当今世界轻武器系统技术火控的发展趋势

(中国电子科技集团第三十三研究所 山西 太原 030032)

引言

改造轻武器的火力控制系统是当代轻武器发展研究的重点课题之一，通过在轻武器上加装光学、电子、计算机、电气、辅助机械等火控装置，使轻武器逐步摆脱人工火控的落后模式，走上技术火控的发展道路，以提高轻武器的综合作战能力，适应现代信息战争的需要[1]。

为了能更有效地毁伤目标，任何武器系统都面临着几个同样需要解决的问题；即:(1)如何更有效地发现目标、观测目标并确定目标的运动轨迹;(2)计算射弹与目标相交所需的方位角和高低角提前量；(3)使武器系统准确定位，准确发射。以上几个问题就是最基本的火力控制问题。在某些情况下，火力控制还需解决另外两个问题:(1)射击持续时间和火力密度；(2)控制射弹定时引信的起爆时间[2]。

因此，火力控制可以描述为，为了对选定的目标实施有效射击，对以下1个或几个参数要定量控制:(1)发射方向；(2)射击时间和火力密度;(3)射弹起爆。其中第一个参数是最主要的。能够完成武器火力控制任务的体系(包括人和仪器设备)就构成了武器的火力控制系统。一般的技术火控如下图：

图1 一般技术火控

人工火控的稳定性是需要通过武器操作人员的实际操作经验来体现的，在实战状况下，轻武器的精准打击出了武器本身，还需要依靠射手本身。当今世界战场，无论是技术侦查，敌后渗透，正面突围，后方保障等方面，越来越倾向单兵多能，依靠无人机和远程操控等技术实现各种状况下的精确打击[3]。

一般来说，技术火控系统的采用对轻武器综合作战能力的提高大体会在以下几个方面产生积极的影响：[4]

●可以更有效、更清晰地在复杂的气候条件和地理环境下发现并捕获目标；

●可以更精确地测距、瞄准，提高首发命中率；

●提高轻武器对高速机动目标的快速跟踪和毁伤能力；

●有利于新弹种的研制和使用；

●在一定程度上避免了弹药消耗，减轻了后勤保障的负担。

一、基本组成

火力控制系统通常由以下3部分组成:(1)搜索和跟踪系统;(2)火控计算系统；(3)武器瞄准系统。每个功能系统又包括若干功能单元。这些功能单元分别是:搜索单元；跟踪单元；弹道数据单元；预测单元；弹道修正单元；导航单元；补偿单元；瞄准单元；指挥、控制和通信单元；数据传输单元；引信装定单元。

各个单元的工作内容如下：

1.搜索单元的基本功能是搜索目标，即通过各种方法连续观察、探测有无目标存在，对目标初始信息做相关的信号处理后引导跟踪单元对目标进行跟踪。在要求较高的武器系统中，搜索单元还应能识别目标的特性(如大小、形状和类型)，并使用敌我识别器识别它是敌方的还是己方的。

2.跟踪单元的基本功能是当目标已被搜索到并且跟踪设备已经锁定目标后，对目标保持连续跟踪，并产生代表目标位置的跟踪数据(即距离、高低角和方位角)，而且还可以计算目标相对于武器的相对运动速度和方向。

3.弹道数据单元的基本功能是，把特定枪弹和武器的弹道数据提供给武器的其他功能单元。弹道数据可以表格数据(射表)、曲线拟合或弹道微分方程的形式存储于火控计算机的存储器中。

4.滤波和预测单元是火控计算系统的核心部分，滤波和预测单元的基本功能是对跟踪单元提供的目标跟踪数据做线性或非线性滤波，以滤除混杂其间的大量随机噪声并提取目标未来状态信息的最佳估计值。同时，依据弹道数据单元和弹道修正单元提供的弹道数据，计算出武器瞄准的目标未来点方向。滤波和预测功能是由各种滤波算法实现的,常用的滤波算法有最小二乘法、维纳滤波法和卡尔曼滤波法等。

5.弹道修正单元的基本功能是当实际射击条件(诸如气压、温度和风速等)与标准弹道条件不一致时对弹道进行修正；根据武器实际射击观察结果进行弹着点修正。

6.导航单元的基本功能是,为火控计算系统提供关于它的基准平台(如车辆、飞机、炮架等)的状态信息。平台的状态信息包括位置、速度、加速度、姿态、姿态变化速度、姿态变化加速度等。这些信息对正确的火控计算非常重要。

7.补偿单元的基本功能是随时修正、补偿武器系统与火控计算系统参考坐标系之间的任何移动，弥合因参考坐标系不同所引起的数值差异。

8.瞄准单元的基本功能是接收火控计算系统传递的射击诸元(例如目标高低角和方位角指令)，使武器快速精确地跟踪瞄准目标。这一功能是由武器的随动系统来完成的。随动系统是武器系统的最终执行机构，它通常由电机、电机控制器、电机驱动器和各种机械或液压传动机构组成。

9.指挥、控制和通信单元的基本功能是,接受外部更高层的指挥控制机构发布的指挥控制命令,以指导或直接控制本武器系统的工作。指挥、控制和通信单元依靠高速数字网络与外部进行联系。

10.数据传输单元的基本功能是，在火控系统的各个功能单元之间高速可靠地传输数据。实现这一功能的通常是各种类型的计算机数据总线。

11.引信装定单元的基本功能是，根据火控计算机的计算结果自动修正和装定枪弹的时间引信。[5]

二、国内外现状

目前世界范围内通过对上述11个单元进行研究，对轻武器的火控系统都进行了相关的改进，总体来说都是在努力减少因为人为操作带来的系统不稳定性，将更多的操作交给计算机，通过计算，分析等方式，给出更合理的打击方式，提高武器的精准性。现阶段，已经有很多火控产品测试和列装，在不同的地域都得到了很好的反馈，例如常见的带有热像仪和夜视仪的瞄准镜；测距瞄准镜；带有显示传感器和火控计算机的头盔显示器；远程通信和定位装置，甚至是无人机化的单兵双自由度电机驱动的武器随动系统等[6]。由于这些火控设备的使用，轻武器火控系统在很大程度上摆脱了人工火控的落后模式，使轻武器在技术火控探索方面迈进了一大步，轻武器在全天候捕捉目标、精确测距、准确瞄准等方面也都有了显著的进步。值得一提的是，由于采用了先进的火控系统，可以精确测距、计算弹道和自动修正装定枪弹的时间引信，以及基于时间延迟引信的空炸榴弹也开始被使用，这对于躲藏在战壕里或掩体后的敌人来说无疑是一个巨大的威胁。下面提出几个经典案例，对目前的主流技术火控系统进行分析[7]。

三、国外案例分析

早在2016年，美国陆军协会年会上,通用动力公司武器与战术系统分部展出新型班组武器火控系统。该系统采用模块化设计,将昼用摄像机、夜用热成像仪、激光测距仪及弹道解算器集成于一体。其既可配用在Mk19、Mk47自动榴弹发射器上,也可配用在M2、M2A1机枪上。射手通过该系统显示屏上的用户界面进行操控,可完成昼夜探测、识别、瞄准及攻击目标的自动化瞄准等操作[8]。

2019年底，美国陆军美评估了一种智能化轻武器火控系统，SMASH，它的最大特点是“只有在保证命中的情况下，才能允许武器开火”。这种名为SMASH的轻武器火控系统是以色列智能射手公司(Smart Shooter)开发的产品，它可能会成为美国陆军下一代班自动武器火控系统(NGSW-FC)。

SMASH系统集夜视、放大、目标探测和跟踪于一体。该系统使用一种可以夹在枪管上方的瞄准镜和一种特殊的手枪握把。按下枪把旁边的按钮会自动检测并获取目标，然后在射手的反射瞄准镜中显示跟踪目标的红色方框。之后，射手扣下扳机并按住它并持续跟踪目标。当枪管与目标正确对准时，武器就会开火，保证命中目标。当然在其他类型的不需要自动跟踪瞄准的射击行动中，自动跟踪系统可以被禁用[9]。

这种轻武器火控系统帮助提高了所有射手在白天和夜间与静止或移动目标交战的准确性，有效的保证了命中率，同时兼顾了射手的安全。与第二次海湾战争统计数据中，人均伤亡需要3.5万发子弹相比较，技术火控的优势是人工火控不可比拟的。

四、国内案例分析

我国轻武器的基础建设相对其他发达国家较晚，所以轻武器的技术火控系统提出的也相对晚些，但是我国目前也有成套的技术火控系统研发成功。

10式狙击步枪就是我国研发的一款重型狙击枪，是一款名副其实的国防利器。除去枪械本身的先进性和可靠性以外，该轻武器配装了技术火控系统，主要是测瞄合一白光瞄准镜和测瞄合一红外热成像瞄准镜，使得该武器具备昼夜作战能力，同时该系统能自动测距、自动解算弹道、自动装定分划，去提高瞄准射击的速度和命中率。这些光电瞄准镜包括YMA09式白光瞄准镜和YMH10式红外瞄准镜。前者为6～9倍变倍瞄准镜，重1.6kg；后者为非致冷红外技术夜视瞄准镜，重2.5kg，可识别600m内的运动单兵目标或1,500m内的运动车辆目标。这两种瞄准镜的使用方式是一样的：射手选好弹种，通过激光测距仪测出目标距离后，弹道计算机就会根据气温、武器的俯仰角及所选弹种的射表，自动解算出射击诸元并装定距离标尺，采用激光瞄准，可自动修正瞄准点，在分划板上自动显示出瞄准点，最红得意进行精确打击[10]。

五、结论

从世界潮流来看，给轻武器加装火控系统已经成为军事大国未来必然的发展道路。轻武器发展到现在，一方面是继续通过新型弹药，进一步提升枪械本身的性能。另一方面就是从武器系统的角度入手，通过智能化的设计，达到“人枪合一”的境界，进一步提高士兵的作战效力[11]。

由于使用条件和技术条件的种种限制，轻武器火控系统的研制与其他武器火控系统的研制相比，存在着更多的困难。轻武器的技术火控之路才刚刚开始，各种技术方案大都处于探索和试验阶段，距离实战应用尚有一段距离。轻武器装备数量巨大，而且轻武器的很多作战功能是其他武器系统无法替代的，所以轻武器作为世界武器家族中的一员必将长久地存在下去，对轻武器火控系统的改造也将长久持续下去。可以相信，随着人类科学技术的进步，轻武器火控技术必将日趋成熟和完善，轻武器火控系统很有可能成为武器火控系统中后来的精品。