解析中国现代陆战平台的电子信息系统

陆战平台是各型谱坦克、自行火炮、步兵战车的统称。现代陆战平台的主要电子信息系统，在不同的发展阶段有不同的构成：在20世纪70～90年代是数字式火力控制系统，90年代至今发展为火力控制系统和车载指挥控制系统；而未来，陆军各型战车将整合成多种型谱的有人、无人战斗平台(美军称之为“未来战斗系统”)，除发展火力控制、指挥控制等系统外，还要增加网络通信等功能系统。

电子信息系统是现代陆战平台中发展最快、最具潜力的系统。从本质上说，由于电子信息系统与飞速发展的信息技术有着天然的亲和力，陆战平台许多新增的作战功能都是通过电子信息系统的融入来实现的。例如，早期的炮控系统只是一种机电类的控制系统，经过信息化改造成为火力控制系统后，使陆战平台的火力性能得到突飞猛进的发展。一个必然的趋势是，陆战平台电子信息系统的功能将愈来愈多、结构也将愈来愈复杂，它的现状和未来引起了业内外人士的广泛关注。

围绕控制主线发展陆战平台火控系统

早期的坦克火控系统着重解决火炮射出中的弹道解算与运动目标的提前量计算问题。当火控系统中引入微型数字计算机后，上述任务可以轻易地通过软件来实现，火控系统发展的主流方向便转移到系统的控制功能上。对此，中国相关工程技术界首先对此提出了控制主线的概念。

什么是控制主线?陆战平台在射击目标时，火控系统先通过光学瞄准镜瞄准、跟踪目标，构成瞄准线；在获知目标距离和运动速度后，火控计算机求出射击诸元(即火炮高低向和水平向的射角)，然后控制火炮(轴线)实施射击，战车火控系统的一个重要发展方向是目标自动跟踪，即在瞄准镜前端安装“目标自动跟踪器”，在跟踪过程中探测出目标在空间的角位置，并据此控制瞄准线。这一过程的实质是由目标自动跟踪器实现对另一条光学轴线(即跟踪线)的控制。上述的跟踪线、瞄准线和火炮轴线被称为火控系统的控制主线。

近20多年来，火控系统的结构与功能主要是围绕着控制主线来发展的。图1中清楚地反映出陆战平台火控系统沿控制主线向前发展的过程。

图(a)是简易火控系统的控制主线示意图。简易火控系统是最早出现的数字式火控系统。它利用了炮控系统的双向稳定性，将瞄准镜直接安装在火炮之上，只有控制火炮轴线，才可以通过瞄准镜对目标进行跟踪和瞄准。因此简易火控系统的控制主线就是火炮轴线。这类火控系统只能在陆战平台停止运动的情况下，通过对炮控系统的控制来实现对目标的跟踪、瞄准和射角装定等功能。

图(b)是指挥仪式火控系统的控制主线示意图。当光电技术发展到可实现瞄准线的独立稳定时，就发展成为指挥仪式火控系统。它实际上是在火炮控制系统的前端安装一个瞄准线控制系统，实现了瞄准线与火炮轴线的分离。控制主线发展为瞄准线和火炮轴线，而且火炮轴线还要从属于瞄准线。由于瞄准线的高精度稳定，它可在行进间进行跟踪与瞄准。炮控系统除自身的火炮角度稳定控制外，在跟踪、瞄准目标时接受瞄准线的同步控制，并承担射角装定任务。

指挥仪式火控系统的出现，大大提高了陆战平台行进间对运动目标射击的命中率，是当前陆战平台火控系统的主要形式。它还发展为双指挥仪式火控系统(国外也称为猎—歼式系统)，实际上就是在车长处和炮长处安装了两个并行的瞄准线控制系统，具备车长为炮长指示目标、车长超越射击等功能。双指挥仪式火控系统扩大了视场范围、加快了反应速度，能同时对2个目标进行跟踪与瞄准，也是在陆战平台基础上组建指挥控制系统的硬件条件。

图(c)是目标自动跟踪式火控系统的控制主线示意图。随着计算机图像跟踪技术的发展，火控系统在瞄准线前端再安装一个跟踪线控制系统，实现了跟踪线与瞄准线的分离，就成为目标自动跟踪式火控系统。目标自动跟踪技术在火控系统中的应用，为陆战平台火控系统的深层次发展提供了相当大的空间。目前除以色列、日本等少数国家已在陆战平台上安装了简易的目标自动跟踪火控系统外，大多数国家正在开展新型系统的研制，使其具备多目标自动跟踪、多运动目标模型假定及交互式目标信息处理(简称IMM)功能。

虽然目标自动跟踪式火控系统已经达到实用阶段，但从发展的深度和广度来看，仍然是战车火控系统今后一段时间的发展重点。如果坦克火炮经过改进后，能对飞行中弹丸的基线(即系统瞄准标记与弹丸质心的连线)进行观测与控制，就将在目标自动跟踪火控系统的基础上发展成大闭环式火控系统。该系统能测量目标与弹丸(基线)之间的偏差，为系统后一发弹的射击提供准确的修正信息。

从控制主线的角度分析和预测火控系统的发展，是中国业界近10余年形成的一种系统分析方法。它不仅是系统发展历史规律的总结，而且是在体系结构上预测系统发展趋势的重要依据，有助于人们掌握系统不同发展阶段中的关键技术。如系统处于指挥仪式火控系统发展阶段时，关键技术为瞄准线(镜)的稳定与控制；到目标自动跟踪系统时，关键技术变为目标运动图像的模式识别、自动跟踪与信息处理等技术。

控制主线中各控制分系统的任务分工相对明确，有利于按控制主线的工作规律来分析系统体系结构的优劣。例如，得益于这一系统分析方法，人们发现了位于控制主线末端的火炮轴线控制是系统中最薄弱的环节。由于控制主线中各分系统是按前置或后置的方式进行系统集成的，它们之间主要以信息交换的方式进行联系，这就有利于系统的模块化设计，以及在陆战平台电子综合化系统中的分布与配置；也有利于系统战技指标和精度的合理分配。

我国陆战平台火控系统的理论研究

在陆战平台火控系统的发展过程中，火控系统的理论研究起到了重要作用。在世界范围内，火控系统的理论研究远远落后于火控系统的研制。这种情况对火控系统的发展产生了非常不利的影响，造成了总体设计和新技术应用上的盲目性，系统的造价也因此居高不下。

我国在基础技术相对落后的情况下，加强陆战平台火控系统的理论研究将是赶超世界先进水平的突破口。有关院校与科研单位积极开展了相关理论课题的研究，包括建立数字式火控系统的理论体系；深入分析系统体系结构的不足和新技术的应用潜力，为火力控制系统的技术改造指明方向；对火力控制系统的发展趋势进行了超前研究，对新系统的发展论证、设计理论、体系结构等起到了指导作用。目前，我国陆战平台火控系统的理论研究已初具规模，产生了有中国特色的研究成果。主要包括：

一是建立了数字式火控系统的理论体系。我国攻克了建立数字式火控系统理论体系的关键理论——射击

运动目标时的提前量求取过程的理论分析；并按火控系统沿控制主线向前发展的脉络充实和完善了系统的理论体系，为后续理论课题的研究打下了基础。

二是提出了炮控系统设计的新理论。炮控系统是火控系统的重要组成部分，又是相对独立的一个控制系统。为使炮控系统与火控系统能够协调工作，一直存在着如何改进炮控系统结构与功能的问题。但到目前为止，国外对炮控系统的技术改造均是按叠加多个子系统(即1+N)的设计模式进行，系统结构愈来愈复杂，造价愈来愈高。我国提出的炮控系统设计新理论，即在分析功能特性的基础上实现了功能的综合化设计。只采用增加1个控制器(即1+1)的设计模式进行。从而简化了系统结构、降低了成本。

三是机动目标运动模型动态辨识取得了重要突破。在现代战场上，提高火控系统对高机动目标的射击命中率，最理想的途径是实现对机动目标运动模型的在线辨识。这是一项世界性的难题，国外最先进的办法也不过是以假定多个可能的目标运动模型为基础，进行交互式的信息处理(即IMM)。我国在这一难题上取得了突破性进展，在实测机动目标序列数据的仿真条件下，实现了机动目标运动模态与运动模型的同步辨识，不久将投入使用，催生我国功能完善的自动跟踪火控系统的诞生。

四是研究成功了低伸弹道火炮的通用弹道模型。现代弹丸在飞行中的弹形系数为变数，使传统的弹道方程难以适应现代火炮的弹道计算，现有的火控系统弹道解算模型无法通用。我国研究成功用于强约束条件下低伸弹道方程实时解算的通用弹道模型，很好地解决了这些难题。在射表和弹形系数未知的情况下，只要知道了炮弹定型时的少量数据(如初速等)，就可以高精度地实时完成弹道解算，使传统弹道方程得以应用于现代弹道的解算。这一模型的另一个特点是通用性，它的解算除了与射表、弹形系数无关外，还与火炮的口径、弹丸的质量无关。这意味着，这种通用弹道模型适用于所有的低伸弹道火炮。在未来陆军综合化作战系统中，将通过火控系统的通用化设计来简化陆战平台的研制过程，通用弹道模型将在其中发挥重要作用。

五是以命中三要素函数为基础开展误差理论研究。为了命中目标，火控系统应具备瞄准精确、解算正确、控制准确三个必要条件。它们被称为命中三要素，火控系统射击精度函数就是命中三要素的合成函数。这种方法把复杂的火控系统射击精度问题分解为三个相对独立的要素，通过误差群体的分类控制达到提高系统精度的目标。就我国目前的技术水平而论，正常情况下影响射击精度的主要误差均是非结构性的，而是与目标特性有关的射击误差。

六是运行剖面下动力特性仿真理论研究取得成功。研制新型火控系统技术复杂、成本高、周期长，各种因素难以预测，因此研制风险大。通过火控系统半实物的实时仿真，可先期演示和验证系统及部件的主要性能，发现和解决技术难题，降低系统的研制风险。陆战平台要在复杂的战场上高机动行驶，其火控系统功能是在强烈干扰下实现的，动力学仿真理论是各种搭载系统仿真理论的基础。而与火控系统动力特性密切相关的炮塔、火炮与瞄准线义均是独立稳定的，除了道路的随机干扰外还存在连接处的随机干扰。对于这种二次随机效应，常用的动力特性数字仿真技术已难以适用。我国研究成功的运行剖面动力特性仿真理论解决了这一难题。

七是提出了火控系统总体性能仿真评估的理论途径。仿真系统应用这一理论方法，不但可以实现新研制系统与部件的先期技术演示，还可在仿真环境下对火控系统的总体性能进行预先评估。这一功能是我国完成的与火控系统战技性能有关的多项模型的综合应用，这些模型包括强约束条件下低伸外弹道方程实时解算模型；实时辨识的机动目标运动模态与机动运动模型；机动目标信息处理模型；火控系统海上射击时目标建模与目标信包处理模型；陆战平台火控系统射击命中三要素函数模型及其误差分析；陆战平台火控系统运行剖面下动力特性仿真模型等。

陆战平台是各型谱坦克，自行火炮、步兵战车的统称。现代陆战平台的主要电子信息系统，在不同的发展阶段有不同的构成：在20世纪70～90年代是数字式火力控制系统，90年代至今发展为火力控制系统和车载指挥控制系统；而未来。陆军各型战车将整合成多种型谱的有人、无人战斗平台(美军称之为“未来战斗系统”)。除发展火力控制、指挥控制等系统外，还要增加网络通信等功能系统。

现代陆战平台需要指控系统

20世纪80年代，西方各国开始了在坦克上加装指控系统的论证与研制工作。军事家称，坦克已进入四大性能的发展阶段——在火力、机动、防护三大性能的基础上，增加了指挥控制性能。20世纪90年代，当以色列和日本还忙于坦克自动跟踪火控系统的研制及装备时，美、法、德、英等国已正式在各自的坦克(MIA2、“勒克莱尔”……)上装备了名称各异的指控系统，使陆战平台电子信息系统进入火控、指控并存的复杂系统阶段。这种趋势的出现有以下几个原因：

一是随着电子、信息技术的快速发展，坦克原有的火力、机动、防护三大性能，在概念上已经有了质的变化。不再仅仅取决于坦克相应的单一分系统，而是由多个系统的综合性能所决定。例如，火力就不仅仅取决于火炮本身，还与火控系统的性能密切相关。如何在复杂多变的战场条件下使坦克发挥出最佳性能，就成为对坦克指挥控制系统的军事需求。

二是火控系统固然是作战体系的基本要素，但终究不过是一发弹的射击问题；而战场上任何武器的射击都是在相应的战术环境中进行的。在电子信息技术与自动控制技术高度发展的今天，为了提高武器的射击效能，就既要发展火控系统，又要发展更重要的指挥系统，使得坦克的总体性能得到协调发展。

三是在未来战争中，部队将趋向于以较小的单位高度机动，遂行独立性较大的行动；再加上现代战争中作战信息的急剧增加，这就要求，每辆坦克都要以平台指控系统为终端，成为更高级指控系统的一个节点。这样，即使是一辆坦克单独完成任务，它也不是孤立的，而是与大系统有紧密联系的一个作战单元。

四是坦克的各种资源中，以人力资源最为宝贵，许多复杂情况只有靠人的参与才能合理解决。但与自动化设备相比，人也存在着反应速度慢、体力有限、持续能力不强的缺陷，要靠自动化设备来支持和辅助。指控系统正好能在作战的指挥与控制上减轻乘员的体力消耗，使他们把精力集中在关乎战斗胜负的关键作战环节之上。

陆战平台指控系统的特殊属性

陆战平台指挥控制系统是实现平台指挥自动化与实时作战控制的车载式人一机系统。虽然也属于C³1系

统，但与一般的C³1系统有很大不同。第一，在系统布局上，一般C³I系统多为分散布置，而陆战平台指控系统却要在平台内集中布置，极大地增加了系统的组建难度；第二，在实时性上，一般C³1系统的使用时机多为战争的准备和实施阶段，而陆战平台指控系统属于战术指控系统，主要是在瞬息万变的战斗过程中发挥作用，对实时性的要求特别高；第三，在作用范围上，一般C³I系统主要在指挥部(所)之间发挥作用，而陆战平台指控系统除了与上级指挥所交换信息外，还要兼顾车际和乘员间的通信，以及平台内各子系统的功能控制。其中，对武器射击的实时控制，是系统的主要功能之一。

由于陆战平台内的空间极其有限，决定了它难以自成体系，而只能在平台中综合集成。即利用平台内数据总线，按照信息共享、功能综合的原则，在平台内进行统筹考虑和整体设计。要在充分发挥火控系统作用的基础上，进行指控系统的系统集成。

很显然，就功能和组成而言，指控系统与火控系统存在着十分紧密的关系。它们互为信息流的始端和末端，互为功能、结构的延伸与发展。例如，火控系统的目标观瞄系统、图像处理系统、计算机数据处理系统等，就可以作为构成指控系统中某些子系统的雏形；而指控系统中有关控制的大部分任务则是由火控系统高质量完成的。现代主战坦克之所以对这类系统的命名各不相同，一个重要原因就是为了在火控系统之外突出其他功能系统，如“车际通信系统”、“战场管理系统”等。不很严谨地说，上述系统再加上火控系统，就是一个具备基本功能的指控系统。

指控系统与火控系统的综合集成

陆战平台指控系统是一个新兴的电子信息系统，其功能将随着军事变革的深入而愈来愈多。但由于平台内部空间的限制，不可能按照军事需求完整地进行系统配置；只有与其他电子信息功能系统进行综合设计，实现结构不完整但功能完整的系统设计。

对于指控系统与火控系统进行综合化设计的问题，美国F.J．布朗将军首先进行过初步论证。60年代中期以来，在著名科学家钱学森院士的系统工程设计思想的指导下，我国开展了陆战平台指控系统与火控系统综合化设计理论的研究与探讨，提出了相应的优化指标与工程设计方法。

我国陆战平台指控系统的设计指标是：在满足军事需要、实现战术技术指标规定的全部功能的前提下，通过数据总线上信息共享和功能综合的技术途径，实现系统结构的最小化。这是在满足军事需求与指控系统功能的前提下，对结构设计所提出的优化指标。事实表明，通过信息共享与功能综合的技术途径，是完全可以达到结构上的综合化设计的。为实现上述优化设计指标，需要重点进行以下几个工程设计过程：

一、以军事需求与战术技术指标为目标，对指控系统按“系统一功能一信息”的顺序逐一进行分解设计，得到指控系统具体的的功能需求和信息需求。由于信息是数据总线上传输数据的基本单元，而电子信息系统的功能又以信息的综合与处理为实体，所以，这个系统分析与功能分解过程要一直延伸到信息层面。

二、数据总线上其他功能电子系统(主要是火控系统)的功能与信息，也按“系统一功能一信息”的顺序分解，以及进行必要的扩充设计，从中选择出指控系统所需要的源信息，使之成为可在数据总线上直接利用的共享信息。

三、按信息需求量与信息共享量的差，进行指控系统的结构设计。在系统综合设计中，以信息需求量与信息共享量两者之差作为实际设计的基础，可以降低对硬件的需求。这正是综合集成设计方法的优点所在。

四、在信息需求量中各信息分量已全部生成后，再以功能需求量为目标，按上述分解的逆向顺序即“信息一功能一系统”的顺序，进行功能综合与系统的组建，完成指控系统的全部功能设计。

未来陆战平台的电子信息系统

现代信息技术的发展，例如空中多元导航定位系统、以C³ISR为基础的自动化指挥系统以及多型谱陆战平台指控系统的发展，赋予了战时网络以新的作战功能。通过战时网络的实时指挥与控制，可实现战场情报信息的共享，以及全战场兵力的指挥与控制。现时局部战场诸兵种的协同作战，可发展为网络通信与指挥可及的大地域范围内各种兵力的联合作战。这些无疑将极大地增强统帅部和各级指挥部对部队及战场的指挥与控制能力，显著提高部队及兵器在战场上的联合作战能力与反应速度。

网络环境下新的作战样式的多样性，提出了武器装备小型化、精确化、可视化、智能化与一体化的发展要求，为各种作战平台的发展提出了新的思路。例如，网络环境下战场一体化防御能力的形成，就为坦克等陆战平台突出火力与机动性能并实现轻型化准备了条件，并会出现发展多型谱陆战平台(即未来陆军综合作战系统)的要求。

未来陆战平台的电子信息系统的功能必将大量增加。除火控和指控功能系统外，还包括网络通信与网络指挥功能系统，功能多而空间小的矛盾将进一步突出。此时只有加强电子信息复杂系统的理论研究，促进系统向功能多而结构简单的方向发展。其中一个重要的技术途径，是多功能的综合化设计和单一功能的通用化设计。上文所提出的炮控系统设计新理论与火炮的通用弹道模型等，就包含了这一设计思想的部分理念。