火力控制计算机

航空火力控制系统中用于数据计算和指令处理的计算机

航空火力控制系统中用于数据计算和指令处理的计算机统称为火力控制计算机。

相关知识

火力控制系统

火力控制系统定义——所有的火力控制问题都是围绕着从武器的发射——射弹击中所选择的目标这一事实产生的。其中，目标和武器都有可能是处于运动状态。因此，我们可以这样定义，火力控制实际上是研究：武器弹丸发射并如何使弹丸有效命中目标这样一个控制过程。具体研究的问题又可以这样描述，为瞄准目标而实施的搜索、识别、跟踪；为命中而进行的依据目标状态测量值、弹道方程（射表）、目标运动假定、实际弹道条件、武器运载体运动方程等诸多条件下计算射击诸元；以射击诸元控制武器随动系统驱动武器线趋近射击线，并依据射击决策自动或半自动执行射击程序，最终使弹丸命中目标。

火控控制系统组成部分：1、目标跟踪器2、火力控制计算机3、系统控制台4、射击控制仪5、接口设备6、必要的外围设备。

计算机的发展

人类自发明计算机己经历了四代:第一代的模拟计算机构、第二代的数字式电子计算机、第三代的大规模集成电路计算机、第四代的超大规模集成电路计算机。而计算机被应用到航空火力控制系统中的时间则要追溯到20世纪60年代，从第二代战机使用计算机进行简单的武器瞄准计算到第三代战机使用的综合任务计算机，再到计算机网络系统，其发展速度令人膛目，计算机技术的每一次重大进步，都促使整个航空火力控制系统技术的突飞猛进，促使航空作战的模式发生质的改变。

硬件系统

受硬件技术的制约，一些老式的飞机上可能有很多计算机，比如老式的B-52战略轰炸机，其机载计算机的数量超过200台，而随着超大规模集成电路的设计和制造工艺的进步，新近研发的载机上，其计算机的数量、质量和体积显著下降，而各项性能却大幅上升。

硬件系统的发展趋势

1)计算机的架构体系逐渐向高度综合化的中央处理机形式发展

美国的F-22和俄罗斯的T-50战机均采用中央处理机的架构，以下以T-50飞机的任务计算机为例说明。

T-50为俄罗斯研制的第五代空中优势战斗机，其火力控制计算机采用中央处理机架构，即由一套中央处理机(BVS-1)处理全机数据，从而使计算机硬件规格化、各种航电逻辑可公用许多运算逻辑，提高综合化程度，有效降低空间尺寸、质量、检修和维护成本等。

BVS-1综合了数个通用数据处理模块MPON-2(主CPU模块或主机模块)、信号处理模块(专用计算模块)、数据交换模块MK-15、电源转换模块、宽频ARINC-64总线或ARINC-818光纤总线接口模块(模间通信)、双向多模光纤通信模块(对外通信)以及个别传统的接口模块(离散量接口模块、RS-232, 100Mb/s局域网等)，采用一个机箱，整体结构简单，体积小巧，质量只有15kg，并且采用气冷方式，安装使用都非常方便。

2)计算机的信息处理能力呈几何倍数增长

根据美军的统计，自20世纪70年代中到90年代的20年内，对机载任务计算机的性能参数要求增长了两个数量级，处理器件和存储器件性能年增长速度也远远大于50%。例如，70年代研制的F-18战斗机是当时装备航空电子设备性能最完善的战斗机，然而其任务计算机的数据处理能力不过为1 MIPS，而在90年代为下一代F-2战斗机所研制的CIP(通用综合处理机)为32位精简指令(RISC )并行处理机，处理能力为400 MIPS，为早期的F-8战斗机的400倍，F-8战斗机的信号处理能力几乎为零，而CIP的信号处理能力为8000MOPS(百万次定点运算/秒)和2350MFLOPS(百万次浮点运算/秒)。

3)计算机通信效率大幅提高

随着宽频、大容量、高速数据交换技术的发展，使得航空火力控制系统的通信效率大幅提高，并极大地推动了C4ISR系统内各种信息的机内、机间和机站之间的交换速率。

硬件系统的关键技术

从上述发展趋势可以看出，当前形势下机载任务计算机的关键技术主要包括以下三项。

1)硬件综合技术

计算机硬件综合技术是指以最少量的硬件功能模块、配以适当的内部和外部接口形式，构建完整的计算机架构体系，用以完成最大量的计算和指令处理功能的技术。若计算机的综合化水平高，则可以有效降低机载任务计算机的数量，降低机内占有空间和质量，同时，合理调度各模块的功能更有利于提高计算机整体性能的发挥。

2)高性能芯片技术

使用更高性能的芯片可使计算机的各项性能大幅提高，包括数据和指令处理能力、存储容量、信息传输能力等，可以说，计算机从出现到状态，最大的技术进步就是芯片技术。后续计算机芯片研发可能采用的途径包括：

a)继续提高电路模板及元器件的集成度，如减小电路内部线宽，降低电路内部极间电容，提高电子迁移速度，从而提高器件运算速度;

b)采用新材料制造元器件，比如采用砷化稼材料制造的线路，可以使电子迁移的速度成数倍增长;

c)研究光处理机。光子在光纤中的传输速度是电子在传统电路中传输速度的上千倍，而且不受电磁干扰的影响、不易发生故障，该技术己成为美军的重点研究项目。

3)信息交换技术

信息交换技术是指计算机内部功能模块之间以及计算机与外部设备之间以数据形式相互传输各种信息的能力。高速数据总线被称为信息的高速公路，是及今后最广泛采用的信息传输方式，在后续的机载总线技术发展中，光纤技术将成为重点。采用光纤数据总线的优势在于:

a)光信号在光纤中传输速度是电子在金属线路中传输速度的上千倍;

b)光纤总线具有较高的带宽，同时可采用时分制(TDM) ，频分制(FDM)和波长分制(WDM)技术，能够大幅提高传输带宽和速率;

c)光纤总线功耗低、体积小、质量轻，应用后可减少载机质量;

d)光纤总线的数据传输距离远，可达到公里级。

e)光纤总线具有高强度的抗电磁和多频谱电磁辐射干扰性能，这一点具有特别重要的意义，如在飞机上都采用光纤数据总线和光传操纵系统，仅屏蔽材料就可能使现代的作战飞机减少数百至上千公斤的质量。

软件系统

飞机航电系统的软件称为作战飞行软件(OFP)。随着飞机多任务、多功能、高智能和自动化处理等要求的提出，使得航空火力控制系统己从电子和机械密集型过渡到了软件密集型，如前所述，航空火力控制系统的任

务计算机数量在减少、硬件大综合，但软件的规模却在不断膨胀，这对软件的质量、可靠性、研发速度等提出了史无前例的高要求。

软件系统发展趋势

1)软件规模及开发工作量增长快速

据美国军方的统计，作战飞机的软件需求量大概4一5年增长一倍，而软件的生产能力每年只增长3%-4%，远远达不到需求；OFP在战斗机成本中所占的比重和研制难度越来越大，美国空军的软件费用己超过总研制预算的10%，但在各关键技术中，软件却是头号困难和落后的问题，对系统研制进度的拖累最为严重。据统计，仅美军F-6飞机的一个导航和瞄准吊舱的软件就达到4 000 G条指令，需要花费120人/年才能编写完这些软件。

2)软件复杂度大幅提高

软件的复杂度一般与软件规模增长倍数的平方成正比，航空火力控制系统软件规模的大幅增长使得软件的复杂度急剧增加，对软件的可靠性、可维护性等带来极大挑战。据统计，在20世纪90年代初，由于软件故障导致

计算机系统失效的比例己达到50%左右，到21世纪初，这一比例己达到70%左右。软件故障所带来的后果往往是很严重的，例如1996年欧洲阿丽亚娜火箭由于控制计算机软件错误导致火箭升空后爆炸事故、1976年新西兰一架民航客机因飞控软件错误导致飞机撞山事故、20世纪出现的全球计算机千年虫问题、F-2飞机由美国本土飞至日本时出现时钟错误导致机载导航系统故障问题等，每一个事故都带来了巨大的损失，一些小的软件故障则更多，只不过未导致严重后果而未被人们关注。为了提高软件的各项性能，各种软件工程、软件测试的理论和方法在近些年逐渐被提出，并逐渐得到应用和完善，这在很大程度上提高了软件的可靠性和可维护性等指标。

软件系统的关键技术

以下分析的两大类功能中的关键技术，也可以看做是火控系统总体技术，但其最终实现方式是软件，因此，本文将其划分为软件关键技术。

1)超视距攻击、越肩发射、多目标攻击、近实时的远程精确目标轨迹跟踪指示等新型攻击方式。现代空战中，先发制人、将敌人消灭在己方安全区外的超视距攻击、多目标攻击等成为主要的空战方式;在对地、对海攻击

时，远程、防区外精确打击时敏目标成为主要攻击方式，在这些攻击方式中，火控系统软件完成目标参数解算、导弹装订参数解算、载机发射引导参数解算等，需研究的关键技术是火控解算原理，即常说的数学模型，包括超

视距攻击火控原理、多目标攻击火控原理、越肩发射火控攻击原理以及远程防区外空面导弹实时航路规划模型、高精度图像匹配处理等。

2)飞行员助手。在侦查、决策、打击和评估的察打一体过程中，最关键和困难的环节就是由飞行员执行的决策功能，此项功能是未来智能火控系统的核心功能之一。该项功能要求火控系统任务计算机主要完成以下工作:

综合收集战场态势信息、进行数据融合、自动目标识别和分类、威肋、排序、综合态势信息显示、战术决策、自动分配火力、自动瞄准、任务规划、毁伤效果评估等，为飞行员快速准确地作出决定提供支持，从而缩短对目标从侦查到摧毁的时间，并提高攻击准确性，大大减轻飞行员工作量和决策难度。

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