现代陆装武器火控系统发展及展望*

樊水康，王建国，贾立新，冯培伦

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.解放军驻华光厂军代室，北京 100050；3.解放军驻二○七研究所军代室，太原 030006）

0 引言

随着计算机电子技术、网络技术、武器装备的发展，火控系统也在不断发展，目前火控系统已发展为第四代火控系统。陆装武器火控系统通常包括炮兵压制武器火控、防空武器火控、装甲突击武器火控和工程兵武器火控等武器类型。按照用途可分为舰面火控系统、航空火控系统、地面火控系统；按照武器种类可分为轻武器火控系统、重武器火控系统和装甲火控系统；按照目标获取方式、瞄准射击方式和弹道类型，可分为直瞄射击和间瞄射击。具体完成的主要功能包括：目标搜索与识别、气象与弹道条件测量、武器射击诸元的计算与装定、武器射击控制等。

1990年之后的火控系统被称之为现代火控系统，以突出系统总体功能和性能为特点，依据发展历程分为模块化火控系统、总线式火控系统和网络化火控系统。模块化火控系统以火控计算机为核心，以串口为通信总线；总线式火控系统以CAN总线为通信总线，提升了火控系统的性能；网络化火控系统将计算机网络技术引入，全面提升武器系统信息交互能力。

1 火控系统概念

控制武器自动或半自动地实施瞄准、发射的装备总称为火力控制系统，简称为火控系统。陆装武器火控系统按照目标获取方式、瞄准射击方式和弹道类型，可分为直瞄射击和间瞄射击，直瞄射击火控通常是通过战车的雷达或广电探测设备获取目标信息、实时跟踪目标，并进行诸元计算，控制火炮完成近距射击；装甲火控和防空火控属于直瞄式武器；间瞄射击通常通过指挥系统或侦查系统获取目标信息，进行目标的诸元解算，进而控制火炮完成中远距离火力打击，炮兵压制武器火控和工程兵武器火控属于间瞄射击［1-2］。

火控系统是随着武器装备和电子技术的发展而发展的，功能也随之复杂，目前火控系统已发展到第四代。第一代火控系统以目视测距为测距方法，以分划板为弹道解算装置，射角装定采用手动装定方式，火炮位置传动系统以手动方式为主，瞄准仪器为可见光瞄准仪器；第二代火控系统升级为光学方式测距，射角方式采用动力装定，火炮传动位置系统升级为电力或液力传动；第三代火控系统引入了模拟计算机，采用激光测距方法，射角装定方式为自动装定，瞄准仪器为昼、夜瞄准镜；随着数字计算机的发展随之诞生第四代火控系统，采用多功能的综合瞄准镜为瞄准仪器。

虽然火控系统在不同兵种的武器系统中范畴不尽相同，但包括了武器系统中绝大部分的电子设备，承载了武器系统中的通信控制、目标识别与跟踪、炮车控制、镜体控制、定位导航和传输显示等最主要和最关键的作战任务，是武器系统的核心组成部分。

2 陆装武器火控系统组成与功能

火控系统研究的问题是如何将射弹射向目标并使其射中目标。火控系统组成单元通常包括：雷达或光电目标探测、跟踪装置、火控计算机、随动系统与火炮稳定系统、传感器系统。雷达或光电目标探测主要完成发现目标并完成目标探测，获得目标的测量，并给出目标位置的原始信息和跟踪信息，即距离、高低角、方位角、目标的运动速度和方向。火控计算机主要完成采集武器系统的运动信息，纵倾、横倾姿态角信息、气象信息等，完成弹道诸元的解算和调炮诸元的解算。随动系统与火炮稳定系统则根据调炮诸元控制火炮到射击位置，若武器在运动中，需要稳定火炮在射击位置。传感器系统实时测量武器系统的状态和各种系统信息。火控系统的工作流程分为三大步骤，如图1所示：

图1 火控系统工作流程示意图

火控系统作为武器控制系统的核心部分，具体完成的主要功能包括：目标搜索与识别、目标参数测量、气象与弹道条件测量、武器车体参数测量、武器射击诸元的计算与装定、武器射击控制、武器瞄线和射击线的稳定等［3］。

陆装兵器火控系统主要包括防空火控系统、装甲车火控系统和压制武器火控系统。

2.1 防空火控系统

典型综合防空火控系统对空作战过程分为搜索目标、情报处理、指定作战方案、捕获搜索目标、解算射击诸元、武器接收射击诸元、射击控制、转火、停火等阶段。下页图2为防空自行高炮火控系统原理图。

2.2 装甲火控系统

装甲火控系统由弹道计算机、炮长、控制台、控制设备和传感器等设备组成，内部信息以弹道计算机为中心进行信息交互。图3为典型坦克组成框图。

图2 自行高炮火控系统原理图

图3 坦克火控系统框图

2.3 压制火控系统

压制武器火控系统由火控计算机、炮长、定位定向导航系统、随动系统以及传感器等设备组成，火控计算机为内部信息交互的中心，在执行火控系统作战任务时，作战任务指令、控制数据、传感器数据等均以火控计算机为中心进行信息交互。典型压制武器火控系统的组成如图4所示。

3 现代火控系统发展概况

图4 压制武器火控系统的组成

通常以1990年为界，将1990年之前的火控系统称为简易火控系统，1990年之后的称为现代火控系统，现代火控系统以突出系统总体功能和性能为特点［4-5］。现代火控系统具体又分为3个阶段，1990年～2000年为模块化火控系统，2000年～2010年为总线式火控系统，2010年至今为网络化火控系统。以陆军压制武器火控系统为例，本文对这3个阶段的火控系统进行具体介绍。

3.1 模块化火控系统

模块化火控系统于20世纪90年代成型，是我国真正意义上的第一代模块化火控系统。模块化火控系统以火控计算机为核心，采用串口进行连接通信，自主决定射击诸元，可进行自动瞄准，交互界面采用EL平板汉字菜单显示，具备标准单炮接口，可兼容70 km子母弹、杀爆弹、云爆弹、末敏弹以及150 km子母弹，是压制武器中火箭炮的基型火控系统。代表产品有155 mm自行加榴炮、远程火箭炮、坦克火控系统等。

图5为某型火箭炮火控系统的组成框图，为典型的模块化火控系统。该火控系统由16个单体组成：火控计算机、火控操作显示台、地面操作显示台、炮长显示器、地面发控装置、弹上仪器仿真仪、车外发射装置、惯性定位定向导航装置、姿态角传感器、药温测量装置、火控配电箱、GPS定位定向导航装置、打印机、电台、通信控制器、车通。

图5 典型模块化火控系统组成

火控系统采用RS232串行通信口构建通信网络架构；以火控计算机和地面发控装置为控制核心进行分布式控制，综合完成火控系统的各项功能、性能；建立了简易控制火箭弹的发射控制标准平台，规定了硬件接口和软件模块；能够实现70 km、150 km简易控制火箭弹的发射控制。

3.2 总线式火控系统

随着计算机通信技术的发展，总线式火控系统应运而生。总线式火控系统是模块化火控系统的数字化升级改造，采用总线式分布式控制系统，各主要功能单元挂接在CAN总线上实现数据通讯。该火控系统仍以火控计算机和地面发控装置为控制核心进行分布式控制。

总线式火控系统与模块化系统相比，主要体现在采用更加可靠的CAN总线作为通信方式，彩显及计算机性能明显升级提高，采用了简控弹和制导弹的标准接口，可完成传递对准及北斗星历装订及授时，基于车载捷联式惯导进行调炮控制，调炮精度显著提高。代表产品有122榴弹炮、155加榴炮数字化改造、425弹炮结合等。

总线式火控系统组成单体基本不变，由16个单体组成：火控计算机、火控操作显示台、地面发控装置、地面操作显示台、弹上仪器仿真仪、车外发射装置、点火隔离装置、炮长显示器、北斗、火控配电箱、药温测量装置、姿态角传感器、车载惯性定位定向导航装置、电台、通信控制器、车通，如图6所示。

图6 总线式火箭炮火控系统

总线式火箭炮火控系统能够实现70 km、150 km简易控制火箭弹和制导火箭弹的发射控制，从系统架构、硬件组成、接口和软件等方面建立了简易控制火箭弹和制导火箭弹管式共架发射控制标准平台。

3.3 网络化火控系统

21世纪以来，计算机网络技术迅猛发展，将计算机网络技术引入现代火控系统成为必然趋势。以太网的传输速率可达100 M/1 000 M，在现代火控系统发展中具有无可比拟的优势。网络化火控系统采用千兆以太网+局部CAN信息采集的网络架构，全面提升武器系统信息交互能力，代表产品为新一代火控系统。

图7为典型的网络化火控系统组成框图。该火控系统采用火控电气一体化设计，网络化1 000 M带宽，采用C/S架构服务器客户端模式，人机交互方式采用图元界面，采用构件化软件设计，具备“一键式”流程操作功能，采用LRM机箱全寿命周期成本设计，具备嵌入式故障诊断和在线模拟训练功能，设计采用多弹种共架发射，可兼容多种型号火箭弹的发射。

图7 网络化火控系统组成图

4 新一代火力打击体系下的火控系统

陆军新一代中远程火力打击系统由侦察感知装备、指挥控制装备、通信网络装备等组成，是集精确侦察、高效指挥和实时评估于一体，满足战役军团、战术兵团和战斗分队的火力打击需要，并与火力打击武器系统高度融合的综合信息系统［6-8］。

新一代中远程火力打击系统具备侦察感知装备突出远程火力打击能力，指挥控制和通信网络装备应满足三级火力打击需求。侦察感知装备主要包括无人机系统、航天信息综合应用系统、侦察校射雷达等；指挥控制装备包括指挥车、综合信息车、通用信息处理平台等；通信网络装备包括火力打击链和联合战术通信系统。

武器系统设计3种通信链路，分别为指挥网、战斗协作网和火力打击数据链。指挥网为新一代的联合战术通信系统网络；战斗协作网采用专用的通信体制实现武器平台间的通信；火力打击数据链采用升空中继方式，具备远距离、高速通行能力，为平台实现“侦察打击一体化”和智能弹药的控制提供基础。图8为新一代火力打击体系的组成图。

图8 新一代火力打击体系架构图

多媒体信息交换处理中心主要完成战术互联网信息、武器协作网信息、火力打击链信息等车际信息和任务总线、控制总线等车内信息间的格式转换和信息交换，是武器平台信息共享的核心。是集成火控计算、信息处理、数据库管理、构件库管理功能于一体的服务器。图9为新一代火力打击体系下信息控制结构图。

图9 新一代火力打击体系信息控制结构图

根据武器平台上装部分的控制方式，每个乘员均配置一个多媒体显示操作终端。这些乘员终端在硬件上完全一样，根据不同的乘员席位初始化时从多媒体信息交换处理中心下载不同的乘员客户端软件或指挥软件。乘员终端结合了图形、图像、语音和数据的处理功能。代替原武器平台中的操控面板、车通控制盒等设备。

5 结论

通过对国内外装备进行研究，发现武器装备系统主要具有如下发展趋势：武器装备向高机动、轻型化、体系化发展；成体系一体化C4ISR，C4ISR指挥控制系统体系化，从侦查探测到指挥控制到武器打击到效能评估到系统保障，“侦、控、打、评、保”的一体化；武器装备信息化发展，侦察系统、无人机、卫星、弹载数据链等数据的接入，武器装备360°全方位监视和告警；武器装备控制一体化、无人、遥控、智能化发展，装备具有的单人操作、遥控操作、无人炮塔、智能化操作的方式，全炮电气、火控、底盘、自动装填等的控制一体化设计实现。

未来战争是信息化战争，未来战场是信息化的战场，战争的决胜将是最能详实掌握战场情况，最能有效地在自身各要素间传递信息，并能更快、更准、更远地使用武力一方。武器平台要信息化，火控系统要向综合化、信息化发展，指控系统向武器平台延伸，形成火指控一体化的网络化的作战系统。

火控系统的发展趋势主要在总体技术、装备的信息化技术、控制技术3方面。总体技术：将火控系统和指控系统发展成为成套的火力控制和指挥控制的系统；信息化技术：发展先进的通信系统与指挥系统的互联互通技术，实现实时网络通信及数据处理；控制技术：加强电气、火控一体化设计，优化系统体系结构；火控系统和平台稳定需加强高速运动和复杂环境射击的控制，提高射击精度和命中率。

结论和建议：本文对火控系统的概念、功能及组成进行了简要描述，重点介绍了现代火控系统的发展历程:模块化火控系统、总线式火控系统与网络化火控系统，并基于典型应用对这3种火控系统的组成及特点进行了阐述，最后对火控系统的未来发展趋势进行了展望。