某型火箭炮陣地計(jì)算與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫鳳文，顓孫世周，陸海波

（南京炮兵學(xué)院，江蘇 南京 211132）

某型火箭炮是我軍現(xiàn)裝備較多的火箭炮，是重要的作戰(zhàn)力量，擔(dān)負(fù)重要的作戰(zhàn)使命。長期以來，火箭炮陣地指揮員在指揮火箭炮射擊時(shí)，通常采用話傳口令，人工計(jì)算，話傳上報(bào)最低標(biāo)尺與單獨(dú)修正量，利用簡易測(cè)風(fēng)儀來測(cè)量地面風(fēng)，人工判讀數(shù)據(jù)和計(jì)算地面風(fēng)修正量，沒能在營、連、炮之間形成數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，耗費(fèi)時(shí)間長、作業(yè)精度低，不能滿足及時(shí)修正、精確修正的要求，嚴(yán)重影響火箭炮的反應(yīng)速度和射擊精度。針對(duì)上述問題，筆者研制了火箭炮陣地計(jì)算與傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)適宜野戰(zhàn)條件下使用，集“營（測(cè)風(fēng)）→連→炮”、“連（測(cè)風(fēng)）→炮”、“單炮（測(cè)風(fēng)）”三種火力單位使用模式于一體，具有口令記錄與發(fā)送、地面風(fēng)實(shí)時(shí)修正、計(jì)算最低表尺、自動(dòng)解算修正量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，解決了陣地指揮員計(jì)算及傳輸火箭炮裝定諸元時(shí)間較長、精度不高等問題，提高了未來信息化條件下火箭炮快速反應(yīng)精確打擊的能力。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)組成

火箭炮陣地計(jì)算與傳輸系統(tǒng)主要由計(jì)算器、地面氣象觀測(cè)儀和附件組成。系統(tǒng)組成及部分實(shí)物如圖1所示。計(jì)算器分營（連）計(jì)算器和單炮計(jì)算器兩種。地面氣象觀測(cè)儀直接商業(yè)選購，便于替換。附件主要為信息傳導(dǎo)線纜，用于計(jì)算器和地面氣象觀測(cè)儀的數(shù)據(jù)連接和傳輸。

1.2 工作模式

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)三種使用模式，分別是“營計(jì)算器（測(cè)風(fēng)）→連計(jì)算器→炮計(jì)算器”工作模式、“連計(jì)算器（測(cè)風(fēng)）→炮計(jì)算器”工作模式和“炮計(jì)算器（測(cè)風(fēng)）”單獨(dú)使用模式。如“營計(jì)算器（測(cè)風(fēng)）→連計(jì)算器→炮計(jì)算器”工作模式：按營（連）計(jì)算器鍵盤上的“開／關(guān)”鍵進(jìn)入選擇界面，選擇“營”級(jí)別，各計(jì)算器首先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置；其次系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)營計(jì)算器與地面氣象觀測(cè)儀有線連接狀態(tài)及與各連計(jì)算器無線通信狀態(tài)；最后營計(jì)算器自動(dòng)（或手動(dòng)）實(shí)時(shí)計(jì)算地面風(fēng)修正量，逐級(jí)下達(dá)修正后的射擊口令和修正口令。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件包括核心控制單元、電源模塊、電源監(jiān)測(cè)模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、無線電通信模塊和RS232通信模塊。

2.1 核心控制單元的設(shè)計(jì)

核心控制單元主要包括核心控制器和LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）。核心控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，承擔(dān)大量的計(jì)算工作，選用TI 公司的DSP28335芯片。LDO 為核心控制器提供電源，選用TI公司的TPS767D301芯片。

2.2 電源模塊的設(shè)計(jì)

鋰電池、DC－DC 轉(zhuǎn)換器與核心控制單元上的LDO 組成系統(tǒng)的電源模塊。DC－DC 將鋰電池電壓（3.7～4.2V）降為3.3V，為功能板上的器件供電。鋰電池選用SANYO 公司的18650型電池，DC－DC轉(zhuǎn)換器選用MAXIM 公司的MAX1651 芯片。電源模塊原理［1］如圖2所示。

2.3 電源監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

電源監(jiān)測(cè)模塊用于測(cè)量電源（鋰電池）電壓，監(jiān)測(cè)電源使用狀態(tài)，避免鋰電池過度放電等非正常狀況發(fā)生。電源監(jiān)測(cè)芯片選用DALLAS 公司的DS2438芯片。電源監(jiān)測(cè)模塊原理［2］如圖3所示。

2.4 液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)

液晶顯示模塊用于向用戶呈現(xiàn)人機(jī)交互界面，顯示信息。選用TFT 型的液晶顯示屏。

2.5 鍵盤模塊的設(shè)計(jì)

鍵盤模塊用于用戶操作輸入數(shù)據(jù)和下達(dá)指令。采用4×7矩陣鍵盤，共28 個(gè)按鍵，將矩陣鍵盤設(shè)計(jì)成薄膜開關(guān)，將28 個(gè)按鍵連成一體，不易損壞，而且可以避免灰塵從鍵盤表面進(jìn)入儀器內(nèi)部，起到防塵效果。

2.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)通過用戶輸入、系統(tǒng)解算以及與其他設(shè)備通信得到的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)芯片選用RAMTRON 公司的鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）FM24CL64。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊原理［3］如圖4所示。

2.7 時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘模塊為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息，精確到秒。時(shí)鐘芯片選用PHILIPS公司的PCF8563T 芯片。時(shí)鐘模塊原理［4］如圖5所示。

2.8 無線通信模塊的設(shè)計(jì)

無線通信模塊實(shí)現(xiàn)本機(jī)與上下級(jí)設(shè)備的通信。采用DIGI公司的XBEE 無線射頻模塊，固件版本為XBee－PRO DigiMesh 900（900 MHz）。無線通信模塊原理［5－6］如圖6所示。

2.9 RS232通信模塊的設(shè)計(jì)

RS232通信模塊通過與地面氣象觀測(cè)儀通信，獲得氣象信息。芯片選用 MAXIM 公司的MAX3232芯片。RS232 通信模塊原理［7］如圖7所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

筆者根據(jù)火箭炮陣地指揮特點(diǎn)和軍事訓(xùn)練與考核大綱進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)還多次去部隊(duì)調(diào)研征求部隊(duì)意見，使之滿足實(shí)際訓(xùn)練需要。軟件設(shè)計(jì)包括最低表尺模塊、單獨(dú)修正量模塊和地面風(fēng)修正模塊設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)環(huán)境使用TI公司的DSP設(shè)計(jì)工具CCS V4.1.1［8］。

3.1 最低表尺模塊設(shè)計(jì)

最低表尺模塊用于陣地計(jì)算最低表尺，作為陣地指揮員判斷彈丸能否越過遮蔽頂?shù)囊罁?jù)。首先計(jì)算最低表尺，最低表尺＝（炮遮距離＋安全系數(shù)）×所相應(yīng)的密位表尺＋遮蔽角；其次確定最低表尺個(gè)數(shù)；再次確定射距離與表尺的關(guān)系。

3.2 單獨(dú)修正量模塊設(shè)計(jì)

利用射表計(jì)算火炮單獨(dú)修正量是其他一切計(jì)算方法的基礎(chǔ)。單獨(dú)修正量模塊的設(shè)計(jì)是利用射表公式計(jì)算單獨(dú)修正量，可改變單獨(dú)修正量計(jì)算手工作業(yè)效率低下、精度不高的現(xiàn)狀。單獨(dú)修正量由高低修正量和方向修正量兩部分組成：高低修正量包括射角不一致修正量、高差修正量和縱深差修正量；方向修正量包括射向修正量（集火射向修正量或適寬射向修正量）和瞄準(zhǔn)線偏移修正量。

3.3 地面風(fēng)修正模塊設(shè)計(jì)

地面風(fēng)修正模塊用于計(jì)算地面風(fēng)修正量。首先計(jì)算基準(zhǔn)射向風(fēng)角，基準(zhǔn)射向風(fēng)角＝基準(zhǔn)射向坐標(biāo)方位角－風(fēng)坐標(biāo)方位角；其次計(jì)算目標(biāo)風(fēng)角，目標(biāo)風(fēng)角＝基準(zhǔn)射向風(fēng)角＋方向轉(zhuǎn)動(dòng)量；再次查取風(fēng)速1m／s時(shí)的地面風(fēng)方向（距離）修正量；最后乘以風(fēng)速即得風(fēng)速nm／s時(shí)的地面風(fēng)方向（距離）修正量。其中，地面風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)坐標(biāo)方位角的數(shù)據(jù)采集來自地面氣象觀測(cè)儀。

4 系統(tǒng)操作使用

以“營計(jì)算器（測(cè)風(fēng)）→連計(jì)算器→炮計(jì)算器”工作模式為例，說明操作使用步驟。

4.1 準(zhǔn)備

在指定位置架設(shè)地面氣象觀測(cè)儀，用附件連接地面氣象觀測(cè)儀和營計(jì)算器，安裝好營計(jì)算器、連計(jì)算器和炮計(jì)算器天線。

4.2 操作

1）開機(jī)。打開營計(jì)算器、連計(jì)算器和炮計(jì)算器右側(cè)下方電源開關(guān)，營計(jì)算器在開機(jī)界面選擇“營”，連計(jì)算器在開機(jī)界面選擇“連”。

2）設(shè)定。營、連、炮計(jì)算器分別輸入?yún)?shù)。

3）檢測(cè)。營計(jì)算器檢查與各連計(jì)算器的無線通信狀態(tài)及與地面氣象觀測(cè)儀的有線通信狀態(tài)；各連計(jì)算器檢查與本連各炮計(jì)算器的無線通信狀態(tài)；各炮計(jì)算器檢查與對(duì)應(yīng)連計(jì)算器的無線通信狀態(tài)。

4）計(jì)劃內(nèi)射擊口令的下達(dá)與接收。營計(jì)算器輸入計(jì)劃內(nèi)射擊口令并存儲(chǔ)，輸入口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給各連計(jì)算器；各連計(jì)算器自動(dòng)接收營計(jì)算器發(fā)送的計(jì)劃內(nèi)射擊口令，輸入口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給本連各炮計(jì)算器；炮計(jì)算器查詢計(jì)劃內(nèi)射擊口令，按時(shí)間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行發(fā)射。

5）計(jì)劃外射擊口令的下達(dá)與接收。營計(jì)算器輸入計(jì)劃外射擊口令并存儲(chǔ)，輸入口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給各連計(jì)算器；各連計(jì)算器自動(dòng)接收營計(jì)算器發(fā)送的計(jì)劃外射擊口令，輸入口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給本連各炮計(jì)算器；炮計(jì)算器查詢計(jì)劃外射擊口令，按時(shí)間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行發(fā)射。

6）最低表尺的上報(bào)與接收。各炮計(jì)算器輸入正前方、右前方和左前方3個(gè)方向上測(cè)得的炮遮距離、遮蔽角，算出3個(gè)方向的最低表尺，按發(fā)送鍵發(fā)送給對(duì)應(yīng)連計(jì)算器；各連計(jì)算器接收到所屬炮上報(bào)的最低表尺數(shù)據(jù)后，自動(dòng)按要求算出連最低表尺并存儲(chǔ)，按發(fā)送鍵上報(bào)營計(jì)算器；營計(jì)算器接收到所屬連上報(bào)的最低表尺數(shù)據(jù)后，自動(dòng)按要求算出營最低表尺并存儲(chǔ)。

7）射擊修正量的下達(dá)與接收。營計(jì)算器輸入計(jì)劃外射擊口令編號(hào)，選擇修正單位，輸入表尺修正量和方向修正量，按發(fā)送鍵發(fā)送給指定連計(jì)算器；指定連計(jì)算器自動(dòng)接收營計(jì)算器發(fā)送的計(jì)劃外射擊口令的表尺修正量和方向修正量，輸入口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給本連指定炮計(jì)算器；指定炮計(jì)算器自動(dòng)顯示計(jì)劃外射擊口令的表尺修正量和方向修正量。

8）地面風(fēng)修正量的下達(dá)與接收。營計(jì)算器輸入射擊口令編號(hào)，自動(dòng)接收地面氣象觀測(cè)儀（手工輸入）風(fēng)速和風(fēng)角，計(jì)算出地面風(fēng)表尺修正量和地面風(fēng)方向修正量，按發(fā)送鍵發(fā)送給各連計(jì)算器；各連計(jì)算器輸入射擊口令編號(hào)，按發(fā)送鍵發(fā)送給本連各炮計(jì)算器；各炮計(jì)算器自動(dòng)接收地面風(fēng)修正量。

9）單獨(dú)修正量的計(jì)算。炮計(jì)算器首先根據(jù)需要初始化設(shè)置射角不一致及瞄準(zhǔn)線偏移初始值，然后進(jìn)入單獨(dú)修正量參數(shù)輸入界面，輸入?yún)?shù)得出結(jié)果。

4.3 撤收

撤收連接地面氣象觀測(cè)儀和營計(jì)算器的附件；撤收地面氣象觀測(cè)儀；撤收營計(jì)算器、連計(jì)算器和炮計(jì)算器天線。

5 結(jié)束語

火箭炮陣地計(jì)算與傳輸系統(tǒng)使用無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)集成模塊，遵循規(guī)范性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和實(shí)用性原則，按照火箭炮作戰(zhàn)時(shí)的火力單位劃分設(shè)計(jì)了三種使用模式，從技術(shù)手段上解決了長期困擾某型火箭炮陣地指揮員快速進(jìn)行口令記錄與發(fā)送、最低表尺計(jì)算、單獨(dú)修正量計(jì)算的問題，尤其是地面風(fēng)即時(shí)修正等問題，增強(qiáng)了該型火箭炮的火力精度；并大大減小了其作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間，使得該型火箭炮能夠勝任于現(xiàn)代信息化條件下的火力壓制、協(xié)同作戰(zhàn)等任務(wù)。

火箭炮陣地計(jì)算與傳輸系統(tǒng)已在某部隊(duì)推廣應(yīng)用。部隊(duì)普遍反映該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、功能完善、性能可靠、操作簡單、成本低廉，在口令記錄與發(fā)送、地面風(fēng)實(shí)時(shí)修正、最低表尺計(jì)算、單獨(dú)修正量計(jì)算方面有重大創(chuàng)新，適應(yīng)了不同編成的火箭炮分隊(duì)的使用，完全能夠適應(yīng)營、連、炮多種組訓(xùn)和實(shí)彈射擊情況，具有顯著的軍事效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

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