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机载火力控制系统的发展  

2007-01-07 15:36:08|  分类: 装备科技A |  标签: |举报 |字号 订阅

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1机载火力控制系统概述

现代战斗机的航空火力控制系统(简称机载火控系统),是为机载武器的控制与发射提供目标和攻击等多种参数的各种光学、机电和电子设备的统称。为完成作战任务,火控系统必须对机上所携带的各种机载武器(如航炮、航箭、航空炸弹、空空导弹、空地导弹、激光制导武器等)进行外挂物管理和控制(简称外挂物管理系统);对敌空中、地面、水上和水下各种运动的或静止的、可见的或不可见的目标,进行搜索、识别、跟踪、瞄准与实施各种攻击方式的发射、制导、战果记录等整个作战行动过程的控制和监控。

根据各种飞机所担负的使命任务,作战对象和配装的武器,可组成不同类型的火控系统。

1.1机载火控系统的分类

a.按武器的种类可分为两种:

·射击火控系统:主要控制航炮、航箭和空空导弹的发射,进行空中格斗兼对地目标攻击

·轰炸火控系统:主要控制炸弹、空地导弹、鱼雷和水雷的投放,进行对地、对海目标攻击

b.按机种可分为三种:

·歼击机火控系统

·强击机导航/攻击火控系统

·轰炸机射击/轰炸瞄准火控系统

c.按发展过程、技术水平和功能特点,可分为四种:

·瞄准具火控系统

·平显/武器瞄准火控系统

·综合武器火控系统

·综合航空电子火控系统

飞机平台、机载武器及火控是形成和决定飞机作战能力的三大要素。飞机是前提,首先是要有飞机,没有飞机就没有载体,但对同一架飞机来说,作战飞机的攻击手段:一是靠武器;二是靠火控。在摧毁目标时,武器起到重要作用,但能否保证武器准确地命中目标,提高武器的作战效能,火控则起到至关重要的作用,没有火控的精确瞄准,就没有武器的准确投放,没有准确的投放,再有威力的武器也难以摧毁目标。要使作战飞机形成战斗力,三者缺一不可。

1.2机载火控系统的作用

·引导载体沿最佳航路接近目标和占位

·获取作战区域内的作战信息,对目标的特性及威胁程度进行判定,以供飞行员作出战斗决策

·搜索、捕获及跟踪所攻击的目标,测量目标及载机的各种参数

·进行火力控制计算与显示,为飞行员提供武器准确攻击目标的发射条件和时机

·管理和控制所选武器的投放、发射和引炸

·对制导武器进行参量修正和制导控制

·对作战效果进行检查和记录

·进行退出攻击的处理和返航着陆

据美国专家对飞机的各种设备性能进行分析研究的结果说明,飞机作战效果与飞机本身性能的一次方成正比,与预警能力和电子战能力的三次方成正比,与机载武器、火控系统性能的四次方成正比。

随着飞机平台的改进,武器的发展,促进了火控系统的更新换代。一代飞机平台通过更换先进的火控系统及种类齐全的各种武器,能较大幅度地提高飞机的作战能力。因此,机载火控系统在飞机平台中的作用和地位极其重要。

1.3组成及动能

a.基本组成

为保障作战飞机完成战斗任务:从准备、起飞、导航、指挥引导,到进入作战环境、捕获目标、控制武器发射和返航着陆等一系列过程的完成,机载火控系统一般由目标参数测量、载机参数测量、火控计算、外挂管理、显示与控制、数据传输和视频记录等七个基本分系统组成。每个分系统又由几个光学和电子设备组成。

b.主要功能

·目标参数测量装置

该系统主要用来探测目标相对于载机的方位、距离、速度和速度变化率等目标参数,该参数输入到火控计算机进行弹道计算、输出到显示装置,为武器的发射和投放寻找机会。该系统主要由火控雷达、红外、激光、电视、微光夜视及头盔瞄准具等探测设备组成。

·载机参数测量装置

该系统主要用来测量载机的速度、加速度、航向、姿态和高度等本机的运动参数。这些参数输入到火控计算机进行综合处理后,输出到显控装置,供飞行员操纵飞机和瞄准攻击。该系统主要由大气数据计算机、惯性导航系统、航姿系统、陀螺组件和各种仪表设备组成。、

·火控计算机

该系统主要用于导航计算、弹道计算、总线传输信息控制,显示与控制等综合信息的处理,为飞行员提供武器的发射和投放时机,它是火控系统的核心部件。该系统主要由任务计算机和作战飞行软件组成。

·外挂物管理分系统

该系统是对武器及其它外挂物进行检测、监视、控制和处理的设备,具有武器状态监控、发射方式选择和发射程序控制管理等功能。该系统主要由外挂管理计算机和挂架接口组件组成。

·综合显示与控制分系统

该系统是将所有飞行信息、目标信息、战术信息和火控瞄准信息显示给飞行员完成作战任务,飞行员可操作控制面板来选择各种显示工作状态。

综合显示装置主要由光学瞄准具、平显、下显和头盔显示器组成。控制装置主要由油门杆、驾驶杆、可编程开关、触敏开关和语音控制设备组成。

·数据传输分系统

该系统主要用于火控系统各部件之间的信息传递,并联接各部件。该系统主要由数字式多路传输总线和任务数据装订设备组成。

·视频记录分系统

该系统主要用于记录作战、训练过程中的各种参数和图像,以便于战后和训练后判读分析射击效果和训练情况。该系统主要由照相枪、平显摄像机和多通道录像机组成。

2机载火力控制系统发展简况

2.1发展过程

纵观机载火控系统的发展过程,可以按其技术水平和功能特点划分为四个阶段。

a.60年代以前的瞄准具火控系统

这一时期的机载武器主要有机炮、火箭、炸弹和后来增加的红外型空空导弹。火控设备主要是机电式光学瞄准具和与之配套使用的雷达及红外观测仪等。代表性的火控系统有:美国F-86飞机上由A-4瞄准具和APG-30雷达测距器组成的MA-3火控系统;原苏联米格-21飞机上由ACΠ-5HД瞄准具和CPД-5MK雷达测距器组成的火控系统等。

b.60-70年代的平显/武器瞄准火控系统

进入60年代以来,国外开始装备具有导航与瞄准功能的平显/武器瞄准系统(HUD/WACS),以取代光学瞄准具与传统的航行仪表。在70年代初又把惯性导航系统综合进火控系统中,构成攻击/导航系统,增强了攻击能力。这一时期随着中距和远距拦射导弹的使用,在空空火力控制上出现了拦射原理,并发展成了由火控雷达、模拟计算机、显示器和惯性导航组成的拦射火控系统。其代表机型有美国F-111D飞机上的MK-2型平显/武器瞄准火控系统。

c.70-80年代的综合武器火控系统

综合武器火控系统是与火控攻击任务相关的子系统的集合,它利用标准数据传输总线把由脉冲多普勒雷达与光电雷达组成的目标探测分系统、惯导与大气机组成的本机信息传感分系统、平显和多功能显示器组成的综合显示分系统、外挂管理分系统和火控计算机分系统等综合起来,构成一种特殊的分布式集中控制的计算机网络系统。其代表机型有美国的F-16A/B、法国的"幻影"-2000及英国的"狂风"等飞机上的综合武器火控系统。

d.80年代末期后的航空电子综合系统

航空电子综合系统是把整个航空电子各分系统综合成统一控制、管理与显示的系统。它以综合武器火控系统为主体,围绕执行作战任务各个阶段的需求,还综合了通讯、指挥、控制分系统,飞行控制分系统(FCS),电子战分系统(EWS),非航空电子管理与控制分系统(NAMP)等。在作战时,整个航空电子系统处于火力控制状态;而导航飞行时,全部航空电子系统(包括火控系统)又处于导航状态,其代表机型有美国F-16C/D、F-15E等飞机上的航空电子综合系统。

2.2发展特点

机载火控系统在不同发展阶段的特点差别很大,90年代火控系统的发展特点是:

a.采用数字计算机和多路数据传输总线技术,提高综合化水平

现代机载火控系统广泛应用多台高性能数字式计算机,采用集中控制、分布处理的设计思想;采用数字式数据总线网络,信息综合利用,资源共享。如美国的MIL-STD-1553B数据传输总线已成为现代航空电子综合系统的标准总线,为西方各国军用飞机普遍采用。美国的MIL-STD-1760则是专用于机载武器的数据传输总线,以实现武器和悬挂发射装置的通用化。

b.应用多传感器综合技术,提高探测能力

通过传感器数据融合获取目标信息,提高系统的作战效能。如综合利用雷达、光电探测设备、前视红外、电视等多种探测手段,发现和识别目标。

c.采用多种显示技术,提高人机工效

现代作战飞机综合利用平显、多功能下显、头盔显示器,取代大多数座舱仪表,极大地提高信息显示数量、质量和人机工效,提高火控系统自动化水平。

d.减少开关数目,减轻驾驶员工作负担通过双杆操纵(HOTAS)、综合控制板、触摸式控制屏、预编程开关等先进控制技术,减少了开关数目,减轻了驾驶员工作负担,使火力控制操作快速、准确、可靠。

e.应用光电瞄准吊舱,增强对地攻击能力

现代战斗机,攻击机和武装直升机广泛装备光电瞄准吊舱,同激光、电视、红外制导炸弹和空地导弹配用,以增强对地攻击能力。

f.通过机内自检测、系统重构和容错能力,提高系统可靠性和维修性

机内自检测是现代航空电子综合系统的重要特征之一。在飞机作战过程中,一旦系统发生故障,立即发出警告信号,任务管理计算机可根据实际故障情况进行降级处理及系统重构,使系统恢复全部或部分功能,并记录故障情况供地勤人员维修参考。

2.3发展趋势

随着数字技术、微电子技术和微计算机技术的飞速发展和广泛应用,航空电子技术水平不断提高,机载武器更新换代,对机载火控系统提出了更高的要求。在军方需求和技术推动下,90年代末及2000年后的机载火控系统将得到极大的发展,除体现在综合化、模块化外,还主要体现在以下几个方面。

a.作战功能主要突出超视距、多目标攻击,控制发射后不管导弹

超视距多目标攻击火控系统和发射后不管导弹配合,能同时跟踪、识别多个目标并分别测定每个目标的参数,完成威胁判断、攻击目标的优先权确定及各种战术数据处理,进行战术决策;产生飞机操纵指令和雷达扫描指令;计算导弹允许发射区、导弹制导指令和显示控制数据;发射前对发射后不管导弹进行参数装定,使多枚导弹分别攻击多个目标;进行杀伤概率评估等。

b.采用多源数据融合技术,充分发挥多种探测手段的优势,提高载机的综合作战效能

为提高作战飞机的抗隐身、抗电磁干扰能力,使对空、对地作战功能一体化,现代机载火控系统正开发利用多种传感器探测目标,以便先敌发现、先敌攻击,取得攻击突然性。以美国为例,正在分阶段开发多传感器综合技术,其项目有:综合射频、光电、电子支援措施传感器;综合前视红外、激光测距器、多频谱光电传感器;综合凝视热像仪、毫米波雷达传感器;综合多色红外、激光、射频、被动毫米波传感器;合成孔径的主、被动射频、视频、红外频谱综合传感器等。

c.机载火控系统将向综合火力/飞行控制系统、综合火力/飞行/推力控制系统发展

在未来作战中,综合火/飞系统或综合火/飞/推系统将能按最佳飞行路线、最佳航迹、最佳燃油消耗将飞机引导到最佳攻击位置进行攻击。它可实施对敌全方位、多种武器的投射;缩短攻击占位时间及首攻时间,便于飞行员做到先敌发现、先敌攻击,并可提高命中率;实现操纵控制的自动化、瞄准攻击的自动化,减轻飞行员工作负担,有利于飞行员观察战场态势,及时作出新的战斗决策。

d.采用先进的预警、通讯、指挥、控制系统及空空、空地数据传输系统

现代战争表明,预警指挥系统是现代空战必不可少的装备,而预警指挥飞机是实时指挥战斗机进行空战的机载中心。到21世纪,预警指挥机将安装先进的相控阵预警雷达、敌我识别系统、对发射机进行无源探测的电子支援系统、红外探测器和激光雷达等传感器,并利用战术数据链传来的机外传感器的数据进行数据融合,以便更好地探测隐身飞机、直升机、巡航导弹、弹道导弹等目标,实现多机攻击多目标,空空、空地、空海协同作战。它还将装备先进的电子对抗系统和采用人工智能的维修诊断系统提高其生存能力和执行任务的能力。

e.采用更加先进的综合控制/显示系统,提高人机工效和综合作战效能

未来作战飞机的显示系统将采用有源矩阵彩色液晶显示器、有源矩阵电致发光显示器取代阴极射线管,综合控制/显示系统将向着视、听、说、头/手指向等多通道方向发展。有源矩阵彩色液晶显示器、全息平显、头盔显示器、战术情况显示器、触敏显示屏、语音识别/合成系统、视景增强系统等新技术将在未来作战飞机的显示系统上广泛采用。

f.采用高速大容量计算机、高速光纤总线、电传控制技术,使得机载火控系统综合化达到更高水平

未来机载火控系统将采用速度更高、容量更大、功能更强的微计算机;用光纤数据总线代替目前使用的1553B总线,实现真正的实时传输和分布式存取控制;系统的构型也将不同于现今的1553B双总线框架,而是采用多级梯次总线构型,传感器综合,信息数据融合,每层次上的总线管理都是双余度和人工智能模块,保证任何一个设备出现故障,系统都可以进行重新组构,平级或降级完成任务,使系统具有一定的人工智能。

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