狙击步枪自动击发技术分析*

王宇建，薛晋生

（总装备部轻武器论证研究所，北京102202）

狙击步枪自动击发技术分析*

王宇建，薛晋生

（总装备部轻武器论证研究所，北京102202）

以狙击步枪训练使用现状为出发点，提出了传统狙击步枪使用与狙击手训练中存在的难题及产生的原因，分析了发展自动击发狙击步枪的必要性；提出了包括系统组成、工作流程、目标探测、光电探测与瞄准镜融合等在内的自动击发狙击步枪总体技术方案；提出发展自动击发狙击步枪所需的关键技术，并进行了可行性分析；对新一代狙击步枪的发展方向及其带来的深远影响进行了探索。

自动击发，人枪交互，新一代狙击步枪

1 问题的提出

狙击步枪是与人结合最为紧密的武器装备之一。要提高狙击步枪的命中概率，狙击手需掌握击发时瞄准点恰好和预期的瞄准点一致，这就是“有意瞄准无意击发”的核心内涵，也是一名合格狙击手的基本功。为练就这一基本功，需消耗成千上万的弹药以及大量训练时间。而狙击步枪是手持式武器，没有稳固的支撑架设平台，瞄准射击是在动态中完成的。虽然现代步枪普遍配备光学瞄准镜，但只能解决提高瞄准的精度和瞄准的直观性，动中击发所造成准确度降低的问题依然存在。另外，在实战环境下，当狙击手承担的作战负荷较大时，或自然环境恶劣时，体能会大幅度下降，此时步兵动作的稳定性以及感官的灵敏度都会下降，同时加上心理的波动，狙击手难以发挥出正常的水平，完成作战任务的难度会大大增加。

鉴于此，利用不断发展的光电探测技术、目标识别判断技术、智能控制技术，避免人为因素和环境因素对射击的不利影响，探索一种具有全新人枪交互方式的自动击发狙击步枪，为新一代狙击步枪的发展提供借鉴。

2 总体技术方案设想

2.1 系统组成及工作流程

自动击发狙击步枪系统主要由狙击步枪、目标探测识别分系统、环境感知分系统、人机交互分系统、计算机解算分系统、智能击发控制分系统以及电源管理分系统组成。

自动击发狙击步枪的工作流程为：装填弹药，系统开机；探测识别目标，标记目标点，追踪目标；狙击手根据追踪提示，调整狙击步枪射向，当目标点与瞄准点重合时，自动击发或提示狙击手击发。

因此，该系统可实现“动态瞄准”和“智能击发”功能，能够有效解决狙击步枪在训练和作战使用中遇到的上述难题。

2.2 动态目标探测技术方案

自动击发狙击步枪在使用过程中是靠人眼通过光学系统搜索并初步锁定目标，然后再由探测识别系统锁定目标及自动识别判断。利用目标图像特征的成像链是：入射辐射通过光学部件收集并在系统的像面上形成目标图像，探测器或探测器阵列将入射辐射转换为图像信号或电信号，经过处理或格式化后作为特征信息，对目标的存在和位置进行辨别并作出判断。

根据自动击发狙击步枪的成像链特点，自动击发狙击步枪采用基于CCD目标探测和红外目标探测技术的动态目标瞄准技术方案，利用目标的探测图像特征进行瞄准自动判断。基于CCD探测器为核心的目标探测技术，是利用器件的光电响应特性进行目标探测。红外目标探测技术是基于目标热辐射（温度差）为探测“信标”的探测技术，目前应用广泛成本相对较低的红外探测器是非致冷焦平面。

2.3 光电探测与光学瞄准镜融合技术方案

CCD探测技术方案的系统组成为可变倍光学瞄准系统、CCD探测判断系统、激光辅助照明系统、配枪连接锁紧系统。激光辅助照射系统采用红外激光，光斑大小的调整可设定为与放大率的档位一致。配枪连接锁紧系统还需包含外校枪机构和分划的外装表机构，目的是能够采用外调校方式和分划外装定的方式保证探测器和瞄准点的一致性。系统光学系统方案图如下：

图1 CCD探测和光学瞄准镜融合技术方案

采用红外探测技术方案时，在红外瞄准镜上增加一套DSP（数字采集处理器）即可实现。

2.4 信息综合处理技术方案

信息综合处理技术依靠瞄准镜中的微型计算机实现，将环境参数、目标信息、武器状态信息、弹药射表数据等信息进行综合处理，将处理结果一方面通过显示屏反馈给狙击手判读，一方面标记、追踪目标以及辅助狙击手击发提供数据支持。

2.5 智能击发技术方案

采用电磁铁或电子液压控制装置，根据计算机给出的控制信息，以瞄准点与目标点的接近程度来控制扳机力的大小，辅助狙击手把握击发时机，达到提高射击精度的目的。当瞄准点与目标点距离较远时，扳机力较大，不易击发，提示击发时机不成熟；随着瞄准点逐渐靠近目标点，扳机力随之变小，当二者重合时，扳机力最小，容易击发，辅助狙击手把握击发时机。也可直接根据控制信息，自动解脱击针击发。

3 关键技术分析

3.1 CCD目标探测技术

CCD探测技术［1］是利用器件的光电响应特性进行目标探测，获得目标与背景的对比度。瞄准目标是一动态过程，需要系统能够在这一过程中具有较快的反应时间，同时要求有较高精确度。依靠计算机图像处理的方法，难以保证较快的反应时间，只能依靠探测器硬件响应，因此，该关键技术的可行性主要集中在如下3个方面：

（1）如何保证探测器在复杂背景下提高探测率

通过光谱匹配选择CCD探测器的敏感响应光谱激光来照射目标，从而提高目标自身的光亮度和探测能力，通过调整光斑的大小，使光斑只覆盖目标以提高目标与背景的对比度，即增加一个可变光斑的激光照射器，即可保证探测器在复杂背景下提高探测率。

（2）如何解决不同距离情况下的目标几何的特定性

该问题可通过采用连续变倍的光学系统来解决，即用倍率来匹配距离，从而保证目标在探测器上所成的像基本保持几何尺寸不变。

（3）如何解决瞄准的准确性

目标的形状通常可简化为矩形，则目标被确定的瞄准点即为矩形的中心，则瞄准精确度的判断问题变为如何将瞄准分划标记与矩形中心的一致问题。可将CCD探测器光敏面分为4个区，通过检测四个区的电压是否一致作为目标是否被瞄准的判断依据，即四象限探测原理。

3.2红外目标探测技术［2］

采用非致冷焦平面作为探测器的红外探测技术已经广泛应用于夜间瞄准，只要红外系统能对目标成像就视能够对目标进行精确探测。因此，红外探测技术应用于自动击发狙击步枪的关键就集中在如何解决目标动态瞄准的判断问题。

采用红外探测技术和DSP处理技术可以方便简单地计算出目标的中心点，且与目标图像的大小变化无关。至于如何解决目标瞄准点与瞄准标记是否一致的问题，在目标瞄准点被系统自动确定后就迎刃而解，因红外瞄准系统的瞄准标记是采用图像叠加的方式显示的，该瞄准标记在红外焦平面阵列上已经被数字化定位，因此，可通过计算机判读系统判读这两个标记点的一致性来精确判断目标是否被瞄准。

3.3 CCD探测和光学瞄准镜融合技术

关键是解决光学瞄准镜的瞄准标志和CCD探测器的探测判断系统如何一致。主要是保证二者的同轴性，可采用两系统共用物镜在光路中分光的方法实现。

3.4 关键技术验证方案

计算机仿真技术把传统轻武器研发中的“画、加、打”模式的实物或半实物仿真彻底转变成了基于虚拟样机的计算机模拟仿真，虚拟样机结构和参数的更改是在计算机上完成的，可大幅度节省研发费用，缩短研发时间。

基于自动击发狙击步枪的系统组成，利用Simulink、Adams及Labview等工程仿真软件建立虚拟样机，根据其工作流程，进行仿真分析，最终为实物样机的设计和验证提供可靠的依据。

图2 自动击发狙击步枪虚拟样机仿真流程图

4 结束语

传统狙击步枪射击精度的保证还是依靠传统的武器和弹药的精密加工、采用高性能光学瞄准镜以及狙击手训练来保证。当这些传统技术、方式和方法达到一定程度后，射击精度便难以再有大幅度的提高，同时也会带来武器设计制造以及训练使用成本的大幅度提高。因此，在观瞄、探测以及自动控制技术不断发展的今天，利用先进技术，通过全新的人枪交互方式，把一个普通人直接变成百步穿杨的神枪手，不再花费大量时间、人力、物力来让人去适应装备，而是让装备适应人，适应复杂多变的作战环境。希望本文的研究内容，能够为新一代狙击步枪的发展规划提供一定的参考。

［1］王小鹏.军用光电技术与系统概论［M］.北京：国防工业出版社，2011.

［2］王永仲.现代军用光学技术［M］.北京：科学出版社，2003.

A Survey of Automatic Percussion Sniping Rifle Technic

WANG Yu-jian，XUE Jin-sheng
（Small Arms Research Institnte，General Equipment Departent PLA，Beijing 102202，China）

As the actualities of using the sniping rifle，the difficulties of usage mode for traditional sniping rifle are discussed，and the causation is found，then the necessities of developing automatic percussion sniping rifle are analysed.A primary project of automatic percussion sniping rifle is given，which includes system composition，flow of work，target detection，amalgamation of photodetection and sighting telescope etc.Key technologies of developing automatic percussion sniping rifle are concluded，and the feasibility analysis is given.Finaly，this paper discusses the future and far-reaching effect of bran-new sniping rifle.

automatic percussion，human-computer interaction，bran-new sniping rifle

TJ20

A

1002-0640（2015）02-0182-03

2014-01-12

2014-02-05

国防科研重点基金资助项目（ZLA13126）

王宇建（1981-），男，河北衡水人，硕士，工程师。研究方向：轻武器系统论证。