地面突击装备武器系统发展趋势与关键技术分析

李立春，李胜利，程 慧，卢志刚，翟晓燕

（1.解放军63963 部队，北京 100072；2.北方自动控制技术研究所，太原 030006）

0 引言

地面突击装备是指用于遂行地面突击任务的战斗装备，包括坦克、步兵战车、装甲突击车、装甲输送车等，是陆上突击作战的主导力量以及联合作战的重要力量。随着我军新军事变革的不断深入，军事理论、部队编制体制、作战样式和武器装备等方面都在发生深刻变化，地面突击装备更应积极适应未来信息化条件下一体化联合作战需要，完成机械化、信息化乃至智能化发展的使命任务。研制能够履行多样化使命任务的新型装备武器系统，提升装备在未来复杂战场环境下的作战能力是当前的重要任务。

武器系统是指由武器及其相关技术装备等组成，具有特定作战功能的有机整体。通常包括武器本身及其发射或投掷工具，以及探测、指挥、控制、通信、检测等分系统或设备［1］。

地面突击装备武器系统是地面突击装备实现其火力打击性能的核心，用于消灭敌方坦克装甲车辆、反坦克兵器及其他兵器，摧毁敌方野战工事，歼灭敌方有生力量，威慑和拒止低空目标。地面突击装备武器系统是光、机、电、信息、能量的综合体，可以划分为火力系统、火控系统两大部分。火力系统由火炮、机枪、弹药及装填装置等组成；火控系统由观瞄、火控计算机、炮控3 个分系统组成。近年来，智能化的发展进一步强化了自主探测感知功能，增加探测识别分系统，包括光学、雷达、声音、无线电波等探测设备。

地面突击装备武器系统由于其主要作战对象是地面直视距离内的坚固目标，所以其作战过程是一个包括乘员在内的OODA 循环，乘员通过探测识别设备对战场目标进行“观察O-判断O”，对目标作出打击“决策D”，通过火控系统控制武器“行动A”，实现对目标毁伤。从系统的技术角度，地面突击装备武器系统作用流程主要包括“探测识别”、“控制命中”、“终点毁伤”3 个环节。从武器系统的发展历程中可以看出，各环节技术上的突破及其在装备上的应用，一直是影响武器系统发展的决定性因素。“探测识别”是武器系统作战流程的首要环节，乘员对战场进行观察、搜索，对发现的目标直接进行瞄准跟踪，是地面突击装备武器系统的显著特征。“探测识别”涉及到的主要技术包括光电观瞄与探测技术、传感器技术、激光技术、稳瞄技术等。“控制命中”是武器系统的精确打击环节，其功能是控制有效战斗载荷，直接命中目标或到达相对目标的最佳毁伤位置，涉及到的主要技术包括火力控制、指挥控制、跟踪定位、制导导航等。“终端毁伤”是武器系统的最终威力环节，根据目标性质不同而采用不同毁伤机理的战斗部，并在最合理最有利的空间位置或最佳的毁伤时机释放毁伤能量，摧毁目标。“终端毁伤”涉及到的主要技术包括火炮技术、弹药及战斗部技术、引信和火工元器件等技术。从总体上看，目标探测与感知的能力、武器控制和弹道解算的精度、火力毁伤的效果与快速性等，反映了地面突击装备武器系统的综合性能。

1 国外发展现状与趋势分析

1.1 外军发展现状

1.1.1 地面突击装备武器系统架构

地面突击装备武器系统的“探测识别”、“控制命中”、“终点毁伤”3 个环节是相互衔接、循环作用的，所以地面突击装备武器系统从组成上主要包括探测识别分系统、火控分系统和火力分系统。三者分别包括了多个单体部件，各分系统、部件通过体系结构的总体设计，构成了统一有机的整体。体系架构由最初的集中式结构向集中分布式结构发展，在传统的单车火控系统模式基础上，拓展实现营/连级作战分队内各战斗平台间的火控信息实时传输和解算，改变传统“一对一”的单车作战模式。火控系统的信息化能力不断提升，大大增强分队整体战斗效能。国外第3 代火控系统发展有3 类产品，按体系结构可分为集中式、分布式和集中分布式。集中式以俄罗斯的T-90 为代表，火控系统相对独立发展，以火控计算机进行火力打击信息的集中管理，实现火控系统的各作战功能。分布式以美国的M1A2SEP 为代表，采用分布式总线体系架构，将车内传感器、控制器、执行器等功能单元分别接入总线，并与车迹信息系统进行信息交互，实现协同火力打击。集中分布式以法国勒克莱尔火控系统为代表，以火控计算机为核心构建了总线网络体系架构，实现以火力打击为核心的系统功能。鉴于人工智能的迅猛发展和军事应用的前景，美国已将人工智能置于维持其主导全球军事大国地位的科技战略核心，在其推出的第3 次“抵消战略”中，将人工智能作为发展重点，不断探索研究应对未来智能化战争的“分布式”作战概念和装备发展体系［2］。

1.1.2 目标探测

在未来战争中，夜间或恶劣天候条件下的作战将更为频繁，城市作战的概率大大增加，巷战环境下的狙击手目标和简易爆炸物将更加普遍。为满足不断变化的战场需求，观瞄系统除白光通道外，通常还配备彩色摄像机、热像仪、车载搜跟雷达、激光测距仪及稳定跟踪系统，使其具备了全天候、全方位的快速观察和精确瞄准跟踪能力，有些还可以选装狙击手探测系统等。

在夜视能力方面，美国陆军武器系统普遍采用2 代热成像SADA 套件，其新型热成像仪，内置2 只红外线热成像镜头和1 只高倍率、低照度可见光摄像机，在全黑、烟雾和薄雾条件下均可提供清晰图像。在对CROWSⅡ遥控武器战进行改进升级时，采用TIM1500 非制冷双视场热成像仪，使系统的功耗更低、质量更小、灵敏度更高，成像性能大幅提升。

目前，英、法、德等国家坦克装甲车辆的车长周视镜、炮长瞄准镜大多采用第2 代长波焦平面微扫描热像仪，如法国泰勒斯公司的凯瑟琳XP 和MP红外热像仪。凯瑟琳XP 型红外热像仪对坦克目标的识别距离大于4.2 km，装备于俄罗斯T95 式坦克、瑞典CV90 步兵战车上，法国、比利时、挪威和丹麦的侦察车辆也装备了该热像仪，英国挑战者2 坦克火控系统升级改造采用凯瑟琳MP 红外热像仪，对坦克目标的识别距离大于7 km。最新型的长波XP 热像仪远程型对坦克识别距离达到5 km，中波XP 热像仪对坦克识别距离达到8 km。

德国FLW200 车载武器站配备了先进的护眼型激光测距仪，有效解决了传统激光测距仪在军事训练时对人眼伤害大的问题，同时也提高了对战场烟雾的穿透能力。比利时ARROW-300 武器系统配备的光电系统，还具备自动除冰、除雾和自稳定能力，提升了装备对恶劣天候的适应能力。

1.1.3 武器控制

采用先进的伺服稳定系统是目前各国提高行进间射击能力和远距离精确打击能力的主要途径。美军装甲车辆加装及改进了高性能光纤陀螺系统，作为稳定控制系统的核心部分，可为武器系统提供精确的光学稳定控制和武器控制，无论车辆是静止的还是运动的，都能够精确打击目标。

在控制策略上，伺服控制系统是典型的非线性时变系统，传统的PID 控制算法已经成为制约火控系统性能发展的瓶颈。目前，自抗扰控制、模糊神经网络控制、滑模变结构控制等现代控制方法正不断被用于系统的非线性补偿控制，不断满足对于控制系统反应速度快、精度高以及抗冲击、抗干扰能力强的要求。据报道，德国豹ⅡA7 坦克的火控系统反应时间缩短到2 s 左右，动对动射击首发命中率高于90%。

随着智能化技术的不断发展，在控制系统设计上，各国均不断提高系统自主能力，实现对武器系统的综合控制，在火控系统原有控制和管理功能的基础上集成导航及制导等功能嵌入AI 设计，实现自动识别、自动跟踪、自动捕获目标、辅助判断打击、引导打击等功能，简化操作流程，缩短反应时间，不断提高先敌开火、精确打击的能力。

1.1.4 武器及弹药

在武器配置方面，外军地面突击装备武器系统普遍采用多样化的武器配置，配置的武器类型包括不同口径的火炮、炮射导弹、反坦克导弹、榴弹发射器、机枪等，适应于不同的作战任务。在打击坦克、装甲目标时，使用大口径火炮、炮射导弹、反坦克导弹；在城市、山地环境下打击有生力量时，使用大口径机枪、小口径自动火炮；在打击空中目标时，使用防空导弹、激光武器；在执行防暴、维和任务时，使用小口径机枪、其他软杀伤手段等。例如为了提高车载顶置武器站对简易爆炸装置的毁伤能力，以色列为其RCWS-30 车载顶置武器站配装了“雷神”定向能武器，可以在安全距离范围内导致未爆炸的弹药或简易爆炸装置烧毁或者降级爆炸；瑞典则将防空导弹集成到车载武器站上，实现对低空目标的打击，弥补了坦克、装甲车辆低空末端防御的短板。

在提高威力方面，在具备大口径火炮的坦克、步兵战车上，采取进一步提高初速、采用新型高能炸药战斗部、信息化引信等技术措施对现役弹药进行性能提升，提高弹药的综合毁伤效能。美军120 mm 贫铀合金穿甲弹M829 系列弹药，穿甲威力已接近750 mm 均质装甲钢的水平穿深。在配装小口径自动炮的装甲战车上，采用换装中口径自动炮，来弥补弹药威力不足，如北约将装甲战车自动炮口径从25 mm 提升为30 mm，瑞典的CV90 系列战车采用了基于40 mm 埋头弹火炮的武器系统，英国也采用了类似技术。

1.2 发展趋势分析

通过对外军发展现状的分析，地面突击装备武器系统需要满足新的作战模式和作战环境的作战需求，需要覆盖一体化联合作战、城市作战、山地作战、反恐维稳等军事行动中对突击装备多样化、多功能的能力要求。

未来战场环境复杂，地面突击装备履行的任务及面临的威胁呈多样化趋势，要求地面突击装备武器系统要持续保持对各类目标的精确快速观察、瞄准、控制和有效打击，需要不断提高系统的态势感知能力、精准控制能力和多手段打击能力。地面突击装备的发展趋势主要表现在以下几个方面。

地面突击装备武器系统装备体系与系统结构方面的发展趋势是“立足体系、多域感知、智能操控、精准毁伤”。地面突击装备武器系统应具备应对复杂环境的多手段快速打击能力、应对突击作战的高机动近距打击能力、应对远程目标的超视距精确打击能力、应对空中目标的对空威慑和打击能力、应对特种作战的软硬杀伤能力，构建集侦察、传输、控制、制导、打击、评估于一体的、近距远距结合、直瞄间瞄结合、对地对空结合、软硬杀伤结合的新型武器系统打击体系。

态势感知方面的发展趋势是针对未来作战环境对探测感知系统的需求进行发展。一是提高观瞄系统夜视距离，目前的红外热像仪在标准条件下观瞄距离基本满足要求，在战场复杂条件下夜视距离大为下降，不满足夜间火力系统打击要求。二是提高对空中目标搜索能力，目前的观瞄仪器在满足视距的前提下，视场太小、反应速度太慢无法发现空中目标，不满足武器系统对空打击需求。三是增加视距外观瞄手段，当前无法为纵深打击提供情报、定位支撑。四是提高对地面隐蔽目标搜索能力，目前的观瞄仪器对地面反坦克手的发现能力差，无法充分发挥火力系统的打击优势。五是缩短搜索目标时间，目前的观瞄仪器对目标的搜索靠人眼完成，搜索速度慢，无法确保先敌发现先敌开火的作战需求。

武器综合控制管理方面的发展趋势是针对未来作战方式对武器综合控制管理的需求进行发展。一是提高抗扰动能力，当前高扰动条件下的武器控制及射击能力较弱，不满足突击装备边走边打、快速作战通过的能力要求。二是提高智能化信息化水平，智能化辅助决策、火力分配、协同作战、引导打击等方面还有较大差距。三是提高系统集成化程度，车上相关部件种类和数量过多，需要操控的设备多，操控分散，不利于战斗力的持续发挥。

火力打击方面的发展趋势是针对未来打击能力的需求进行发展。一是完善打击手段，解决目前打击手段难以覆盖未来战场多种威胁目标，尤其是缺乏对于低空目标和纵深目标的打击手段。二是提高打击威力，面对装甲目标防护能力显著提高且防护手段多样化的现状，亟需通过提高火炮初速、采用新型毁伤材料、创新毁伤机理等手段大幅度增加终点毁伤效能。三是提高常规弹药信息化、智能化程度，解决影响弹药精确命中和高效毁伤综合作战效能的问题。四是提高炮射导弹破甲威力，目前炮射导弹不能对付世界上先进的披挂反应装甲的主战坦克，激光驾束制导体制决定了炮长要在发射导弹后一直瞄准目标直至命中，增加了战场上暴露自己的概率。五是提高车载反坦克导弹适用性，目前车载反坦克导弹采用电视测角制导，使得炮长操控难度较大；此外还存在射程太近、有线制导、不能在行进间射击的问题。

2 关键技术分析

2.1 开放式体系架构技术

武器系统的无人化、网络化和智能化，使得武器系统内部闭环的任务流程被打破，指挥信息系统、任务规划和管理等系统都将参与打击任务，武器系统从总体设计到控制模型、误差分析、设计计算等方面，都将面临新的变化。同时，随着技术的发展，探测技术、控制技术、打击手段等纷纷呈现，激光武器、微波武器、次声波武器、电磁轨道炮、灵巧弹药、光子探测技术等都已经接近实用化程度，武器系统要适应装备发展需求，必须在总体设计上采用新的技术。其技术途径是采用开发式体系架构、制定互操作规范、提高人机智能融合交互能力。

一是采用开放式体系架构进行复杂武器系统顶层设计，可参考DoDAF2.0 等外军体系架构以及国军标GJB/Z156-2011《军事电子信息系统体系结构设计指南》，设计系统体系架构。重点从全景视角、作战视角、系统视角和技术视角对系统进行顶层描述，为复杂武器系统的研制提供顶层规范，如图1 所示。

图1 复杂武器系统体系架构设计的4 个视角的内容及关系

二是制定地面突击装备武器系统的互操作规范，制定统一的标准化接口协议、制定，以标准化的要求、模块化的组成、通用化的接口和协议，方便系统内部进行通信，方便地支持新技术的应用，同时为多平台协同提供支撑。

三是研究人机智能融合交互手段，通过操纵杆、触屏、声音、眼睛和其他交互动作的综合运用，提高人机交互的自然性和高效率，极大促进武器系统综合作战能力的提高。

2.2 全天候立体化态势感知技术

及时发现目标是战场上赢得战机、消灭敌人的先决条件，未来战场背景趋向复杂化，电磁干扰、烟、雾、遮蔽物的大量存在以及战场目标的多样化对地面突击装备态势感知技术提出了挑战。未来地面突击装备武器系统实现全天候立体化战场态势感知的关键技术途径是提高综合探测能力、采用协同探测技术与信息融合技术。

一是武器系统本身要综合采用白光探测、热成像、雷达探测、声探测、卫星探测及车际信息交互等方式，提高对全天候昼夜条件下复杂战场隐身目标、远距离目标的探测识别能力。

二是武器系统要融入指挥信息体系，结合无人车、无人机对中近距离地面目标、近距离空中目标的探测，构建作战分队协同探测系统体系架构（如图2 所示），扩展突击作战系统的侦测范围，实现地空一体、远近结合的协同探测感知能力。

图2 作战分队协同探测系统体系架构

三是武器战场态势感知要采用多元信息融合技术，包括异构数据采集、复杂环境建模、多元信息融合与交互共享、非结构化感知方法等［3］，同时解决影响信息融合的信息传输时延、网络拓扑变换、通信带宽限制等问题，提高空地多源传感器数据融合的准确性［4-5］，实现实时准确的全天候立体化态势感知。

2.3 高精度智能化武器综合控制管理技术

未来战争中，地面突击装备应具备在各种复杂环境和高机动条件下对运动目标实施准确打击的能力，这对系统的稳定精度、抗扰能力、反应速度和自主化程度提出了更高的要求。地面突击装备武器系统实现高精度智能化武器综合控制管理的关键技术途径是不断提高伺服控制精度、提高智能化水平。

一是不断提高伺服控制水平，重点在高精度伺服传动机构、先进控制机构和控制算法上有所突破。为了全面解决地面突击装备在高机动突击时的高精度射击问题，需要以火力打击控制系统为核心，利用多个专业的最新理论和技术，进行跨专业的多机电体耦合的综合研究，分析整车多个分系统相互作用机理，通过原理分析和数学建模描述，对射击控制体系、综合火控解算、瞄准线稳定控制、火炮稳定控制等分系统及其技术进行研究，其技术研究框架如图3 所示。

二是采用人工智能技术，开展智能化武器综合控制管理系统的体系结构、模型辨识、信号处理、控制与优化等方面的理论研究，发展智能设备、辅助决策系统等技术，不断推进装备的智能化进程，减少传感器与乘员之间的信息循环，从而实现精准化控制、自主化控制的武器综合控制管理系统，全面提升武器综合控制管理的高精度、智能化水平。

图3 武器综合控制技术研究框架图

2.4 多样化火力打击集成技术

随着信息技术带动火力技术快速发展，火力装备性能不断提升，作战空间不断扩展，作战使用日趋复杂多样。新型的火力包括大威力火炮、攻顶战斗部、串联战斗部、定距弹、激光末制导弹药、灵巧弹药、多模式制导导弹、非致命武器等，如何充分发挥这些多样化火力的打击能力是武器系统的一项关键技术。其技术途径包括对单平台火力优化集成、多平台网络化协同火力、火力打击辅助决策等。一是对单平台火力的优化集成技术，按照作战使用需求，将多种武器模块化集成配备在一辆突击平台上。如在单平台大威力坦克炮基础上增配近距离自卫机枪和视距外导弹；在单平台中口径速射武器基础上增配近距离自卫机枪和对地、对空导弹。二是通过网络化协同技术将配备不同火力的武器平台组成一个火力作战编组，远中近火力、对空对地火力、小口径速射火力和大口径强火力、致命与非致命武器等实现异平台网络化协同，实现高效的作战编队火力配置。三是结合战场态势感知技术，进行火力打击辅助决策（如图4 所示），利用人工智能、机器学习技术进行目标识别、威胁评估和火力分配，为有人武器平台提供编组、部署、火力打击决策辅助，也为无人平台提供火力自主选择，提高武器选择、运用的效率，提高作战编组、作战平台的火力打击时效性。使未来地面突击装备武器系统能够构成“侦控打评”循环，灵活应对多种威胁，由传统的“对地”打击向“地空”一体火力打击转变。

图4 利用火力打击辅助决策构成的“侦控打评”循环示意图

3 结论

地面突击装备武器系统未来发展，将以陆军合成部队作战需求为牵引，以计算机科学与人工智能、物联网和大数据、电子技术、传感器技术、光电技术、先进制造技术、新型材料等高新技术为推动，立足体系对抗的背景需求，加强开放式体系架构、立体态势感知、精准智能控制、多样化火力打击等技术，努力提升地面突击装备武器系统的综合作战能力，使之成为陆军“全域机动、立体攻防”的重要支撑力量。