基于光电跟踪系统的一种瞄准线独立设计

中北大学计算机与控制工程学院 雷 霖

1 绪论

现代大火控系统包含了光电跟踪系统子系统，武器射击子系统等多个系统，各个系统之间相互独立而又协同工作。对近防武器来说光电跟踪子系统的使用，是直接将光电跟踪转台安装在武器平台上的，所以，光电跟踪系统的瞄准线同武器的射击线会发生牵连与耦合。

近防武器在跟踪目标时，火控计算机会对光电跟踪系统提供的目标信息进行分析处理，并得出一个提前量；武器射击单元则会根据指示转过相应角度，假如此时光电跟踪系统的瞄准线随武器平台一起转动，那么光电跟踪系统的瞄准线会偏离被跟踪目标，会因此而丢失被跟踪目标，这种扰动是由武器平台的转动而引起的。

假如当武器射击单元接到指示转过一定提前量的同时，光电跟踪系统也做出指示，使瞄准线立即反向转动补偿因武器转动而引起的扰动，那么武器瞄准线与被跟踪目标相对静止，该种跟踪方式为“独立式跟踪” ，此时光电跟踪系统具备瞄准线独立功能。由此可以做出结论，瞄准线独立的设计的本意为消弭因武器平台的运动而对瞄准线造成的扰动[1]。光电跟踪系统的瞄准线独立经历了几十年的发展，从早期简单的机械式到逐步成熟的模拟式，再到今天高效可靠的数字式的过程。

2 瞄准线独立方案

2.1 设计构想

光电跟踪系统中的瞄准线独立功能是其核心组成，所以，瞄准线独立设计方案应当对近防武器在半自动式跟踪工作模式和自动式工作跟踪模式下，由武器平台运动而造成的对光电跟踪系统的扰动分别进行补偿。并且这种补偿的实现方案应当简便易行，可靠有效，精确及时，对硬件与软件要求要低，便于开发、使用与维护。

由前文的叙述可知，只要在武器转动的同时，光电跟踪转台也转动，且转动的速度、加速度与武器射击单元转动的速度、加速度大小一致，转过的角度与武器转过的角度大小相等，方向相反才可保证跟踪系统不因扰动而丢失目标，才使得光电跟踪系统实现瞄准线的独立功能。

2.2 分析与建模

自动式跟踪工作模式是由近防武器自身的光电跟踪系统搜索、发现、定位、跟踪、反馈目标并指引武器的射击单元精确攻击目标的一种跟踪工作模式。

半自动式跟踪工作模式是操纵人员或者外部跟踪设备发现目标，并提供位置信息。近防武器的光电跟踪系统则会根据所提供的目标位置信息做出反应，控制光电跟踪转台转到相应位置，使被跟踪目标迅速进入近防武器自身的跟踪视场。在火控计算机指引下，武器射击单元将依照提供的信息打击目标。 两种跟踪工作模式如图1所示。

图1 近防武器跟踪工作模式

图2 瞄准线独立模型

在这两种跟踪工作模式下，最终呈现的都是角的位置，所以，在每个控制周期内首先是对武器火控系统提供的武器转过的提前量由积分器进行积分，得出角位置增量，这便是光电跟踪转台在该控制周期中要转过的角度；然后对武器转过的提前量进行二次积分便可得到角加速度，这是光电跟踪转台在该控制周期内应该具有的速度，如图2所示[2]。

3 瞄准线独立系统的硬件设计

本设计中瞄准线独立功能的实现是在光电跟踪系统软件控制程序中添加武器射击单元转过角度的提前量后，依靠软件的处理与运算，控制光电跟踪转台转过相对应的补偿角后实现瞄准线的独立。所以对于本设计来说，瞄准线独立系统的硬件条件完全是构筑在光电跟踪系统大的硬件部分之上的，无需添加其他任何的硬件设备，只需与火控射击单元进行数据交换，在原有系统内部就可以实现武器转过提前量的信息交换与光电跟踪转台的补偿转动控制。

武器射击单元的转动虽然由武器火控系统来指引，但是它转的实现是由武器平台内部的伺服控制系统完成的，对现代近防武器大火控系统来说包含光电跟踪系统，光电跟踪系统是其内部的一个子系统，大系统内部的数据的采集与交换，是由内部专用的数据交换电路板实现的，而光电跟踪转台的控制则由光电跟踪系统硬件电路里的伺服控制部分来完成的。由此可见对于近防武器火控系统来说，内部硬件的良好、有效的工作模式本身就为瞄准线的独立功能实现提供了保障。

图3 瞄准线独立程序流程图

4 瞄准线独立软件设计

在本设计中实现瞄准线独立的软件设计十分容易，无需复杂的算法与书写大量的代码。只需在光电跟踪系统的伺服控制软件中，在原有伺服控制程序的设定上，将参数修改为本文提出的方案来实现，其流程如图3所示。

5 瞄准线独立功能检测

图4是实验结果。其中，武器水平方向上的运动轨迹是黑色线，光电跟踪转台水平方向运动轨迹是蓝色线。

图4 实验结果

通过对图4中两条曲线的对比发现，光电跟踪转台在水平方向上反向转过的角度与武器在水平方向上转过的角度基本相同，这表明光电跟踪转台对由武器引起的扰动做出了及时而准确的反应——反向补偿水平方向上的偏移，证明瞄准线独立功能在水平方向基本实现。

6 结语

本论文提出了一种基于光电跟踪系统的瞄准线独立的设计方案，论证了两种跟踪模式下的建模与设计，并提出了实现瞄准线独立功能的硬件与软件的设计方案。根据本设计，经过初步检验，基本实现了在水平方向的瞄准线独立，系统还有待进一步的提高与改进。

[1]郭治.现代火控理论[M].北京:国防工业出版社,1998.

[2]王文清.数字位置差动瞄准线独立控制系统原理分析与试验研究[J].火力与指挥控制,1994(02).