自行火炮通用化火控技術研究

高文輝 劉長順 章曙

（解放軍63961部隊，北京 100012）

摘要：目前的自行火炮火控系統在軟硬件構成上存在著諸多差異，通用化、系列化、組合化程度處于較低水平，限制了火控系統的發展。通用化、模塊化的構成能夠簡化設計和生產，方便使用、訓練、維護和保障。簡要介紹了自行火炮火控系統現狀與發展趨勢，探討了通用化火控技術的思路與關鍵技術，提出了開放式系統構架、分層結構等通用化火控技術的方案設想。

關鍵詞：通用化，開放式結構，分層結構

Research on the Generalized FCS Technology of Self-Propelled Artillery

Gao Wen-hui Liu Chang-shun Zhang Shu

（Unit 63961 of PLA，Beijing 100012，China）

Abstract： Many FCS of the present self-propelled artillery are different in system structure，and restrain the independent development of advanced FCS. Generalized FCS technology will simplify system structure，and make application，training and supportability easy. The solution and the key technology are discussed； the tentative design is presented. The development trends are also discussed on the future FCS technology of self-propelled artillery.

Keywords： generalization； open structure； hierarchical structure

引言

現有的自行火炮火控系統在軟硬件構成上存在著諸多差異，一般一種火控系統只適用于一種武器平臺，通用化、系列化、組合化程度處于較低的水平，限制了火控系統技術的發展和升級換代。而通用化、模塊化的構成能夠簡化設計、生產，方便使用、訓練、維護和保障，是火控技術發展的客觀和必然要求。

以通用化為目標，以模塊化和標準化為手段，通過良好的頂層設計和技術方案，可以有效解決現有火控系統的問題，并為后續火控技術獨立于武器平臺發展奠定開放式、可擴展的技術框架。本文提出了一種自行火炮通用化火控技術的方案設想，以信息綜合為基本設計理念，實現總線數據全交換、信息綜合處理、傳感器數據融合的自行火炮新型火控系統的架構。

1 問題的提出

由于自行壓制火炮配備數字化火控系統是從無到有，對其本質和特點的把握存在著一個由淺入深的認識過程，加之分立研制、技術水平和任務周期的影響，缺乏總體上的統一考慮和優化設計，使得現有的自行火炮火控系統在軟硬件構成上存在著諸多差異，一般一種火控系統只適用于一種武器平臺，通用化、系列化、組合化程度仍然處于較低水平。現有火控系統存在的問題主要表現在以下幾個方面。

（1）系統組成、總體架構和設備布局均存在不同，有總線結構、分布控制的系統，也有星型結構、集中控制的系統，使用模式、工作方式也存在不同，類型較多；（2）技術水平不一，接口不規范，主要部件缺乏通用性，完成同種功能的設備內部構成和外部接口不相同，線纜連接復雜，增加了維護保障、備件供應等的復雜性；（3）模塊化程度低，擴展性差，升級改造困難，不便于軟件、硬件的更新，不便于新型設備和新型功能等發展的需要；（4）流程和界面不優化、風格不一致，操作使用較為繁瑣復雜，加大了操作訓練和人員使用的負擔；（5）故障檢測功能弱，基本不具備在線檢測能力，維修性、測試性等功能不足。

這些問題都制約著自行火炮平臺信息化水平的提高。

自行火炮具有基本相同的作戰流程和使用模式，數字化火控系統的基本功能和系統組成也應基本相同。如果沿用過去的研制方式，不同型號的火控系統之間功能相似的要重新研制、相同的不能通用，低水平的重復勞動大量存在，制約了火控系統水平的提高，并且從生產、使用到維護、保障都要區別考慮、分別保障，增加了部隊的負擔，造成了資源的浪費。而通用化、模塊化的構成則能夠簡化設計、生產，方便使用、訓練、維護和保障，是火控技術發展的客觀和必然要求。

國外的裝備發展思路已經發生了轉變，從以高投入建造大批新型武器裝備，轉向利用成熟技術的集成化、系統化對現有裝備改進或組合為較新裝備，并且樹立起“一代平臺，二代或三代武器”的觀念，把系列化、通用化、組合化作為火控系統設計和發展的基本原則，通過火控系統的升級改造或組合化應用，在多型裝備上實現了武器平臺的跨代發展。在通用火控技術發展上，以俄羅斯“成就”系列自動化導引和火控系統為典型。該系統是由“信號”研究所研制開發的系列化產品，主要由“成就-P”、“成就-B”、“成就-C”組成，分別裝備于多管火箭炮武器、牽引式身管火炮和迫擊炮、自行火炮，使俄羅斯炮兵所有火力兵器的導引和火控都實現自動化。三者均采用模塊化設計，工作原理和設計方法相同，區別僅僅在于火控系統是依據武器平臺的類型采用了不同的組合形式。俄羅斯曾使用“成就-P”改進“冰雹”多管火箭炮，使其作戰效能總體上比原來提高30%～50%。更重要的是，由于“成就-P”采用通用化、模塊化結構，升級改進工作難度小、時間短，易于實施。并且，該系統也可用于其他型號，甚至可配備于俄羅斯以外的國家生產的裝備，形成了火控系統獨立于型號發展的新模式。

2 解決問題的思路

綜合國內外火控技術的發展趨勢，自行火炮通用化火控技術具有較強的必要性和技術可行性。以通用化為目標，以模塊化和標準化為手段，通過良好的頂層設計和技術方案，可以有效解決現有火控系統的問題，并為后續火控技術獨立于武器平臺發展奠定開放式、可擴展的技術框架。在技術方案上加強開放式結構、模塊化組成和軟硬件分離技術的研究，重點為以下幾個方面。

（1）構建開放式系統結構，增強軟硬件獨立升級和系統擴展能力。

采用開放式系統結構，利用模塊化和分層結構，在操作系統之上設計中間層，使得硬件與軟件分離、應用軟件與操作系統相互獨立，實現系統結構簡化和功能綜合，增強火控系統的可擴展性。系統重構、擴展、升級和維護時，可最大限度地移植軟、硬件模塊，實現軟硬件獨立升級。

（2）采用基于符號庫的人機界面技術，通過通用硬件結構和標準符號庫，實現顯示控制與應用軟件分離，系統功能調整或增加時，可通過調整或添加基本圖元，實現系統新功能的顯示而無需修改應用軟件，便于升級擴展和設備更換。

（3）采用合理的信息交換架構，優化系統網絡結構。

采用高低速結合的內、外總線架構，利用高速的內總線實現核心處理器間的高帶寬信息傳輸，利用外總線實現部件間的指令和數據交換，通過優化系統網絡結構，減少無效的信息流動、降低總線負載，簡化系統連接關系。

（4）采用終端轉發和現場可更換單元技術，簡化電氣結構、提高可維護性。

采用現場可更換單元技術，通過標準化的通用電氣模塊，改善故障定位能力，提高設備的現場可更換能力。對于外圍部件大量的數字離散量、模擬信號等非總線信號，采用終端轉發機制，實現硬線信號到外總線數據的標準化轉換，簡化線路拓撲結構，便于使用維護。

3 通用化火控系統技術方案設想

3.1 系統總體結構設想

火控系統總體擬采用總線式結構，劃分為核心處理單元、傳感器區、人機交互顯示區、火炮管理區等基本功能區，每個功能區內的設備和模塊的功能特性相近、任務關聯密切，可資源共享，功能區之間通過總線交換信息，信息匯總到核心處理單元進行綜合處理后進行分發。

通用火控系統的邏輯構成如圖1所示。

核心處理單元（CIP）集中承擔火控系統的控制管理、顯示、信息融合處理和火控數據計算等功能，CIP是一個高密集度的計算機組合，采用模塊化結構，由多塊現場可更換模塊（LRU）組成，將全炮電子系統的處理機集中于一個組件，各功能系統的處理機獨立，各模塊采用統一的標準接口，可獨立進行更換和升級，便于武器系統功能擴展和性能升級，方便部隊檢測維修。

人機交互顯示區根據作戰使用需求，設置炮長任務終端、瞄準手顯示器等人機交互終端設備。終端設備采用通用硬件結構，主要由顯示器、圖元庫硬件等模塊構成，通過采用標準符號庫，實現顯示控制與應用軟件分離。應用軟件根據處理結果將需顯示的內容發送到終端設備，終端設備根據圖元庫完成界面顯示。系統功能調整或增加時，可通過調整或添加基本圖元，實現系統新功能的顯示，不需要修改應用軟件，便于升級擴展和更換。

傳感器和執行機構采用通用的采集控制模塊實現綜合控制和管理，通過標準化的I/O接口對傳感器單元或執行機構的信息進行采集和前端處理，按照標準協議將信息發送至火控系統總線。傳感器單元或執行機構均按照LRU標準設計。

3.2 系統分層結構設想

系統軟硬件擬采用分層設計，分為應用層、操作系統層、硬件層，采用虛擬化技術和分區隔離機制。通過硬件虛擬化層向上提供統一的硬件抽象層，將實際的硬件計算資源抽象為虛擬機計算資源，實現硬件資源的管理和軟件子系統的劃分，完成分區調度、分區通信、存儲管理、虛擬機接口等功能。應用層軟件之間、應用軟件與操作系統之間、應用軟件與硬件平臺之間實現隔離，通過中間件和I/O接口進行互聯，不同應用采用時間分區、空間分區，可實現應用軟件或硬件平臺的獨立升級或更換，不會對其他部分產生影響。

系統分層結構如圖2所示。應用軟件層包括火控系統中所有應用軟件的功能模塊，每個功能模塊相互獨立，模塊通過火控系統應用軟件接口進行數據交換；應用軟件接口定義了應用軟件層與操作系統核心層之間的接口，該接口的定義使得操作系統的更新不會影響應用軟件層；操作系統核心層提供實時操作系統的一般服務，主要包括：調度、通信、同步與異步操作、存儲器管理、異常/終端處理等服務，本層獨立于硬件，在移植時不需要改動；硬件模塊支持層由滿足操作系統模塊接口規范的專用硬件模塊支持軟件組成；硬件平臺支持操作系統對每個分區的內存空間、處理時間、I/O訪問進行限制，隔離共享資源中的多個分區。

4 結束語

本文提出了自行火炮通用化火控技術的方案設想。以信息綜合為基本設計理念，實現總線數據全交換、信息綜合處理、傳感器數據融合的新型電子信息系統架構，有利于自行火炮火控系統的長遠發展，不僅使硬件通用化、模塊化程度大大提高，在軟件方面，操作系統和應用軟件采用層次化、構件化的設計模式，也使得硬件設備、操作系統和用戶軟件之間的關系從緊密耦合變成相對獨立，實現了系統軟件的跨平臺移植和系列化復用。

參考文獻

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作者簡歷

高文輝（1973—），男，陜西省西安市人，碩士，工程師，主要從事自行火炮火控系統方面的研究工作。