坦克火控系统观瞄设备目标标记生成方法*

郝 娜，张 波，陈军伟，常天庆

（装甲兵工程学院，北京 100072）

坦克火控系统观瞄设备目标标记生成方法*

郝 娜，张 波，陈军伟，常天庆

（装甲兵工程学院，北京 100072）

针对目前新型主战坦克火控系统无法直接利用指控系统获取的目标位置信息，为乘员搜索目标提供辅助指示、指控系统的信息优势没有充分发挥的问题，提出了一种坦克火控系统观瞄设备目标标记生成方法。该方法有效利用获取的目标位置、车载导航定位系统输出的本车位置，以及火控系统瞄准线角度等相关信息，将目标位置信息转换为在观瞄设备内的投影位置坐标，实现了动态目标的自动指示。

坦克，火控系统，目标，指示

0 引言

目前，我军新型主战坦克炮长和车长采用独立的观瞄设备对战场目标实施观察与搜索。炮长采用操纵台控制瞄准线的位置，通过观察炮长瞄准镜目镜视场或炮长战斗显控终端来完成对目标的搜索与射击任务。车长采用车长周视瞄准镜进行战场观察与目标搜索，将发现的目标指示给炮长进行歼灭。新型主战坦克安装了指控系统，可以实时获取战区态势地图、战术电文和作战命令，其接收到上级提供的战场目标信息包括目标坐标、种类、数量等，可以在车长战斗显控终端上通过二维电子地图方式显示，为车长搜索目标提供辅助指示［1-2］。但是，现有的观瞄设备无法直接利用指控系统接收的目标信息在观瞄视场内为车长和炮长指示目标，搜索目标时间没有显著缩短，搜索效率有待进一步提升，指控系统的信息能力优势没有在火控系统搜索目标过程中得到充分利用。

现阶段，新型主战坦克已安装导航定位系统，可以输出车辆的位置坐标、车体航向、俯仰、倾斜信息。同时，坦克火控系统可以提供瞄准线相对车体的角度信息［3-5］。因此，将指控系统接收的战场目标信息与上述信息结合，可以获得三维空间内目标与瞄准线的位置关系，经过运算处理可得出目标相对瞄准线的角度与距离参数，在观瞄镜视场内实现为车长和炮长自动指示目标的功能，从而有效提升车、炮长在复杂战场环境下对目标的搜索、定位能力。

1 坐标体系建立

建立三维空间坐标系、车体坐标系和瞄准镜坐标系，目标点与各坐标系之间的关系如图1所示［7］。

图1 三维空间坐标系与车体坐标系

三维空间坐标系说明如下：

OW为坐标原点，与54坐标系原点重合；OWXW为平行于水平面指向北，与54坐标系X轴平行；OWYW为平行于水平面指向东，与54坐标系Y轴平行；OWZW为垂直于OWXWYW平面指向上。

车体坐标系OCXCYCZC固联于车体，说明如下：

OC为坐标原点，火炮轴线与耳轴的交点；OCZC为垂直于炮塔座圈平面指向上方；OCXC为沿车体纵轴线指向前方；OCYC为沿火炮耳轴指向右方。

设瞄准镜光心OJ与OC重合，建立瞄准镜坐标系OJXJYJZJ，其中，OJ为坐标原点，瞄准镜光心；OJZJ为沿瞄准镜光轴方向指向前方；OJYJ为垂直于光轴并且与炮塔座圈平面平行指向右；OJXJ为与OJYJ轴、OJZJ轴垂直，且满足右手关系；α为瞄准线相对于XCOCYC平面的高低角，向上为正；β为瞄准线相对于车体纵轴的方位角，在XCOCYC平面内顺时针为正。

2 坐标变换

坦克定位与导航系统输出的本车位置坐标为54坐标（xc，yc），在附加的战场数字地形图中输入位置坐标可得出本车的高程hc，则本车在三维空间坐标系OWXWYWZW下的坐标（xwc，ywc，zwc）为（xc，yc，hc）。同时指控系统接收到的目标P坐标为54坐标（xp，yp），同样可得出其高程hp，则目标在三维空间坐标系OWXWYWZW下的坐标（xwp，ywp，zwp）为（xp，yp，hp）。为获取目标点P在瞄准镜坐标系下的坐标值，必须将其三维空间坐标值进行坐标变换。

2.1 三维空间坐标系OWXWYWZW与车体坐标系OCXCYCZC的变换关系

如图2所示，平移三维空间坐标系OWXWYWZW，使其坐标原点OW与车体坐标系OCXCYCZC的原点OC重合。

图2 三维空间坐标系与车体坐标系之间变换示意图

变换矩阵R中的3个角度为坦克导航定位系统输出的车体相对三维空间坐标系OWXWYWZW的姿态角，说明如下：θ为俯仰角，向上为正；ψ为方位角，顺时针为正；γ为侧倾角，向右为正。

2.2 车体坐标系 OCXCYCZC与瞄准镜坐标系OJXJYJZJ的变换关系

车体坐标系OCXCYCZC中的P点坐标到瞄准镜坐标系OJXJYJZJ的坐标变换可表示为：

其中，

3 目标可视条件判断

从指控系统接收的目标是否处于本车瞄准镜视场范围内，需要以目标相对瞄准线的位置和目标通视程度为条件，进行判断。

3.1 判断目标是否处于瞄准镜视场范围内

如图3所示，P点在瞄准镜坐标系OJXJYJZJ内的坐标为（xjp，yjp，zj）p，设POJ与OJZJ之间的夹角为。

图3 目标点在瞄准镜坐标系内的位置

3.2 判断目标是否通视

图4为目标通视示意图。hc为本车的高程，hp为P点的高程，S为地表某一点。

图4 目标通视示意图

OCP相对与水平面的高低角为：

过OCP连接线的铅垂面与数字高程地形图相交，各交点的高程信息为已知，如果存在一点S，OC点与其连线OCS的高低角大于OCP的高低角，则目标不通视。否则，目标通视。

4 目标投影坐标计算

建立如图5所示的目标指示标记投影坐标系XIOIYI。

图5 目标指示标记投影坐标系

该坐标系位于瞄准镜成像平面内。设像距为f，瞄准镜放大倍率为K。

图6 瞄准镜成像图

由图6所示的瞄准镜成像关系可得：

如果目标位于瞄准镜视场内并且符合通视条件，则目标指示标记在光学瞄准镜内的投影坐标为：

新型主战坦克在光学瞄准镜内部集成了电子摄像装置，瞄准镜视场图像可以在车长及炮长战斗显控终端上显示，设战斗显控终端显示图像与光学瞄准镜视场图像之间的比例关系为φ，则目标指示标记在战斗显控终端上的投影坐标为：

考虑到目标投影过程中产生的误差，为了不影响指示效果，在视场内以动态闪烁方式显示椭圆型标记，标记的大小与目标距离成反比。为了使显示方式适用于不同的观瞄设备，在光学瞄准镜内部可采用光点投射的方式产生标记图案，在战斗显控终端上可采用电子图像方式生成标记图像。实际作战过程中，目标和本车均以一定速度进行机动。因此，以指控系统接收目标位置的更新周期为计算周期，实时计算目标投影坐标，动态更新目标指示标记。

5 标记生成系统设计

以某型坦克为对象，设计了目标标记生成系统，总体结构如图7所示。

图7 标记生成系统结构图

系统以微处理器ATmega128为核心，通过接口电路采集火控计算机中的瞄准线角度信息、导航系统输出的本车位置信息、电台接收到的目标坐标信息以及指控终端中的数字地形信息，经过运算处理，通过驱动电路向光点投射系统输出水平和垂直向驱动电压Vη、Vε，生成目标指示标记。

通过对该系统进行实车试验，结果表明该方法生成的目标指示标记位置准确、图像清晰，更新速度快，能够满足新型坦克瞄准镜的要求。

6 结束语

本文为新型主战坦克火控系统提供了一种目标自动指示方法，通过设计标记生成系统，并进行了实车试验，验证了方法的可行性。本方法可以应用于坦克火控系统光学瞄准镜及战斗显控终端，在坦克车长、炮长搜索目标时自动产生辅助指示标记。解决了新型坦克观瞄设备无法直接利用指控系统的战场目标信息，无法在观瞄视场内为乘员提供目标指示以及指控系统信息能力优势在目标搜索过程中没有充分利用的问题。

［1］周启煌，侯朝桢，陈正捷，等.陆战平台电子信息系统［M］.北京：国防工业出版社，2006.

［2］周启煌，刘春彦，葛银茂.现代坦克火控系统体系结构发展的轨迹［J］.火力与指挥控制，2006,31（10）：4-6.

［3］周启煌，常天庆，邱晓波.战车火控系统与指控系统［M］．北京：国防工业出版社，1999.

［4］Diane K M.A Two-Versus Three-Soldier Crew for the Mounted Combat System（MCS）and Other Future Combat System Platforms［R］.Army Research Laboratory，2003.

［5］Simpson H R.Performance Measures and Optimization Conditions for a Third-Order Sampled Data Tracker［J］.IEEE Trans.on AC，1983（8）：182-183.

［6］刘宝刚，李常成，莫启元.某热像观瞄具电路改进设计［J］.四川兵工学报，2010，33（12）：103-105.

［7］高玉艳，熊辉俊.测量技术［M］.北京：中国农业大学出版社，2010.

Research on Method of Targets Labels Creating for Tank Observation and Aiming Devices of Fire Control System

HAO Na，ZHANG Bo，CHEN Jun-wei，CHANG Tian-qing
（Academy of the Armored Force Engineering，Beijing 100072，China）

At present,the fire control system of new type main battle tank can’t use the position information of targets from command and control system directly to show crew the targets.The advantage of command and control system is not presented fully.A method of targets labels creating for tank observation and aiming devices of fire control system is brought forward.This method effectively uses the position information of targets,position of our tank and the information of line of sight and gives the position parameters of targets in the observation and aiming devices.The function of automatic showing targets is achieved.

tank，fire control system，targets，showing

TJ38

A

1002-0640（2015）07-0147-04

2014-06-15

2014-07-20

装甲兵工程学院科研创新基金资助项目

郝 娜（1977- ），女，陕西西安人，博士生。研究方向：坦克火控系统智能化。