战斗车辆网络化火控系统的需求分析与顶层设计

卢志刚

（北方自动控制技术研究所 太原 030006）

摘要：研究并进一步规范和完善了网络化火控系统的概念，分别从军事使用需求和技术发展需求的角度进行了网络化火控系统的需求分析，对系统的特征、体系架构、功能进行了顶层设计，为系统的研究和具体设计奠定了基础。

关键词：网络化火控系统，实时战斗协同网，逻辑指挥中心，协同火力打击

Requirement Analysis and Top Design of

Network Fire Control System in Combat Vehicle

Lu Zhi-gang

(North Automatic Control Technology Institute Taiyuan 030006，China)

Abstract： The paper studies and makes a further standardization and complete of concept about network fire control system，and performs requirement analysis of network fire control system respectively from military operation requirement and technical development requirement，and performs top design for system performance，architecture，function，and lays the foundation for study of the system and the detail design.

Keywords： network fire control system，real-time combat coordination network，logistic command center，coordination fire striking

引言

信息化战场的需求和信息化武器装备的发展为网络化火控系统的研究和发展提供了可能。战斗车辆网络化火控系统的概念可描述为：通过实时协同网将作战分队的战斗车辆进行实时互连、互通、互操作，实现作战分队实时协同侦察感知、协同主动防护、协同跟踪瞄准和协同火力打击的作战分队火力控制系统。

与其他武器装备一样，需求的牵引力和技术的推动力也是战斗车辆网络化火控系统发展的动力。所以，发展战斗车辆网络化火控系统要深入进行需求的分析和技术发展的分析，才能使系统的研究既满足信息化战场和用户的需求，也符合技术发展的方向。

1 需求分析

1.1 军事使用需求

1.1.1 各兵种地面战斗车辆的作战特点

未来信息化战场是的主要特征是以信息的获取、处理、传输和利用为核心战斗任务的复杂战场。要求地面战斗车辆必须融入并适应这种复杂信息条件下的战场环境，联合或协同工作才能保证作战的胜利。作战地面战斗车辆包括了各兵种的地面作战车辆，主要有陆军的坦克和各种装甲车辆、炮兵压制武器、防空武器，空降兵的装甲战斗车辆、榴弹炮，海军的陆战车辆等。他们的作战特点可归纳为地面直瞄打击、远程火力压制和防空三大类。

（1）地面直瞄打击的作战特点。

地面直瞄打击装备主要包括坦克、装甲突击车、步兵战车、空降战车、两栖突击车、两栖步兵战车等。地面直瞄打击装备对付的目标主要是战场当面的坦克、装甲车辆、工事等，主要靠光电设备对视距内目标进行搜索、瞄准跟踪，使用火炮或导弹进行打击。

地面直瞄武器的作战模式有：静对静、静对动、动对静、动对动等。

静对静射击模式主要用于对敌方工事或静止车辆等目标进行打击，时间要求不紧急，敌方对己方基本无威胁，可以补充打击。在经过事先侦察、标定和布置后，单车火控系统的搜索跟踪打击能力可满足要求。

静对动射击模式主要用于对敌方行进的坦克装甲车辆或其他车辆等运动目标进行伏击打击，时间要求不太紧急，但敌方对己方有一定威胁。在经过事先侦察、标定和布置后，单车火控系统的搜索跟踪打击能力基本满足要求。如果能借鉴炮兵防空兵有线（无线）组网搜索跟踪控制打击方式，可使作战效果进一步提高，降低敌反击的风险。

动对静射击模式主要是行进间进攻、冲击时对敌方工事或静止车辆等目标进行打击，事先侦察、标定和布置可达到较好的作战效果，单车火控系统的搜索跟踪打击能力可基本满足要求。但行进间队形变化、定位定向误差和战损将会对作战效果产生不良影响。

动对动射击模式主要用于与敌方坦克装甲车辆进行运动中野战对抗。传统作战要求是打击当面之敌，一般一对一或多对多对抗。战场态势瞬息万变、目标随机性大，需要实时搜索、跟踪，及时打击。在多对多对抗时，对目标的搜索、打击有可能遗漏，威胁判断不全面，火力分配不均等，很大程度上依靠战斗车辆车长、炮长的能力、经验和操作水平，作战效能不能保证。如果依靠其他车辆的实时协同搜索、跟踪、辅助决策和战场管理，就能高效发挥单车打击能力，获得战斗胜利。这种作战模式的作战时间要求紧急，单车火控的搜索跟踪打击能力难以满足实战要求。

（2）远程火力压制的作战特点。

远程火力压制的目的是压制、摧毁敌地面武器装备、军事设施与有生力量，还可以用来封锁敌交通枢纽、航道、区域，为己方开辟通道等。一般是在车辆静止情况下，火控系统与营、连射击指挥系统结合，完成定位定向标定等射击准备，控制火炮系统，对视距外静止的地面目标进行远程火力压制、覆盖，作战打击方式有分队的多门炮同时发射、单炮发射，近年来还发展了单炮多发同着技术，使火力打击强度极大提高。

（3）防空的作战特点。

现代防空除对付飞机，特别是各种隐身飞机的威胁外，还要抗击来自巡航导弹、地地弹道导弹、反辐射导弹的威胁，以及对付严峻的电磁环境和灵活多变的进攻战术等。防空作战主要包括两类：要地区域防空与遂行机动防空。要地、机场等区域防空主要将牵引炮、防空导弹等防空武器布置在要地区域附近可能遭受空袭入侵的位置，通过对目标的搜索、跟踪，引导火力打击入侵的飞机、导弹等飞行器。单套防空武器系统已不能满足现代防空的要求。现代要地防空武器系统的特点是具有多部雷达、多套光电探测装置，多台火炮、导弹分散配置。要求实现联合搜索、接力跟踪和协同打击。

遂行机动防空是指防空武器安装在自行底盘上，伴随装甲装备或压制炮兵装备进行机动条件下的防空作战，其特点是目标的随意性、打击的随意性，不易对全空域的威胁进行及时全面的搜索、跟踪、打击，对多波次的空袭难以对付。

1.1.2 各兵种地面战斗车辆的网络化作战需求

从上述各种地面战斗车辆的作战特点可以发现地面战斗车辆对于车际实时协同具有如下几个方面的需求。

（1）单车作战效能发挥的需求。

具有行进间直瞄射击功能的战斗车辆，由于战场态势瞬息万变，单车火力打击效能的发挥特别需要其他车辆实时的协同和配合。

（2）车长作战指挥的需求。

战斗车辆的车长负责对全车行驶、防御、搜索、打击的统筹协调、指挥管理和决策，车长指挥作战特别需要车际间实时侦察、搜索和辅助决策信息的支持。

（3）分队协同作战需求。

营或连作为作战分队需要具有独立完成作战任务的能力。这种情况下作战，要在分队设计了行军、展开、搜索、跟踪、打击等作战预案的基础上，随时根据部队到达情况、保障情况、战损情况和战场地形、环境情况进行分队重组，这必须依靠实时协同网络设备的支持才能实现。对于空降部队的战车分队，由于地域的陌生、空降战损高等情况，网络重组和实时协同对作战分队更加重要。

（4）多兵种联合作战的需求。

合成营、机步团等部队配备了坦克、战车、防空武器系统、车载炮等武器装备，有效的联合作战才能将部队构建为全维作战团队，才能形成立体攻防系统，保证部队的作战效能。

总之，网络化火控系统可使作战车辆的火力打击能力充分发挥，可使作战分队的作战效能大幅提升，可保证分队作战效率的最大化。

1.2 技术发展需求

网络化火控系统是在武器装备信息化时代，以网络化控制、全天候多频谱探测、实时信息处理、人工智能等先进技术成果为驱动，在发展传统战斗车辆火控功能的同时，推动火控指控一体化和指挥控制实时化，扩展传统战斗车辆火控系统的功能，提高作战效能。

网络化控制系统的广泛研究，为网络化火控系统的研究奠定了技术基础。网络控制系统是通信、控制、网络技术融合发展所形成的一个新的领域。实时数据传输技术、信息处理技术、网络时延控制技术、网络安全技术、可靠性技术等的发展和在武器装备中的不断应用，都促进了网络化火控系统的发展。网络化火控系统的体系架构和功能需求，有为各种专业技术在网络化火控系统中的应用提出了进一步的需求。技术需求和军事需求相互促进，共同推动了网络化火控系统的发展研究。

2 顶层设计

2.1 特征描述

世界各国在对新一代主战坦克火控系统探测、瞄准、稳定、射击等能力提升的前提下，大大增强了火控系统自身的信息化程度。参考世界先进技术，结合我国的研制基础和现状，我们将我国未来战斗车辆火控系统的首要技术特征确定为网络化，具体概括为如下五个方面。

（1）火力控制网络化。

通过实时战斗协同网构建跨平台的火力控制，实现实时战场态势感知和实时协同作战。

（2）态势感知全维化。

采用可见光CCD、热像、雷达、激光等多频谱、多元化传感器进行战场探测，通过信息融合、智能化处理实现战场态势感知和目标信息获取的全天候、多元化、全维化、精确化。

（3）火力打击精准化。

系统的搜索控制、跟踪控制、武器控制性能进一步提高，实现在平台高机动条件下的精确搜索、跟踪、打击。

（4）操控决策智能化。

通过远程操控、信息处理、信息融合、辅助决策等，实现系统操控、目标搜索、目标跟踪、目标识别、火力分配、火力打击、制导控制等智能化。

（5）系统功能综合化。

面向武器系统遂行多样化作战任务的要求，火控系统将按照任务需求进行功能分解，统筹考虑传感器、采集控制、信息传输和处理，将光、机、电、信息、控制等功能高度综合，部件的模块化和通用化程度更高。

2.2 系统体系架构

战斗车辆网络化火控系统是机步团/装甲营（连）战斗协同网的主要支持系统，可以实现与指控系统集成，将作战车辆有机融入上级一体化作战信息系统中。图1所示是作战分队作战网络关系图。

网络化火控系统的体系采用车内车际一体化体系结构，如图2所示。

一体化体系结构由两层相互衔接的结构组成，上层是实时战斗协同网，通过各平台车际实时交换网络设备实现作战分队的实时网络构建；下层是各平台的信息采集、处理、控制设备组成，完成单平台内火力控制功能，并具有通过车际交换实现互联、互通、互操作功能。实时一体化的体系结构要求系统车内、车际具有匹配的车际网络化控制性能，确保系统能够通过实时战斗协同网实现各平台的实时协同战场态势感知、目标搜索、目标跟踪和智能火力打击。

网络化火控系统从技术功能上分，包括信息采集获取、信息交换和传输、信息处理、车际交换组网控制、人机交互和观瞄设备及武器的驱动控制等部分。信息采集包括采集目标信息的观察、搜索、瞄准设备，也包括采集战场环境信息、车辆姿态信息的设备；信息交换和传输设备包括总线、网络的控制和交换设备；信息处理设备包括信息融合、火控解算、图像处理、辅助决策处理设备；车际交换组网控制设备主要是车际无线实时协同信息传输设备和战术互联网设备等；人机交互设备包括操控显示终端、操纵台等；观瞄设备及武器的驱动控制设备包括对各种观瞄设备和武器进行稳定控制、随动控制、驱动控制的设备。

2.3 功能设计

网络化火控系统的功能包括技术功能和作战功能，上述技术功能是为作战功能服务的。系统顶层设计首先要规划其作战功能，然后由有关技术功能支撑作战功能的实现。战斗车辆网络化火控系统的作战功能规划及流程如图3所示。其中单车具备的开放式体系结构、多模式作战功能和分队协同战斗的动态组网功能是其他各项功能的基础。分别描述如下。

（1）分队协同战斗的动态组网功能。

网络化火控系统要实现协同侦察感知、协同火力打击、车际超越调炮等功能，必须首先实现动态组网功能。当分队各战斗车辆分布在一定区域内的任意位置，并分别处于停止或运动过程中时，通过实时协同组网设备进行通信和时空协调，确定逻辑指挥中心，构建营及营以下（连、排）实时战斗协同网，满足逻辑指挥中心建立时间、组网时间、转换时间、组网地域范围、脱网/迟后入网机制、信息传输速率、信息传输格式、信息传输延时的指标要求。

（2）分队协同侦察感知功能。

通过多平台的可见光CCD、热像、雷达、激光等多频谱、多元化传感器进行战场探测，通过基于实时战斗协同网的相互随动、协调、配合、调度，实现同时对多目标的搜索和跟踪，通过信息融合、智能化处理实现作战地域内战场态势感知的全维化、实时化。分队协同侦察感知要满足逻辑指挥中心接收目标信息、分队态势形成时间、完成全局威胁判断、异平台探测器随动精度等指标要求。

（3）分队辅助决策、火力分配功能。

在实时协同战斗网中，逻辑指挥中心负责完成分队的辅助决策和火力分配，通过车内总线与车际网络的交换，实现分队作战控制，完成网络化火控系统如下功能，满足辅助决策时间、逻辑指挥中心下达火力分配指令的时间等指标要求。

（a）由连作战平台或指定作战平台为逻辑指挥中心，对作战小组内各作战平台进行目标分配，实现有效打击，避免重复打击或打击遗漏；当逻辑指挥中心故障或战损时，其功能可自动转换到实时战斗协同网中的其他作战平台。

（b）实现两个以上作战平台同时对一个敌方目标实施射击，提高命中率，增强火力打击效能。

（c）分别利用本作战平台和友邻作战平台的目标探测单元和火力单元实施对敌方目标的超视距打击。

（4）分队协同火力打击功能。

通过实时战斗协同网构建跨平台的目标搜索、瞄准和火力控制系统，实现多平台实时协同作战。通过车内总线化控制和车际战斗协同网控制，进一步提高系统的搜索控制、跟踪控制、武器控制性能，使网络化火控系统对远距离目标实现精准打击。分队协同火力打击功能要求满足实时协同数量、系统反应时间、系统毁伤目标概率、作战效能等指标要求。

（5）车际超越调炮射击功能。

经过单车请求和逻辑指挥中心授权，某战斗车辆（A车）可超越调用其他一个或多个战斗车辆的火力，通过A车的观瞄装置、定位定向装置及其他车辆的定位定向装置实现其他车辆的火力随动于A车的观瞄装置跟踪线，A车控制其他火力实现对目标的集火打击和超视距打击。

（6）单车多模式作战功能。

单车多模式作战功能是网络化火控系统最基础和核心的功能，营、连、排分队协同作战功能均在单车多模式作战功能基础上实现，其工作原理与现装备火控系统基本相同，但通过单车内开放式体系结构设计、智能化操控设计和多武器综合控制设计，系统的搜索设备、瞄准设备、武器控制设备等均分别成为车内、车际间智能节点。在车内可通过车内总线实现各种设备的闭环控制，完成单平台火控功能；在车际间可通过实时战斗协同网实现车际间网络化闭环控制。

（7）分队协同主动防护功能。

在实时战斗协同网条件下，可通过远近距离纵深侦察探测信息的实时共享，逻辑指挥中心自动对来袭导弹或其他弹药进行全局判断，确定最优主动防护措施，充分发挥各单车的主动防护能力，实现分队的集群主动防护、协同防护与单车点防护的结合，取得最优的全维防护效果。

（8）分队模拟训练功能。

在实时战斗协同网条件下，通过嵌入式软件技术和其他软硬件资源，可针对设定的作战任务和作战环境实现分队实时协同作战的模拟训练功能。

3 结束语

战斗车辆网络化火控系统是满足信息化战场需求的跨平台的新一代火控系统，将会以其特有的火力控制网络化、态势感知全维化、火力打击精准化、操控决策智能化、系统功能综合化技术特征成为未来新一代战斗车辆作战能力的倍增器。本文对其军事需求、技术需求进行了分析，对其特征、体系结构、功能等进行了顶层设计描述，目的是为网络化火控系统的深入研究奠定基础、明确方向。

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