自行火炮通用化火控技术研究

高文辉 刘长顺 章曙

（解放军63961部队，北京 100012）

摘要：目前的自行火炮火控系统在软硬件构成上存在着诸多差异，通用化、系列化、组合化程度处于较低水平，限制了火控系统的发展。通用化、模块化的构成能够简化设计和生产，方便使用、训练、维护和保障。简要介绍了自行火炮火控系统现状与发展趋势，探讨了通用化火控技术的思路与关键技术，提出了开放式系统构架、分层结构等通用化火控技术的方案设想。

关键词：通用化，开放式结构，分层结构

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

现有的自行火炮火控系统在软硬件构成上存在着诸多差异，一般一种火控系统只适用于一种武器平台，通用化、系列化、组合化程度处于较低的水平，限制了火控系统技术的发展和升级换代。而通用化、模块化的构成能够简化设计、生产，方便使用、训练、维护和保障，是火控技术发展的客观和必然要求。

以通用化为目标，以模块化和标准化为手段，通过良好的顶层设计和技术方案，可以有效解决现有火控系统的问题，并为后续火控技术独立于武器平台发展奠定开放式、可扩展的技术框架。本文提出了一种自行火炮通用化火控技术的方案设想，以信息综合为基本设计理念，实现总线数据全交换、信息综合处理、传感器数据融合的自行火炮新型火控系统的架构。

1 问题的提出

由于自行压制火炮配备数字化火控系统是从无到有，对其本质和特点的把握存在着一个由浅入深的认识过程，加之分立研制、技术水平和任务周期的影响，缺乏总体上的统一考虑和优化设计，使得现有的自行火炮火控系统在软硬件构成上存在着诸多差异，一般一种火控系统只适用于一种武器平台，通用化、系列化、组合化程度仍然处于较低水平。现有火控系统存在的问题主要表现在以下几个方面。

（1）系统组成、总体架构和设备布局均存在不同，有总线结构、分布控制的系统，也有星型结构、集中控制的系统，使用模式、工作方式也存在不同，类型较多；（2）技术水平不一，接口不规范，主要部件缺乏通用性，完成同种功能的设备内部构成和外部接口不相同，线缆连接复杂，增加了维护保障、备件供应等的复杂性；（3）模块化程度低，扩展性差，升级改造困难，不便于软件、硬件的更新，不便于新型设备和新型功能等发展的需要；（4）流程和界面不优化、风格不一致，操作使用较为繁琐复杂，加大了操作训练和人员使用的负担；（5）故障检测功能弱，基本不具备在线检测能力，维修性、测试性等功能不足。

这些问题都制约着自行火炮平台信息化水平的提高。

自行火炮具有基本相同的作战流程和使用模式，数字化火控系统的基本功能和系统组成也应基本相同。如果沿用过去的研制方式，不同型号的火控系统之间功能相似的要重新研制、相同的不能通用，低水平的重复劳动大量存在，制约了火控系统水平的提高，并且从生产、使用到维护、保障都要区别考虑、分别保障，增加了部队的负担，造成了资源的浪费。而通用化、模块化的构成则能够简化设计、生产，方便使用、训练、维护和保障，是火控技术发展的客观和必然要求。

国外的装备发展思路已经发生了转变，从以高投入建造大批新型武器装备，转向利用成熟技术的集成化、系统化对现有装备改进或组合为较新装备，并且树立起“一代平台，二代或三代武器”的观念，把系列化、通用化、组合化作为火控系统设计和发展的基本原则，通过火控系统的升级改造或组合化应用，在多型装备上实现了武器平台的跨代发展。在通用火控技术发展上，以俄罗斯“成就”系列自动化导引和火控系统为典型。该系统是由“信号”研究所研制开发的系列化产品，主要由“成就-P”、“成就-B”、“成就-C”组成，分别装备于多管火箭炮武器、牵引式身管火炮和迫击炮、自行火炮，使俄罗斯炮兵所有火力兵器的导引和火控都实现自动化。三者均采用模块化设计，工作原理和设计方法相同，区别仅仅在于火控系统是依据武器平台的类型采用了不同的组合形式。俄罗斯曾使用“成就-P”改进“冰雹”多管火箭炮，使其作战效能总体上比原来提高30%～50%。更重要的是，由于“成就-P”采用通用化、模块化结构，升级改进工作难度小、时间短，易于实施。并且，该系统也可用于其他型号，甚至可配备于俄罗斯以外的国家生产的装备，形成了火控系统独立于型号发展的新模式。

2 解决问题的思路

综合国内外火控技术的发展趋势，自行火炮通用化火控技术具有较强的必要性和技术可行性。以通用化为目标，以模块化和标准化为手段，通过良好的顶层设计和技术方案，可以有效解决现有火控系统的问题，并为后续火控技术独立于武器平台发展奠定开放式、可扩展的技术框架。在技术方案上加强开放式结构、模块化组成和软硬件分离技术的研究，重点为以下几个方面。

（1）构建开放式系统结构，增强软硬件独立升级和系统扩展能力。

采用开放式系统结构，利用模块化和分层结构，在操作系统之上设计中间层，使得硬件与软件分离、应用软件与操作系统相互独立，实现系统结构简化和功能综合，增强火控系统的可扩展性。系统重构、扩展、升级和维护时，可最大限度地移植软、硬件模块，实现软硬件独立升级。

（2）采用基于符号库的人机界面技术，通过通用硬件结构和标准符号库，实现显示控制与应用软件分离，系统功能调整或增加时，可通过调整或添加基本图元，实现系统新功能的显示而无需修改应用软件，便于升级扩展和设备更换。

（3）采用合理的信息交换架构，优化系统网络结构。

采用高低速结合的内、外总线架构，利用高速的内总线实现核心处理器间的高带宽信息传输，利用外总线实现部件间的指令和数据交换，通过优化系统网络结构，减少无效的信息流动、降低总线负载，简化系统连接关系。

（4）采用终端转发和现场可更换单元技术，简化电气结构、提高可维护性。

采用现场可更换单元技术，通过标准化的通用电气模块，改善故障定位能力，提高设备的现场可更换能力。对于外围部件大量的数字离散量、模拟信号等非总线信号，采用终端转发机制，实现硬线信号到外总线数据的标准化转换，简化线路拓扑结构，便于使用维护。

3 通用化火控系统技术方案设想

3.1 系统总体结构设想

火控系统总体拟采用总线式结构，划分为核心处理单元、传感器区、人机交互显示区、火炮管理区等基本功能区，每个功能区内的设备和模块的功能特性相近、任务关联密切，可资源共享，功能区之间通过总线交换信息，信息汇总到核心处理单元进行综合处理后进行分发。

通用火控系统的逻辑构成如图1所示。

核心处理单元（CIP）集中承担火控系统的控制管理、显示、信息融合处理和火控数据计算等功能，CIP是一个高密集度的计算机组合，采用模块化结构，由多块现场可更换模块（LRU）组成，将全炮电子系统的处理机集中于一个组件，各功能系统的处理机独立，各模块采用统一的标准接口，可独立进行更换和升级，便于武器系统功能扩展和性能升级，方便部队检测维修。

人机交互显示区根据作战使用需求，设置炮长任务终端、瞄准手显示器等人机交互终端设备。终端设备采用通用硬件结构，主要由显示器、图元库硬件等模块构成，通过采用标准符号库，实现显示控制与应用软件分离。应用软件根据处理结果将需显示的内容发送到终端设备，终端设备根据图元库完成界面显示。系统功能调整或增加时，可通过调整或添加基本图元，实现系统新功能的显示，不需要修改应用软件，便于升级扩展和更换。

传感器和执行机构采用通用的采集控制模块实现综合控制和管理，通过标准化的I/O接口对传感器单元或执行机构的信息进行采集和前端处理，按照标准协议将信息发送至火控系统总线。传感器单元或执行机构均按照LRU标准设计。

3.2 系统分层结构设想

系统软硬件拟采用分层设计，分为应用层、操作系统层、硬件层，采用虚拟化技术和分区隔离机制。通过硬件虚拟化层向上提供统一的硬件抽象层，将实际的硬件计算资源抽象为虚拟机计算资源，实现硬件资源的管理和软件子系统的划分，完成分区调度、分区通信、存储管理、虚拟机接口等功能。应用层软件之间、应用软件与操作系统之间、应用软件与硬件平台之间实现隔离，通过中间件和I/O接口进行互联，不同应用采用时间分区、空间分区，可实现应用软件或硬件平台的独立升级或更换，不会对其他部分产生影响。

系统分层结构如图2所示。应用软件层包括火控系统中所有应用软件的功能模块，每个功能模块相互独立，模块通过火控系统应用软件接口进行数据交换；应用软件接口定义了应用软件层与操作系统核心层之间的接口，该接口的定义使得操作系统的更新不会影响应用软件层；操作系统核心层提供实时操作系统的一般服务，主要包括：调度、通信、同步与异步操作、存储器管理、异常/终端处理等服务，本层独立于硬件，在移植时不需要改动；硬件模块支持层由满足操作系统模块接口规范的专用硬件模块支持软件组成；硬件平台支持操作系统对每个分区的内存空间、处理时间、I/O访问进行限制，隔离共享资源中的多个分区。

4 结束语

本文提出了自行火炮通用化火控技术的方案设想。以信息综合为基本设计理念，实现总线数据全交换、信息综合处理、传感器数据融合的新型电子信息系统架构，有利于自行火炮火控系统的长远发展，不仅使硬件通用化、模块化程度大大提高，在软件方面，操作系统和应用软件采用层次化、构件化的设计模式，也使得硬件设备、操作系统和用户软件之间的关系从紧密耦合变成相对独立，实现了系统软件的跨平台移植和系列化复用。

参考文献

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[3] 施晋生，刘明齐. 对军用航空产品“三化”问题的探讨[J]. 低温与超导. 2006（02

[4] 饶爱水，郭力兵. 基于分层体系结构的卫模仿真软件通用化设计[J]. 兵工自动化. 2011（08

作者简历

高文辉（1973—），男，陕西省西安市人，硕士，工程师，主要从事自行火炮火控系统方面的研究工作。