狙擊步槍自動擊發(fā)技術分析*

王宇建，薛晉生

（總裝備部輕武器論證研究所，北京102202）

狙擊步槍自動擊發(fā)技術分析*

王宇建，薛晉生

（總裝備部輕武器論證研究所，北京102202）

以狙擊步槍訓練使用現(xiàn)狀為出發(fā)點，提出了傳統(tǒng)狙擊步槍使用與狙擊手訓練中存在的難題及產(chǎn)生的原因，分析了發(fā)展自動擊發(fā)狙擊步槍的必要性；提出了包括系統(tǒng)組成、工作流程、目標探測、光電探測與瞄準鏡融合等在內(nèi)的自動擊發(fā)狙擊步槍總體技術方案；提出發(fā)展自動擊發(fā)狙擊步槍所需的關鍵技術，并進行了可行性分析；對新一代狙擊步槍的發(fā)展方向及其帶來的深遠影響進行了探索。

自動擊發(fā)，人槍交互，新一代狙擊步槍

1 問題的提出

狙擊步槍是與人結合最為緊密的武器裝備之一。要提高狙擊步槍的命中概率，狙擊手需掌握擊發(fā)時瞄準點恰好和預期的瞄準點一致，這就是“有意瞄準無意擊發(fā)”的核心內(nèi)涵，也是一名合格狙擊手的基本功。為練就這一基本功，需消耗成千上萬的彈藥以及大量訓練時間。而狙擊步槍是手持式武器，沒有穩(wěn)固的支撐架設平臺，瞄準射擊是在動態(tài)中完成的。雖然現(xiàn)代步槍普遍配備光學瞄準鏡，但只能解決提高瞄準的精度和瞄準的直觀性，動中擊發(fā)所造成準確度降低的問題依然存在。另外，在實戰(zhàn)環(huán)境下，當狙擊手承擔的作戰(zhàn)負荷較大時，或自然環(huán)境惡劣時，體能會大幅度下降，此時步兵動作的穩(wěn)定性以及感官的靈敏度都會下降，同時加上心理的波動，狙擊手難以發(fā)揮出正常的水平，完成作戰(zhàn)任務的難度會大大增加。

鑒于此，利用不斷發(fā)展的光電探測技術、目標識別判斷技術、智能控制技術，避免人為因素和環(huán)境因素對射擊的不利影響，探索一種具有全新人槍交互方式的自動擊發(fā)狙擊步槍，為新一代狙擊步槍的發(fā)展提供借鑒。

2 總體技術方案設想

2.1 系統(tǒng)組成及工作流程

自動擊發(fā)狙擊步槍系統(tǒng)主要由狙擊步槍、目標探測識別分系統(tǒng)、環(huán)境感知分系統(tǒng)、人機交互分系統(tǒng)、計算機解算分系統(tǒng)、智能擊發(fā)控制分系統(tǒng)以及電源管理分系統(tǒng)組成。

自動擊發(fā)狙擊步槍的工作流程為：裝填彈藥，系統(tǒng)開機；探測識別目標，標記目標點，追蹤目標；狙擊手根據(jù)追蹤提示，調(diào)整狙擊步槍射向，當目標點與瞄準點重合時，自動擊發(fā)或提示狙擊手擊發(fā)。

因此，該系統(tǒng)可實現(xiàn)“動態(tài)瞄準”和“智能擊發(fā)”功能，能夠有效解決狙擊步槍在訓練和作戰(zhàn)使用中遇到的上述難題。

2.2 動態(tài)目標探測技術方案

自動擊發(fā)狙擊步槍在使用過程中是靠人眼通過光學系統(tǒng)搜索并初步鎖定目標，然后再由探測識別系統(tǒng)鎖定目標及自動識別判斷。利用目標圖像特征的成像鏈是：入射輻射通過光學部件收集并在系統(tǒng)的像面上形成目標圖像，探測器或探測器陣列將入射輻射轉換為圖像信號或電信號，經(jīng)過處理或格式化后作為特征信息，對目標的存在和位置進行辨別并作出判斷。

根據(jù)自動擊發(fā)狙擊步槍的成像鏈特點，自動擊發(fā)狙擊步槍采用基于CCD目標探測和紅外目標探測技術的動態(tài)目標瞄準技術方案，利用目標的探測圖像特征進行瞄準自動判斷。基于CCD探測器為核心的目標探測技術，是利用器件的光電響應特性進行目標探測。紅外目標探測技術是基于目標熱輻射（溫度差）為探測“信標”的探測技術，目前應用廣泛成本相對較低的紅外探測器是非致冷焦平面。

2.3 光電探測與光學瞄準鏡融合技術方案

CCD探測技術方案的系統(tǒng)組成為可變倍光學瞄準系統(tǒng)、CCD探測判斷系統(tǒng)、激光輔助照明系統(tǒng)、配槍連接鎖緊系統(tǒng)。激光輔助照射系統(tǒng)采用紅外激光，光斑大小的調(diào)整可設定為與放大率的檔位一致。配槍連接鎖緊系統(tǒng)還需包含外校槍機構和分劃的外裝表機構，目的是能夠采用外調(diào)校方式和分劃外裝定的方式保證探測器和瞄準點的一致性。系統(tǒng)光學系統(tǒng)方案圖如下：

圖1 CCD探測和光學瞄準鏡融合技術方案

采用紅外探測技術方案時，在紅外瞄準鏡上增加一套DSP（數(shù)字采集處理器）即可實現(xiàn)。

2.4 信息綜合處理技術方案

信息綜合處理技術依靠瞄準鏡中的微型計算機實現(xiàn)，將環(huán)境參數(shù)、目標信息、武器狀態(tài)信息、彈藥射表數(shù)據(jù)等信息進行綜合處理，將處理結果一方面通過顯示屏反饋給狙擊手判讀，一方面標記、追蹤目標以及輔助狙擊手擊發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

2.5 智能擊發(fā)技術方案

采用電磁鐵或電子液壓控制裝置，根據(jù)計算機給出的控制信息，以瞄準點與目標點的接近程度來控制扳機力的大小，輔助狙擊手把握擊發(fā)時機，達到提高射擊精度的目的。當瞄準點與目標點距離較遠時，扳機力較大，不易擊發(fā)，提示擊發(fā)時機不成熟；隨著瞄準點逐漸靠近目標點，扳機力隨之變小，當二者重合時，扳機力最小，容易擊發(fā)，輔助狙擊手把握擊發(fā)時機。也可直接根據(jù)控制信息，自動解脫擊針擊發(fā)。

3 關鍵技術分析

3.1 CCD目標探測技術

CCD探測技術［1］是利用器件的光電響應特性進行目標探測，獲得目標與背景的對比度。瞄準目標是一動態(tài)過程，需要系統(tǒng)能夠在這一過程中具有較快的反應時間，同時要求有較高精確度。依靠計算機圖像處理的方法，難以保證較快的反應時間，只能依靠探測器硬件響應，因此，該關鍵技術的可行性主要集中在如下3個方面：

（1）如何保證探測器在復雜背景下提高探測率

通過光譜匹配選擇CCD探測器的敏感響應光譜激光來照射目標，從而提高目標自身的光亮度和探測能力，通過調(diào)整光斑的大小，使光斑只覆蓋目標以提高目標與背景的對比度，即增加一個可變光斑的激光照射器，即可保證探測器在復雜背景下提高探測率。

（2）如何解決不同距離情況下的目標幾何的特定性

該問題可通過采用連續(xù)變倍的光學系統(tǒng)來解決，即用倍率來匹配距離，從而保證目標在探測器上所成的像基本保持幾何尺寸不變。

（3）如何解決瞄準的準確性

目標的形狀通?？珊喕癁榫匦危瑒t目標被確定的瞄準點即為矩形的中心，則瞄準精確度的判斷問題變?yōu)槿绾螌⒚闇史謩潣擞浥c矩形中心的一致問題。可將CCD探測器光敏面分為4個區(qū)，通過檢測四個區(qū)的電壓是否一致作為目標是否被瞄準的判斷依據(jù)，即四象限探測原理。

3.2紅外目標探測技術［2］

采用非致冷焦平面作為探測器的紅外探測技術已經(jīng)廣泛應用于夜間瞄準，只要紅外系統(tǒng)能對目標成像就視能夠?qū)δ繕诉M行精確探測。因此，紅外探測技術應用于自動擊發(fā)狙擊步槍的關鍵就集中在如何解決目標動態(tài)瞄準的判斷問題。

采用紅外探測技術和DSP處理技術可以方便簡單地計算出目標的中心點，且與目標圖像的大小變化無關。至于如何解決目標瞄準點與瞄準標記是否一致的問題，在目標瞄準點被系統(tǒng)自動確定后就迎刃而解，因紅外瞄準系統(tǒng)的瞄準標記是采用圖像疊加的方式顯示的，該瞄準標記在紅外焦平面陣列上已經(jīng)被數(shù)字化定位，因此，可通過計算機判讀系統(tǒng)判讀這兩個標記點的一致性來精確判斷目標是否被瞄準。

3.3 CCD探測和光學瞄準鏡融合技術

關鍵是解決光學瞄準鏡的瞄準標志和CCD探測器的探測判斷系統(tǒng)如何一致。主要是保證二者的同軸性，可采用兩系統(tǒng)共用物鏡在光路中分光的方法實現(xiàn)。

3.4 關鍵技術驗證方案

計算機仿真技術把傳統(tǒng)輕武器研發(fā)中的“畫、加、打”模式的實物或半實物仿真徹底轉變成了基于虛擬樣機的計算機模擬仿真，虛擬樣機結構和參數(shù)的更改是在計算機上完成的，可大幅度節(jié)省研發(fā)費用，縮短研發(fā)時間。

基于自動擊發(fā)狙擊步槍的系統(tǒng)組成，利用Simulink、Adams及Labview等工程仿真軟件建立虛擬樣機，根據(jù)其工作流程，進行仿真分析，最終為實物樣機的設計和驗證提供可靠的依據(jù)。

圖2 自動擊發(fā)狙擊步槍虛擬樣機仿真流程圖

4 結束語

傳統(tǒng)狙擊步槍射擊精度的保證還是依靠傳統(tǒng)的武器和彈藥的精密加工、采用高性能光學瞄準鏡以及狙擊手訓練來保證。當這些傳統(tǒng)技術、方式和方法達到一定程度后，射擊精度便難以再有大幅度的提高，同時也會帶來武器設計制造以及訓練使用成本的大幅度提高。因此，在觀瞄、探測以及自動控制技術不斷發(fā)展的今天，利用先進技術，通過全新的人槍交互方式，把一個普通人直接變成百步穿楊的神槍手，不再花費大量時間、人力、物力來讓人去適應裝備，而是讓裝備適應人，適應復雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境。希望本文的研究內(nèi)容，能夠為新一代狙擊步槍的發(fā)展規(guī)劃提供一定的參考。

［1］王小鵬.軍用光電技術與系統(tǒng)概論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2011.

［2］王永仲.現(xiàn)代軍用光學技術［M］.北京：科學出版社，2003.

A Survey of Automatic Percussion Sniping Rifle Technic

WANG Yu-jian，XUE Jin-sheng
（Small Arms Research Institnte，General Equipment Departent PLA，Beijing 102202，China）

As the actualities of using the sniping rifle，the difficulties of usage mode for traditional sniping rifle are discussed，and the causation is found，then the necessities of developing automatic percussion sniping rifle are analysed.A primary project of automatic percussion sniping rifle is given，which includes system composition，flow of work，target detection，amalgamation of photodetection and sighting telescope etc.Key technologies of developing automatic percussion sniping rifle are concluded，and the feasibility analysis is given.Finaly，this paper discusses the future and far-reaching effect of bran-new sniping rifle.

automatic percussion，human-computer interaction，bran-new sniping rifle

TJ20

A

1002-0640（2015）02-0182-03

2014-01-12

2014-02-05

國防科研重點基金資助項目（ZLA13126）

王宇建（1981-），男，河北衡水人，碩士，工程師。研究方向：輕武器系統(tǒng)論證。