提供 弹道计算。

另外,美国M109A6型155mm自行榴弹炮、M2A3型战车(由M2A2布雷

德利战车改进)和XM8装甲 战车火炮系统也已配备了车辆电子系统。

我军装甲兵数字化试验部队的数字化坦克,也装有车辆综合电子

信息系统。通过数据总线 将车内的主计算机、通信设备、火控系统

、推进、防护等电子系统联成一体,实施信息的传递 与分配。对外

与连营组成信息网,对内采集车间信息,控制有关设备。

综上所述,将坦克火控系统纳入车辆综合电子系统是未来主战坦

克火控系统的发展趋势, 而车辆综合电子系统是数字化坦克不可缺

少的核心部件。它不仅可以提高整个车辆系统的可靠 性,而且还具

有良好的可扩展性,可减轻坦克乘员的工作负担,便于与整个战场

C3I系统连接 等优点,是今后的发展方向。

2.6 发展标准化、组件化、小型化的坦克火控系统

主战坦克既是陆战场上的突击力量,也是众多的反坦克武器的众

矢之的。因此,主战坦克 极易遭受到来自地面和空中武器的攻击。

而坦克火控系统的各种电子部件和连接电缆等又是易 损部件,坦克

一旦中弹,火控部件的损坏在所难免。坦克火控系统如能实现标准化

和组件化, 既便于和平时期的维护保养,也便于战时的勤务保障,

不仅节约了人力物力和财力,而且提高 了火控系统的再生率,从而

提高了主战坦克的战斗力和生存力。另外,随着各种高技术武器装

备在主战坦克上的广泛应用,导致主战坦克的车内空间越来越狭窄,

而火控系统的小型化可有 助于缓解这一日益突出的矛盾,从而为坦

克乘员提供更大自由度的活动空间,为坦克乘员战斗 力的充分发挥

创造更为有利的环境和条件。

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