航空火控技术的发展与探讨

2012-10-11陈松

教练机 2012年2期

关键词：火控系统火力武器

陈松

（海装驻武汉地区军代局，湖北武汉430011）

1 航空火控系统发展概况

航空火控的发展经历了四个阶段。

1）光学瞄准具阶段（60年代以前）。这个阶段机载武器主要是机枪、火箭、炸弹及航炮等。火控系统主要是机电式光学瞄准具和与之配套的初期雷达与红外空中搜索装置等。

2）平视显示器火控系统阶段（60年代末－70年代）。进入60年代以后，国外开始装备具有导航与瞄准功能的平视显示/武器瞄准计算系统（HUD/WACS），以取代光学瞄准具与传统的航行仪表。70年代，惯性导航系统被综合进火控系统中，构成了攻击/导航系统（Attack/Navigation System）。

3）综合武器火力控制阶段（70年代－80年代）。该系统是脉冲多普勒雷达（PD雷达）与光电传感器组成的目标探测分系统、惯导与大气数据计算机组成的本机信息传感分系统、平视显示/握杆操作（HUD/HOTAS）与多功能显示器组成的任务显示分系统、管理武器发射与投放的外挂物管理分系统以及任务计算机分系统等由串行数字多路数据传输总线综合而成的综合武器火力控制系统（图1）。

4）综合化、自动化与智能化航空电子系统阶段（80年代后期开始相关研究）。该系统不仅包括了第三阶段中的全部分系统，而且进一步综合了以下几个分系统：

（1）通讯导航识别系统，即作战C4I系统。

（2）飞控分系统。飞控系统与火控系统交联，能根据火控信息，自动飞行到投放武器所需的飞行剖面，自动投放武器。

（3）电子战分系统。在作战时，能对威胁进行综合与分类，自动选择最佳干扰方式和最佳干扰时机。

（4）各种非航空电子系统的控制部件。对各种非航空电子系统的控制、管理部件进行综合，使之在作战瞬间处于与火控系统最佳匹配状态。

图1 典型的三代火控系统

2 航空火控系统技术的新发展

2.1 传感器综合技术

如果说美军宝石柱计划的主要瞄准点在于核心处理系统的综合，那么宝石台计划则转移到解决传感器区的综合问题。该计划提出用13个天线提供所有CNI/EW/雷达所需的功能。F22的雷达天线已实现了部分的综合，同一部雷达天线还同时用于完成部分波段的电子战及通信功能。光电传感器的孔径也要实现综合，FLIR(前视红外)、IRST(红外搜索和跟踪系统)、导弹告警功能的综合，实现所谓分布孔径红外系统(DAIRS)。传感器的信号处理和数据处理部分也要实现综合，使用统一的中频和共用模块进行频率变换，完成处理算法，然后通过统一航空电子网络和其他的功能单元交联，对传感器的控制和功率管理也可通过这个通道完成。传感器区的充分综合将是一个很大的进步，在上述的各个方面都将获得极大的收益。

2.2 机载光子技术

1)光子通信根据新一代航空电子系统的发展情况，光信息传输网络是一个重要的发展方向。F22已使用高速光纤数据总线，JSF可能使用光母板及以光开关阵列为基础的光传输网络，正在研制一些其他的器件如光子增强器件和光信号分路器，做成集成器件的形式，可用于实现光信号的无衰减传输和分路。目前，还仅限于光信息传输方面的研究，将来会发展到机载条件下的光的逻辑器件及光的运算器件。

2)光子计算机目前采用GaAs材料、内部线宽为0.5μm的VHSIC芯片的极限速度值仍不能满足战斗机信号处理要求。在研的光处理机目标识别系统，速度为1012次运算/秒，比F-22TF的CIP快了103倍。

2.3 图像处理

信号和图像处理技术的发展取决于其他关键技术的发展。在机载火控技术中，主要用于合成孔径雷达和前视红外（FLIR）传感器的信号和图像处理，如在机载光电火控系统中采用的具有人工智能性质的自动识别（ATR）技术。ATR中FLIR传感器探测的目标图像通过计算机进行处理，提高图像清晰度，而对目标自动识别和跟踪代替了驾驶员工作。在机载光电火控系统中主要采用的算法是相关算法，由于相关算法是把现帧图像与前一帧图像进行相关处理，以产生跟踪误差信号，每帧图像都由大量像素组成，在相关过程中计算量太大。目前正在研制光学相关器对数据作预处理，其输出为每秒10千兆位用于模式识别图像处理技术。

2.4 人工智能（AI）

武器系统中应用人工智能（AI）的目的是提高武器系统的效率，为提高F－22ATF战术性能而研制的综合电子系统/综合通讯导航和识别航空电子系统（INEW/ICNIA）中采用AI对目标进行分类和识别，并把智能化终端传感器和发射机同大容量、高速的中央处理机综合在一起，使INEW能够对抗连续波、脉冲、微波、毫米波雷达、激光、光－电/IR威胁。

人工智能应用主要是作为驾驶员助手。首先在研制RAH－66Comanche侦察与攻击直升机时提出的，即（RPA）研制计划。RPA的重点是宽视场、高分辨率头盔显示器，其他组成部分还包括宽视场传感器、融合式红外成像、改进型前视红外（FLIR）成像、高级全权限数字式飞行控制系统、人机自动化接口。人机自动化接口能领会飞行员的意图，并自动或按照飞行员的要求安排显示器及显示的信号。RPA能在300公里范围内和多个高度层上制定飞行计划，包括远距航线和近距快速反应航线，飞行计划可以在5秒内更新。综合到RPA系统的另一关键功能是人机对话，RPA的信息提示媒介是话音或显示或话音与显示同时出现。飞行员可按照话音传来的威胁告警以及应如何飞进行规避机动飞行，或按照显示的方向作规避飞行。信息提示功能的关键问题是如何处理各种信息，然后以简明的形式告诉飞行员如何飞行。因此从事RPA研究的主要技术是数据的融合，它涉及到各种传感器信息的获取、跟踪、分析判断、排定目标优先级和建议所采取的行动等。

3 航空火控系统技术的发展探讨

纵观航空火力控制系统的发展可以看出,航空火力控制系统伴随着作战需求以及载机平台和武器的发展而发展,其发展过程是一个新技术不断应用,新概念、新方法和新功能不断出现的过程,也是一个作战效能不断提高的过程,具有以下特点:

1)火力控制系统从面向作战向攻击全过程转变,着重作战能力的提高,并强调全寿命周期。

2)航空火力控制系统从第三代开始,已把研究重点从传统的单武器平台转向多武器平台的发展,将传统的火力控制逐步发展成火力与指挥控制;将火力、指挥控制融为一体,形成超视距多机协同、多目标攻击能力,并进一步与C3I系统相连,形成空、天、地一体化作战体系。从这个意义上讲,单武器平台(载机)是火力与指挥控制系统的一部分。

3)实行产品标准化、系列化、模块化、智能化是体现系统综合化的主要特征。智能控制技术在航空火力控制系统中的应用将会更加广泛,第四代战机是应用的第一个高峰期。随着航空新技术的发展,航空火力控制系统其产品的性能将会显著提高,产品的电磁兼容性研究将会更加受到重视。

4)由于传感器提供基本的火力控制目标攻击信息以及所占成本的因素,传感器综合技术的发展更加重要,将会加快研制进程。随着隐身技术的发展和应用,使得反隐身技术得到快速发展,对付隐身飞机和隐身导弹的探测技术正在探索之中。

5)为了快速获取丰富、准确和质量更高的目标信息,信息的综合化处理程度越来越高,信息的种类和信息量急速增加,推动了数据融合技术等信息处理技术向更高技术领域发展,并将促进对信息战的研究。

6)随着航空火力控制系统规模的扩大、技术的复杂化以及综合化程度的提高,系统仿真与试验技术会更加重要,否则会成为制约系统研究的瓶颈,系统试验将会支持航空武器火力控制系统的整个生命周期。

7)随着火力控制系统由简单到复杂,使之更加突出火力控制系统的整体性能,系统总体工作将更加重要。

8)航空火力控制系统与武器、载机的关系更加密切,并将进一步进行一体化设计,产生相应的工程化综合控制方法,例如,智能化火/飞/推/武器综合技术的研究和应用。

9)航空火力控制系统将武器、载机、目标乃至战场环境相互之间有机地联系起来,因此必须在人机闭环系统中进行研究。由于武器的增多和发展,载机的特殊性以及目标和战术环境的复杂性,使得航空火力控制系统的研制内容更加复杂和新颖、功能越来越多、性能越来越先进。

10)航空火力控制系统性能不断提高、功能不断扩大,但作为信息获取、信息处理的基本任务没有变。

11)高速大容量计算机、高速光纤总线、综合显示、语音控制等技术的发展与应用,使得火力控制系统及机载电子设备的综合化达到更高水平。

12)电子战、信息战等航空新式武器的出现和应用,火力控制系统控制武器的类型增加,使火力控制系统的功能和组成及其内涵进一步扩大。目前的火力控制系统具备了电子对抗能力,能压制敌方的探测能力,有效地隐蔽接敌和先敌发现目标,削弱敌机机载系统的作战效能。