什么是大闭环火控系统？
大闭环控制原理是国外70年代发展起来的新原理。它已成功地应用于美国“密集阵”舰载高炮火控系统，并且在美国90年代主战坦克的HIMAG试验车上作了试验。所谓大闭环控制原理，就是利用弹丸跟踪测角和测距装置实时测出坦克炮前一发弹射击的脱靶偏差量，并自动输入火控计算机进行后一发弹的修正计算，然后坦克炮根据火控计算机修正的射击诸元进行后一发弹的射击。 由此可见，大闭环坦克火控系统实际上是对弹丸的脱靶偏差量进行实时测量和实时修正。要应用这种原理，坦克火控系统除必须配备目标自动跟踪装置以及弹丸跟踪测角和测距装置之外，还必须采用数字式火控计算机，因为它能存储所计算的射击诸元，
且能根据所测定的脱靶距离实...全部
大闭环控制原理是国外70年代发展起来的新原理。它已成功地应用于美国“密集阵”舰载高炮火控系统，并且在美国90年代主战坦克的HIMAG试验车上作了试验。所谓大闭环控制原理，就是利用弹丸跟踪测角和测距装置实时测出坦克炮前一发弹射击的脱靶偏差量，并自动输入火控计算机进行后一发弹的修正计算，然后坦克炮根据火控计算机修正的射击诸元进行后一发弹的射击。
由此可见，大闭环坦克火控系统实际上是对弹丸的脱靶偏差量进行实时测量和实时修正。要应用这种原理，坦克火控系统除必须配备目标自动跟踪装置以及弹丸跟踪测角和测距装置之外，还必须采用数字式火控计算机，因为它能存储所计算的射击诸元，
且能根据所测定的脱靶距离实时修正坦克炮射击诸元。
从目前国外的研究和试验情况来看， 目标自动跟踪装置可以采用闭路电视和热成像仪，弹丸跟踪测角和测距装置可以采用无线电定位传感器和其它光电传感器。我国最新主战坦克WZ123车已经装备了热成像仪，无线电定位技术也是成熟技术，所以具备了发展大闭环火控系统的技术条件，发展大闭环火控系统不仅是可能的，而且也是非常现实的。
坦克火控系统采用大闭环控制原理，可以提高次发射弹的命中率，特别是可以大幅度地提高对在越野地形上作高速机动运动的目标命中率，减少弹道参数自动修正传感器和人工装定的各种环境数据修正量，从而缩短坦克炮射击准备的时间。
但是，它要求坦克炮的射速要高，弹丸的飞行时间要短。
大闭环火控系统被认为是坦克火控系统的发展趋势。它是建立在对射弹偏差进行实时测量的基础之上的，被认为可以大幅度提高对高机动目标的射击精度。
而且实现实时测量射弹偏差的技术手段也已经比较成熟，有可能进入实用阶段。
射击误差可以分为系统误差和随机误差两个组成部分。系统误差对一次射击中每发射弹的影响是一致的，也就是影响弹丸散布中心与瞄准点的偏差；而随机误差则使每发射弹距离散布中心的偏差量各不相同。
由于随机误差对每发射弹的影响均不相同，对随机误差造成的射弹偏差的修正就没有实际意义，并不能使命中概率发生明显提高，这就是一般而言的随机误差不可修正。随机误差一般都服从状态分布，少数服从均匀分布的也可以通过一定的数学方法转化成近似的状态分布，从而便于进行命中概率的计算。
对大闭环火控系统的可行性进行一下简单分析。
首先，我们看射击条件。如果这两次射击的条件基本相同，比如气象条件、弹道条件、至目标的距离、目标相对运动角速度没有很大的变化，不进行修正时两次射击的系统误差也会基本相同，那么对首发射击偏差的实时修正会使次发射击命中概率大大提高；但是，如果这两次射击的条件相差较大，那么首发射击时实时测量的射弹偏差，与次发射击时的射弹偏差之间就会存在较大的误差。
此时根据首发射击时测量的射弹偏差进行次发修正，就不能真正修正此时的射弹偏差，对射击命中概率的提高难以产生明显的作用。要保证两次射击时的条件基本相同，一方面要保证坦克与目标之间的相对运动状态基本不变，另一方面要保证两发射击的时间间隔很短，以至可以忽略其他射击条件变化带来的影响。
美国进行大闭环火控系统试验的车辆采用的是75毫米自动炮，两发炮弹的射击间隔只有大约1－2秒。当前各国坦克使用的大口径坦克炮都不可能达到这样高的射速，也就难以保证射击条件基本相同。
其次，我们来看射弹散布。
如果射弹散布不大，可以近似地认为首发射击时的弹着点就是散布中心，此时的次发修正能够大大提高命中概率；如果射弹散布很大，首发射击的弹着点与散布中心的关系无法确定，就不能用这一发的弹着点代替散布中心的位置，那么按照首发射击的弹着点与瞄准点的偏差量进行射击修正，就不能使次发射击的命中概率有明显提高。
当前的火控系统对于近距离目标的命中概率都很高，再进行射击修正的意义不大，也没有必要采用大闭环工作原理。真正需要射击修正的是对远距离目标的射击，但是此时射弹散布往往很大，尤其是现装备的大口径坦克炮多数是滑膛炮，发射的是尾翼稳定弹丸，在远距离上射弹散布比线膛炮发射的旋转稳定弹丸大，密集度明显降低，按照首发射击的实测射弹偏差进行修正，效果并不象希望的那么明显。
而且类似的射击修正效果，使用现有的火控系统通过人工修正也可以达到，也就没必要使用复杂的大闭环火控系统。此时，寄希望于次发修正射击就命中目标，恐怕是难以实现的。
我国最新型的主战坦克88A、88B、88C和WZ123坦克装备的稳像式火控系统，其自动化程度还比较低，对目标的搜索和识别完全依靠坦克乘员用肉眼借助光电传感器来实现，对目标的跟踪也是依靠一炮手进行手动控制跟踪。
由于伪装和隐身技术的广泛运用，在未来高技术条件下的局部战争中，不仅坦克乘员搜索、发现、识别目标更加困难，而且在许多情况下，坦克乘员要在对目标作战的瞬间内处理大量的信息。这就需要一个将传感器、处理机和显示器等装置结合在一起的系统。
这种系统能从复杂的和混乱的散射干扰背景中更迅速、更可靠地提取目标，从而使乘员能更快地对目标开火。
另外，国产稳像式坦克火控系统，仅仅稳定了瞄准线和火炮，而车体和乘员没有被稳定，因此，一炮手或车长捕捉到目标识别后跟踪目标的精度较低，尤其是对作机动运动的目标不仅跟踪误差大，而且需花费较长的跟踪/精瞄时间。
如果识别辨认目标之后，火控系统能自动控制瞄准线跟踪目标，就能消除车体和人工跟踪不稳定导致的跟踪/精瞄误差，从而提高坦克在行进间跟踪运动目标的精度和缩短跟踪/精瞄目标的时间，进一步缩短射击反应时间，提高命中率和大大减轻车长/炮长的工作负担。
因此，国产坦克火控系统，迫切需要提高自动化程度，以实现目标搜索、识别和跟踪自动化。目标自动跟踪火控系统的典型结构，是在指挥仪式火控系统的基础上叠加了目标跟踪线的控制系统，实现了目标——跟踪线——瞄准线——火炮轴线的控制主线的开环控制，使火控系统的技术性能提高到新的水平。
在坦克火控系统中，可作为目标自动跟踪的技术方案有：采用电视和热成像传感器的视频跟踪、毫米波雷达跟踪以及激光雷达跟踪等，但其中以视频跟踪方案最为成熟。所谓视频跟踪，是利用可见光的图象传感器(即电视摄像机)或热成像传感器摄取目标的视频图像信号，进行图像跟踪。
在白天，可根据目标图象的可见特征跟踪；在夜间或能见度差时，则可利用热成像传感器，根据目标的热特性进行跟踪，实现了昼夜兼用。其跟踪过程是这样的：装在瞄准镜内的图象传感器或热成像传感器将摄取的目标可见特征或热特征的图象信号，或直接进行视频信号的处理，或送入计算机进行图像处理和分析，从场景图像中识别出目标，并经过Kalman滤波确定出跟踪线的位置后，计算出误差，自动控制瞄准线对准目标，实现自动跟踪。
同时，图像信号还要送入显示器，对目标的图像进行显示，供车长和炮长观察和作出必要的判断。
为实现目标自动跟踪器对跟踪线和瞄准线的控制，根据有关资料表明，有采用PI(比例加积分)控制方式，也有采用最优控制方式的。
不管哪种方式，在其控制过程中都有目标状态估计器的环节存在，其作用是在自动跟踪器中的计算机根据图像识别测量出目标状态参数(例如目标速度等)之后，再对这些变量进行最佳线性滤波即卡尔曼滤波计算，以便求出目标状态参数的最佳估计值，使火控计算机的重要输入数据得到有效的预处理。
目标自动跟踪器的核心是图像跟踪。在目标图像的跟踪技术中，波门跟踪与相关跟踪是最常见的跟踪技术。波门跟踪主要是模拟图像的跟踪，它能在场景图像中根据目标的某些特征，确定目标的位置，并且从所辨别的目标信息中产生跟踪信号，其具体的跟踪原理有边缘跟踪、形心跟踪等。
相关跟踪则是将场景图像数字化后，利用现场图像与前一时刻所选定的样板图像的相关函数来确定两个图像的最佳匹配位置，从而确定目标的位置。相关跟踪比波门跟踪能利用更多的图像信息，可用来跟踪相当小的目标和在复杂背景条件下实现跟踪，是目前较先进的一种跟踪技术。
而近期受到人们重视的多特征视频跟踪技术，又将相关跟踪与边缘跟踪或相关跟踪与形心跟踪融合在一个跟踪器中，可明显提高目标跟踪的可靠性。与指挥仪式火控系统相比，目标自动跟踪火控系统有以下优点：
a。
大大缩短了火控系统的反应时间
指挥仪式火控系统依靠人工进行跟踪和瞄准，跟踪过程与测定目标运动速度所需的跟踪时间较长；而目标自动跟踪火控系统依靠目标自动跟踪器自动进行跟踪与瞄准，跟踪过程与测量运动参数的时间短，因而缩短了系统反应时间。
据试验的数据表明，目标自动跟踪火控系统拦截目标的时间仅为人工跟踪的1/5～1/10。
b。提高了行进间射击的命中率
指挥仪式火控系统虽然稳定了瞄准线和火炮，但在行进间的人工跟踪过程中由于车体运动和人为因素，还会给目标速度的测量带来误差。
而目标自动跟踪火控系统或是在图像跟踪过程中自动快速测定目标运动速度，或是在已实现自动跟踪的情况下通过速度传感器进行测量，而且又采用了目标状态估计的Kalman滤波器，既可以减少目标运动参数的测量误差，跟踪精度又可比人工跟踪显著提高，因此明显地提高了行进间射击的命中率。
c。提高了坦克的持续作战能力
坦克上的人力资源是最重要的资源。由于实现了跟踪和瞄准的自动化，减轻了一炮手的工作负担，在自动跟踪目标时，一炮手无须执行行进间射击的复杂操纵程序，只须简单操作并监视目标自动跟踪的工作情况即可。
人力资源的节约，必将促进坦克持续作战能力的加强。
日本的90式主战坦克火控系统具有先进的自动跟踪能力。它是利用热成像仪的输出信号实现自动跟踪的。自动跟踪器能有效地跟踪地面目标，特别是能有效地跟踪像直升机那样的空中目标。
在坦克停止间或行进时它都可使用。当不用自动跟踪器进行跟踪时，炮长或车长使用他们的手动控制器跟踪目标。使用自动跟踪器时，在捕捉到目标之后炮长唯一要做的操作是：一旦目标进入瞄准镜的跟踪门，就按压一下锁定开关，如果目标暂时丢失(当目标运动到掩蔽物之后)，瞄准镜还会以同样的速度继续跟踪。
当目标重新出现时，一炮手就可迅速地再次锁定目标而进行自动跟踪。
目前，除日本的90式主战坦克具有自动跟踪目标的功能外，以色列的“梅卡瓦”3型主战坦克也装有自动跟踪器。它们代表了坦克火控的发展方向，有可能取代指挥仪式坦克火控系统。
现代坦克火控系统的电子元件和电气系统较多，从而导致车内布线错纵复杂，不仅占用大量的空间，而且其防护性能和可靠性也随之降低。若将坦克火控系统融于车辆综合电子系统，即以数据总线为脉络，将所有电子电气系统联成一个综合系统，并为今后将要使用的电子系统留有接口，将目标探测与跟踪、火炮控制、炮弹自动装填、部件工况监控、各种信息获取与传输、战场指挥与控制、定位导航等等，均纳入车辆综合电子系统，充分利用系统的冗余度设计提高各子系统乃至整个系统的可靠性，利用数字传输速度快的优点缩短反应时间和提高保密性，通过快速传递信息，就能充分调动各个作战单元的作战效能以达到提高整体作战效能的目的。
法国的勒克莱尔坦克是按照车辆电子系统一体化的思想来设计的。它的电子设备是围绕着一条数字数据总线配置的，大约有30台8位、16位或32位微处理机用来控制各部件的工作和对其进行测试。通过数据总线，各设备之间可以连续地交换数据，并且当部件发生故障或损坏时，可以对系统的结构重新安排。
勒克莱尔坦克的车辆电子系统能使坦克乘员将重要的信息传递给其它坦克和较高级的指挥机构，也可以从他们中接收信息。这些信息包括坦克的位置坐标、已被探测到的敌方部队的规模和位置、弹药数量和油料剩余量、坦克火控系统以及其它各系统的工作状态等等。
美国陆军已将“车际情报系统”(IVIS)配置到M1A2主战坦克上。IVIS的功能是由在标准车辆电子系统硬件模块上运行的软件来实现的。各部件间的联系通过双冗余军用标准1553B数据总线。
故障管理软件可以使一种设备代替另一种已出故障的相应的设备。例如，如果火控系统的炮塔电子系统发生故障时，车体电子系统可以承担总线控制器的工作，并可以为火控系统提供弹道计算。
另外，美国M109A6型155mm自行榴弹炮、M2A3型战车(由M2A2布雷德利战车改进)和XM8装甲战车火炮系统也已配备了车辆电子系统。
我军装甲兵数字化试验部队的数字化坦克，也装有车辆综合电子信息系统。通过数据总线将车内的主计算机、通信设备、火控系统、推进、防护等电子系统联成一体，实施信息的传递与分配。对外与连营组成信息网，对内采集车间信息，控制有关设备。
综上所述，将坦克火控系统纳入车辆综合电子系统是未来主战坦克火控系统的发展趋势，而车辆综合电子系统是数字化坦克不可缺少的核心部件。它不仅可以提高整个车辆系统的可靠性，而且还具有良好的可扩展性，可减轻坦克乘员的工作负担，便于与整个战场C3I系统连接等优点，是今后的发展方向。
。收起
