关于坦克火控系统误差的探讨

2020-09-22丁思源曾梁杭

中国设备工程 2020年18期

丁思源，曾梁杭

（1.中国人民解放军32272 部队31 分队，甘肃武威 733000；2.中国人民解放军32272 部队41 分队，四川什邡 618400）

坦克火控系统即控制坦克中武器（多为火炮）的瞄准发射系统，应用火控系统的目的，在于大幅度减小坦克武器在使用过程中的反应时间，提升目标攻击的准确性，若按照瞄准控制的方式进行划分，我国坦克火控系统常见的有指挥仪式、扰动式以及非扰动式三类。在对坦克火控系统进行实际应用的过程中，经常会因为各类原因造成误差，使得攻击目标精确性不足，因此，了解坦克火控系统误差形成原因，并通过相关手段来降低误差，实现目标的精准打击，是相关工作人员要重点关注的一个问题。

1 坦克火控系统的误差源分析

以目前国内常见的坦克火控系统作为研究对象，笔者总结了其常见误差源，从坦克火控系统的工作流程和功能层面出发，分析出了坦克火控系统常见误差源树状图，之后根据两种原则，对这些误差源进行分类分析。第一，基于可控制性和不可控制性原则，把误差源划分成火控系统设计人员控制中的误差与火控系统设计人员不能控制的误差，针对不能控制的误差，不能基于系统设计人员的要求对坦克进行控制，所以在开展系统设计工作和设备选取工作时，设计人员一定要独立考虑；第二，基于误差源的特性，将其划分为系统误差与随机误差，通常情况下，坦克火控系统中的系统误差能够在校验环节进行消除。整体来讲，在坦克火控系统中，常见的误差源包含有初速度计算误差、距离测算误差、跟踪误差、火控系统稳定性误差等10 余种误差。值得注意的是，针对系统误差和不可控制误差，尽管不对其开展精确度分配，但是，在对系统的总误差进行确定以后，需要对这些误差对射击精度造成的影响开展研究，以此,消除误差影响，提升目标打击精度。

2 坦克火控系统误差传递分析

笔者目标角速度误差作为分析案例，对其开展分析用于阐述其在树状图中的功能以及其怎样对目标打击精度造成影响。如图1 所示，该图即为坦克火控系统攻击目标的空间几何走势图。

图1 火控系统攻击目标的空间几何走势图

在该图中，M 代表目标的当前所在位置；M0代表目标命中提前点；m、mq分别代表M 和M0在水平面上的投影点；O代表坦克的所在位置；OM 代表瞄准线；D 代表目标距离；Dq代表目标的提前点的距离。若在此案例当中，被打击目标从M 点出发，并朝着M0方向进行匀速直线运动，很明显，目标角速度的误差会导致高低方向与方位方向的攻击产生误差。使用仿真程序来对坦克火炮弹道方程开展解析，使用该方法分析目标角速度误差对射击精度所造成的各种影响，就必须要解答两个数学模型，即命中模型解答和弹道解算模型解答。笔者先根据各类环境的影响因素开展弹道实时分析，其中，炮弹质心运动微分：

在上述方程中，初始值分别为：

用目标距离、特定弹药的初速度、目标运动轨迹特征和其他相关数据为已知量进行方程的求解，能够得出弹药的飞行时间tf与瞄准角α0，把计算出的飞行时间tf代入相关方程中进行求解。通过解答后不难发现，正是因为目标速度在计算过程中存在有误差，导致射击诸元也随之产生误差，由此导致坦克火控系统形成误差。笔者在仿真程序上采用该技术方法，根据误差的代入位置对全部的误差源开展了仿真分析，由此得到了输入误差和输出误差的关系。例如，在Vz中，将其转换成角速度△x。基于本文所介绍的仿真分析方式，获得了以下的结果，即error horz=-0.233×△x3+1.163×△x2+0.782×△x+0.607。在上式当中△x 是目标角速度，error horz 是因为目标角速度导致的方向角误差。

3 降低坦克火控系统误差的有效措施

3.1 开展误差仿真分析

在对坦克火控系统的误差源开展仿真分析的过程中，第一步应当基于特定火控系统的设计方案，构建相关的数学模型，之后再开展大量的数字仿真实验，并针对所获取的数据开展处理，最后，得出各种误差源对坦克火控系统误差的传递关系。其详细的仿真过程如下。

因为坦克火控系统的各部分构建可能存在有多重精度不同的型号，所以要基于各种构件可以达到的精度级别将误差源进行等级的划分，每个精度等级需要选择1000个以上的数据，这些数据需要满足正态分布，同时均方差是相应精度级别的对应值，例如，针对于距离误差，有10 ～60m 为6个精确度等级，则在仿真实验当中，距离误差分布需要分别满足X ～N（0,102），X ～（0,202）等正态分布。

把误差和对应的信号进行关联，基于误差引入的位置，凭借信号带入坦克火控系统中，根据坦克火控系统信息收集-解算-控制的运转流程，涵盖之前所提到的弹道实时解算与解命中两个重要的数学模型，在输出端进行输出。值得注意的是，该输出收集弹药的实际落地点和目标中心位置之间的距离。因为所输入的误差源绝大多数均为随即误差，按照“中心极限理论”，它们所形成的合成误差将满足正太分布X ～N（0，o2），输出分别使用方位向误差和高低向误差的均方差进行表示。

在得到了坦克火控系统的输入数据和输出数据后，再使用数学3 次多项式拟合与其近似的输入数据与输出数据，由此得出系统输出误差和误差源之间的传递关系。

笔者以坦克火控系统的高低向设计误差进行分析，如果其中含有n个输入误差，按照误差独立分布原则与误差综合的平方与法则，则火控系统高低向设计误差的表达公式为：

针对上述公式，可以使用在某些点开展的方式得到一个类似的线性关系式，从该关系式中能够直观地分析出误差源精度对坦克火控系统射击误差所带来的影响。

3.2 坦克火控系统的优化设计

为了降低坦克火控系统在使用过程中出现的误差，相关设计人员有必要在目标检测、跟踪技术等方面加大研究力度，保障坦克火控技术在今后具备更强大的性能，整体来讲，相关设计人员在设计坦克火控系统的过程中，需要注意以下几个细节问题。

（1）目标的监测和跟踪实现一体化。未来，信息化技术将会主导战场走向，坦克驾驶者必须在极短的时间内面对大量的战场信息，对坦克火控系统的反应速度和精度提出更高的要求，因此，现代坦克火控系统要拥有对目标的自动监测与跟踪能力。而目前国内所使用的稳像式坦克尚不具备自主监测、识别战场目标的功能，在目标的限定上仍然依靠人工选择，导致坦克火控系统对目标发动的攻击准确性不足，已经不能满足当前世界局势背景下，对信息化战争的实际作战要求，研究一种拥有目标自动监测和跟踪的坦克火控系统，是实现坦克对目标精准打击的重要策略。基于此，笔者进行了坦克火控系统目标监测和跟踪一体化设计。在针对战场目标进行搜索的过程中，坦克驾驶员和目标自动监测设备能够分别凭借车长镜与图像传感设备，对战场目标进行迅速检索，对于监测设备所发现的抗疫目标，采用计算机发送给坦克使用者终端的方式进行人工确认，在坦克驾驶员确认目标以后，可以选择自动或手动模式，对目标进行打击，同目前的坦克火控系统相比，新改良的坦克火控系统能够显著减低坦克使用者用于对地方进行搜索的时间，大幅度降低了目标的反应时间，由此降低了坦克火控系统的误差。

（2）使用目标自动监测算法。和传统意义上的目标监测存在不同，战场环境表现出复杂性、多元性的特点。任何的光照变化、目标姿态变化、烟雾、场景翻转、世界遮挡等，都会对坦克火控系统的目标监测带来巨大的影响。因为传统人工模型只涵盖图像原始像素特点和基本参数等信息，不具备高层的抽象分析能力，对目标的抓取、分析、刻画等效果非常有效。