弹道解算（二）
本文介绍了一种用于提高火炮命中率的自动装表火控系统。该系统通过安装激光测距仪和弹道解算器，在无需人工调整瞄准镜的情况下实现对目标的精确射击。具体工作流程包括：利用激光测距仪测量目标距离后将信号输入弹道解算器进行计算，并通过步进电机调整瞄准镜位置以完成对目标的射击。该系统解决了传统火控系统的不足，并能在300-3000米的距离范围内实现高精度射击，缩短了反应时间并简化了训练要求。然而，其主要功能仅限于固定目标的射击问题，在应对运动目标方面仍有不足。
2. 坦克火控系统基本工作原理
2.1 自动装表火控系统
2.1.1 自动装表火控系统用途
最初在光学瞄准镜中采用的分划尺用于距离测量，在这种情况下通常会导致测量误差超过20%。随后安装了激光式距离测定仪之后虽然实现了更加精确的距离测定因而命中率显著上升但同时也延长了短暂停止射击的时间间隔因为在执行射击操作时需遵循以下四个步骤：
-
用瞄准镜中的激光瞄准分划瞄准目标，发射激光测距；
-
观察目镜中的距离显示；
经测距值校正后完成表尺校准；具体操作为：依据火控计算机计算得出的射击参数和初瞄标示信息进行瞄准调整。
- 用射击瞄准标记瞄准目标中心并射击。
可以看出完成一次射击必须经过两次精确瞄准；因此导致延长了反应时间。为了提高射击速度以便缩短反应时间而研发出了一种自动上弦装置。
自动装表火控系统的主要组成部分包括经改装后的火炮瞄准镜、激光测距装置以及弹道计算装置等设备，在军事应用中发挥着重要的作用
自动测量：当激光测距仪测定距离值为300米至3,000米时，在此范围内启动弹道计算程序。系统根据测定的距离值进行弹道计算，并将计算所得的数据被转换为移动控制信号（脉冲形式），随后通过瞄准镜上的自动装置传递给测量仪器完成安装。这种精确的操作流程旨在确保测量数据的高度准确性，并最终用于调节并校准瞄准镜上的目标标记位置。
自动抬射：当测距计算完成时，在同一操作过程中向火炮发送另一个指令以调节其仰角幅度。该仰角幅度应与测距表提供的读数相对应以确保精确射击。
2.1.2 基本工作原理
2.1.2.1 自动装表工作过程
由逻辑电路进行控制的自动装表系统采用图2.1所示的工作原理框图进行操作。在本系统中：
- 当转换手柄处于"手动"位置时，
- 解脱机构会处于结合状态，
- 转动瞄准镜旋钮以完成对准操作；
- 而当转换手柄置于"自动"位置时，
- 则会使解脱机构进入解体状态，
- 此时系统将通过步进电机实现对准过程。
其中所使用的步进电机是一种能够将脉冲电码转换为转角运动的执行机构。
在装表电路中，
- 在外加脉冲信号的作用下，
- 它会按照预定顺序依次 energize 各个绕组，
- 每输入一个脉冲信号，
- 电机就会转动一个固定的角度；
此外还配置了一组抬炮电路用于实现火炮仰角的自动调节功能。
当抬炮电路接通后： - 稳定器中的瞄准电磁铁电路会被适当 energize ，
- 这会导致陀螺仪外壳发生旋转，
- 直至其方位与当前所设置的目标对准；
这样一来整个自动装表系统的作业流程就完整地得以实现。
起始状态中存储于距离寄存器中的数值设定为零。振荡器运转并发出频率稳定的脉冲信号（频率值为每秒两干五百千赫兹）。当控制器执行控制指令时，则会封闭振荡器的所有输出通道。导致无法发送任何脉冲信号。相应的步进电机以及抬炮装置均停止运行。
当炮手发射激光时, 激光测距仪将该仪器将获取的距离数据存储于距离寄存器中, 并发送一个控制信号至驱动装置, 使其驱动步进电机逆向运转, 从而使标尺初始位置复位（图中未展示）。
当距离寄存器中存储有距离读数，并在表尺归零后完成读数时（即完成测量周期），距离寄存器会发送一个信号给控制器。这个信号将导致振荡器输出一系列脉冲，并输入至仪表电路板；同时接通抬炮电路。
（4）每当装表电路接收一个脉冲信号时,步进电机会运转一次；这种运转经丝杠带动分划板下移,从而导致刻度盘发生相应的变化（例如,步进电机每次运转会使瞄准角变化0.186’）。与此同时,完成刻度安装后,抬动炮位使得火炮精确指向对应标定位置。
同时进行装表和抬炮操作时,对应的距离数字需要逐步下降.从而首先要确定的是步进电机每转一圈所带来的位置变化量,也就是常说的'步距'(例如每次转动一周会使尺子上的读数变化7米).当步进电机转动一圈时,其对应的步距会被累加至累加器中.在电路设计阶段已经预先设置了相应的机制,每当累计值超过10米时,会触发一个使对应的距离数字减少10米的指令.
同时在持续地进行表的安装和炮的抬升操作的过程中, 寄存器内部所记录的距离数值持续下降. 当使用激光测距仪测量时所得的距离值为1000米时, 则会
距离寄存器内所存的距离数字 表尺装定距离
1000m 0m
800m 200m
600m 400m
. .
. .
. .
0m 1000m
当距离寄存器内的数值降至零时，在控制器处立即触发一个信号以终止脉冲向测距表电路输送电流，并同时断开仰炮电路的供电电源。此时测得的标尺刻度与所设置的角度完美地与1000米的距离相匹配。
2.1.2.2 距离和瞄准之间为非线性关系的解决办法
这一过程仅体现了自动装表系统的基本运行机制。然而，在实际运行过程中涉及的因素更为复杂。具体而言，在瞄准镜分划板上各路表尺在分布上均呈现出下密上疏的特点，并且其与目标距离之间的关系并非线性。进一步分析可知，在步进电机每转动一步（即瞄准角变化量达到0.186’）时，对应的表尺刻度间距会因目标距离的不同而发生相应的变化。基于提供的数据信息，在图2.2中绘制了这一关键参数关系的函数曲线图示：由于步进电机每次转动所带来的角度变化量保持恒定不变，在横坐标轴上可将其运动步数作为主要表示依据。
例如，在全载药榴弹的不同工作点上（200米处、1600米处和3 3 3公里处），其步长值分别为8.7米、7.1米和6米。可以看出，在累加器中进行累加运算时（即对这些离散点上的数值进行求和），若采用固定步长值（如7米）进行累加运算会产生较大的误差。在实际的设计方案中，则采用了将连续变化曲线近似为多段直线的方法（如图2.2所示）。具体而言，在每个给定的距离区间内（例如：28 28-299 米之间），用一条直线来替代曲线的变化趋势，并假设距离随步数线性变化的关系成立。这就需要一个用于将距离数字信号转换为对应的区间代码的电路模块（即起译码器的作用）。其工作原理是：首先将存储在距离寄存器中的测量距离值转换为相应的区间代码；其次根据所测弹药类型（即弹种）确定在该区间内每一步电机转动所对应的累积距离变化量——即所谓的步长值；最后将计算得到的各区间内的相应步长值送入累加器进行累加运算以完成数据处理过程。
在自动装表的过程中，在执行自动装表操作时
2.1.2.3 目标距离的修正问题
（1）临修
射手根据弹着点的情况可使用解算器面板上的临时修正装置进行表尺法修正。具体操作如下：当观察到远弹距离为100米时，请将解算器上的临时修正开关切换至"-"状态，并依次按下两次按钮（每次按动使表尺变化50米），从而实现表尺距离读数减少100米的效果；若遇到近弹距离为150米的情况，则需将临时修正开关切换至"+"状态，并连续按下三次按钮（每次按动使表尺变化50米），以达到表尺自动增加150米的目的。
对于“临修”的校正机制而言，在每次自动完成表尺安装后系统会记录当前的距离值并将其存储于距离寄存器中。现希望对其进行一次调整，请详细说明其工作流程：每按下一次按钮时系统会通过特定强度的脉冲信号向距离寄存器发送指令。由于在完成一次表尺安装后立即就会触发校正动作因此在第二次按下按钮之前已经完成了必要的前驱操作。具体来说当将临修开关切换至“-”位置时步进电机将按照逆时针方向运转从而减少表尺与当前测量点之间的距离；而当将该开关切换至“+”位置时则会启动顺时针方向的动作进而增加两者之间的间距。值得注意的是该装置的工作周期非常紧凑通常只需要约0.01秒即可完成一个完整的循环周期这使得连续多次操作成为可能从而保证了系统的稳定性和可靠性。
（2）比修
修正值用于修正某些系统误差。例如因火炮身管磨损导致弹初速度下降从而产生近弹现象这种现象具有一定的规律性即与观察距离成正比对于这类误差我们可采用与观察距离成正比的修正值。
该系统中存在四个"比修"位置：2.5%、5%、7.5%和10%，它们分别对应不同的表尺放大/缩小倍率设置值。通过调节开关（+/-）可以选择放大或缩小当前测量值并将其显示在表尺上：当调至加档时（+），选择波段切换为2.5%，若测距结果为1000米，则系统会将显示值自动设置为1025米（即放大2.5%）；反之，则会将显示值自动设置为950米（即缩小5%）。
为实现"-"修正原理的操作方法如下：当需要执行"-"修正时，请采取以下措施：首先，在完成表尺安装的过程中（即自动装表的过程中），通过向距离寄存器注入额外的递降脉冲来加速其数值减少的速度。具体来说，在这一过程中加入特定输入即可实现这一效果。例如，在调节波段开关至5%位置时（即选择相同的校正比例），若设定的距离值为1000米，则在完成自动安装的过程中（即自动装表的过程中），系统会向距离寄存器注入额外的五个递降脉冲（每个脉冲使该寄存器减少10米）。这样一来，在表尺的实际安装位置降至950米时（即距离数字降至零的位置），就完成了表尺的精确安装过程。而对于"+"修正方式的操作方法则与之相反：此时需要减速率地减少距离显示值。具体来说，则是在完成自动装表的过程中阻止这些递降脉冲进入距离寄存器；因此在这一过程中该寄存器不会立即降到零点而是延迟到达目标数值点。例如，在调节波段开关至5%位置时（即相同校正比例下），设定的距离值仍为1000米，则在完成自动安装的过程中系统将阻止五个本应输入给该寄存器用于减少数值的递降脉冲输入；这样一来当实际测量得到1050米时（即当显示数值降至零点时），就完成了这次精确测量任务
在分析距离与瞄准角之间的复杂非线性关联的基础上，并对这一关系进行了相应的优化处理后（如图2.4所示），构建了一个改进型的修正系统流程图。
该系统可在距射点（300至3000米）范围内自动完成表尺安装，并具备精确度达到每千分之二的特点。完成这两个动作所需时间为2秒以内。与传统模式相比，在提高武器系统的射击速度方面展现出显著优势：不仅降低了武器系统的反应时间，并且简化了对枪员的训练难度；同时能够有效提升第一发命中率。从技术特点来看，该系统具有结构紧凑、成本低廉以及易于改装等优点；因而受到一些发展中国家的关注与采用。然而，在功能定位上存在一定的局限性：其核心功能仅能根据激光测距仪提供的数据设置初始瞄准位置；而对其余影响命中精度的关键因素——如耳轴倾斜角度、横风等因素均未进行实时补偿处理；因此在提高命中效率方面所能发挥的作用较为有限；特别是在应对高速移动的目标对象这一方面存在明显不足；这使其无法完全满足现代火控系统的技术需求。