20世纪80年代后期,电子信息技术的发展标志着工业时代向信息时代的转变,现代高技术条件下的战场将是信息化、数字化的战场。在信息化的战场上,战争的结果越来越取决于对战场信息地获取、传输、控制和有效利用。
军事电子信息系统是一种综合性的人机交互系统,用数字技术来完成信息的收集、传输、控制、处理和利用,以发挥作战部队和武器系统的最大效能。
军事电子信息系统的发展经历了三个阶段:
①20世纪70年代至80年代,军事电子信息系统概念形成阶段。在此阶段为分立的系统,美国称之为C3I(指挥、控制、通信、情报)系统,前苏联称之为指挥自动化系统。
②海湾战争后到20世纪90年代中期,军事电子信息系统走向综合化。美国称之为C4I(指挥、控制、通信、计算机、情报)系统和IC4I(综合化指挥、控制、通信、计算机、情报)系统。
③1994年以后,军事电子信息系统走向一体化、信息化和数字化。其代表为美国的C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察)系统和数字化部队信息系统。
军事电子信息系统包括战略级军事电子信息系统、战术级军事电子信息系统和武器平台电子信息系统。
坦克装甲车辆电子信息系统是军事电子信息系统的重要组成部分,它是以坦克装甲车辆为主要载体和平台的军事电子信息系统。坦克装甲车辆电子信息系统包括装甲战术级电子信息系统和坦克装甲车辆综合电子系统。
下面我们主要来聊聊关于坦克装甲车辆综合电子系统五个方面的内容:
1.装甲车辆综合电子技术的发展概况;
2.装甲车辆综合电子系统的组成;
3.车辆综合电子系统的功能要求;
4.多路传输数据总线技术;
5.坦克装甲车辆综合电子子系统及其数字化技术;
一、装甲车辆综合电子技术的发展概况
综合电子技术是首先在美国航空界发展起来的一项新技术,相应学科称为航空电子学,以后应用到坦克装甲车辆上,成为车辆综合电子技术,与之相应的学科称为车辆电子学。1976年开始美军按美军标MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553B(飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线军用标准)研制“电源管理与分配系统”,以后装入M1A1坦克。
海湾战争中驰骋在伊拉克沙漠的M1A1主战坦克
20世纪80年代中期,美国陆军坦克自动车辆司令部制定了标准陆军车辆电子学结构(SAVA),同时还提出了“战场管理系统”的构想,这些为车辆综合电子系统的研制提供了基础。
首次正式应用车辆综合电子技术的是美国的M1A2坦克,称之为“车际信息系统”(IVIS)。该系统用MIL-STD-1553B多路传输数据总线将车辆的主计算机和通信装置与乘员显示控制装置、车长独立热成像瞄准镜、火控系统、发动机数字式电子控制装置、定位/导航等有关电子分系统连成一体。实现了各分系统信息交换及数据共享,并用来控制数据传递顺序,有次序有选择地向乘员提供系统的工作状况和参数。还可通过电台将车辆主要信息传送到上级指挥车辆。
高速机动中的M1A2SEP主战坦克
在1994年4月美军通过了M1A2坦克“系统改进计划”,重点是改进计算机的核心部分,以便能采用陆军的指挥控制的软件和操作系统标准。其最主要硬件改进包括:第二代热成像瞄准镜、增强型定位报告电台、全球定位系统、发电/冷却系统、高性能的显示器、战场战斗识别系统及多用途化检测器。
M1A2ESP主战坦克内部炮手位的观瞄装置
1987年英国皇家武器与发展中心(现在的国防研究局)开始从事“车辆电子学研究防务倡议(VERDI)计划”,在“武士”战车上设计安装一套超级模块化的车辆电子学设备,做成了一台技术表演用的侦察车,该车命名为“跟踪者”(TRACER)侦察车。VERDI结构有四个主要部分:视频总线、指挥控制总线、公用设备总线和通信总线,所有四个部件通过标准总线相连接。总线将传感器平台、武器平台、乘员显示装置及通信设备结合成一体。5名乘员各配有两个多功能显示终端,可由此获得信息并通过终端进行操纵,传感器等信息可通过电台实时地告之后方。后来,英国又将车辆综合电子技术应用到挑战者2主战坦克上。
一辆披甲上阵的挑战者2主战坦克
法国勒克莱尔坦克1983年开始进行设计,是从设计阶段就开始采用综合电子技术的第一种主战坦克。勒克莱尔坦克所有电子部件和设备均采用全数字化集成电子元件,并通过GAMT101多路传输数据总线相互连接,系统有两台主计算机,一台用于火控系统,并兼任总线控制器,另一台供伺服装置使用的计算机作为备份的总线控制器。全车共采用了30个带有8位、16位和32位微处理机的计算机单元。无论车体内还是炮塔内,数据总线都保证传感器、计算机、定位导航、动力传动装置之间的所有信息传递,这些信息不仅可传递给乘员,还可通过电台传递给其他坦克或指挥所。
准备参加阅兵的勒克莱尔主战坦克
随着美、法、英坦克的数字化发展趋势,以色列坦克采用了一种称为“战斗车辆综合系统”的综合电子系统,该系统的核心部分是双重显示装置,安装于车长位置,一个显示器读取地图、敌/友位置信息及后勤状态信息,另一个显示器上读取静态目标图像,透明图上可显示车载仪器及传感器输入数据,使车长可履行其通常操纵车辆与武器的职能。利用车载电台,车长还可以向下属车辆或上级司令部门传送图像。车长位置与车上其他系统及传感器的联通是通过一套标准化的1553B多路传输数据总线和专用的高速数据总线实现的。
二、装甲车辆综合电子系统的组成
随着电子技术与车辆技术的发展,在一些国家的第三代和第四代主战坦克,如美国M1A2坦克、法国的勒克莱尔坦克、英国挑战者2坦克中出现了车辆综合电子系统。该系统为开放体系结构,它以数据总线为核心,将车内原有的电子电气系统和新增的指挥、控制、计算机、情报监视、侦察等设备或子系统综合成一个大系统,形成一个分布式计算机网络,以单车为基点实现指挥自动化,并通过车际信息系统与上级电子信息系统相连,实现车内、车际信息共享。通过数字化的显示控制设备实现了良好的人机信息交换。图1为“勒克莱尔”坦克综合电子系统的示意图。
图1 “勒克莱尔”坦克综合电子系统示意图
在车辆综合电子系统中,计算机、显示系统加上人构成车辆的“大脑”,数据总线构成车辆的“神经”,其他各功能系统构成车辆的“器官”,由此使坦克装甲车辆成为一个功能完备、协调的智能化整体,从而实现坦克装甲车辆的综合化、数字化与智能化。
车辆综合电子系统按功能分为四个部分:
①数据控制和分配分系统。该系统也称数据总线,负责车内信息调度与传输。
②乘员控制和显示分系统。该系统为系统的人-机接口部分。
③计算机资源分系统。该分系统为车辆各功能分系统提供了智能资源、数据和信号处理及控制功能。
④电源管理和分配分系统。该分系统负责将电能分配给车辆上所有分系统,并对其进行开关控制。
三、车辆综合电子系统的功能要求
①采用先进的多路传输数据总线和数字传输技术,构成车内信息高速公路。如以美国M1A2主战坦克的MIL-STD-1553B和法国“勒克莱尔”坦克GAMT-101为代表的指令响应式多路传输数据总线系统,它能在车辆综合电子系统中起着神经中枢的作用,将全车连接成一个完整的信息网络。
②具有数字式数据输出能力,以便能够构成全车信息系统,这些主要车载功能系统和部件包括武器系统、推进系统、防护系统、通信设备、电气系统和定位导航系统等。
③可适时采集本车位置、车辆状态、敌方目标攻击信息和位置信息等,实时在车长显示器上显示并传输给上级指挥机构,接收上级网络传输的战场态势、导航等各种信息,从而可大大提高战场透明度。
④通过大范围的数据共享的多媒体手段,能够适时地实施指挥与协同,以单车为基点实现指挥自动化,大幅度地提高部(分)队的整体作战能力。
⑤采用具有数字传输能力的电台,这是实现网络信息传输能力的必不可少的条件。
⑥在条件具备时,系统中应增加自动故障诊断和检测子系统,使坦克装甲车辆的综合电子系统具有故障诊断和检测功能,电子部件采用模块结构以便于换件修理。
⑦有的国家(如法国和美国)在综合电子系统中增加了一个子系统——车载射击模拟训练子系统。这样将可使乘员随时在车上进行模拟训练,并可通过网络系统与友邻车辆进行联合模拟训练。
四、多路传输数据总线技术
装甲车辆综合电子系统中的总线有多路传输数据总线、电源管理分配总线、视频总线、车内通话总线等多种。不同国家的装甲车辆综合电子系统总线种类与数量不尽相同,但多路传输数据总线是必不可少的,它负责装甲车辆综合电子系统内部的信息管理,是综合电子系统的“脊梁”。其他几种总线在某些装甲车辆综合电子系统中也有应用,其中电源管理分配总线负责车辆电源系统管理,视频总线用于热成像或电视图像传输,车内通话总线负责车内话音通信。
多路传输数据总线是一种军用总线型集中管理的分布式计算机网络,按中国军标和美国军标全称为“飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线”,多路传输数据总线按传输介质分为电总线和光总线,目前各国坦克装甲车辆上多用电总线。多路传输数据总线的功能是实现车内各分系统之间信息的传输和调度。
美国军用标准MIL-STD-1553B是目前国际公认的多路传输数据总线标准,在世界上得到广泛应用。中国的军用标准GJB 289—87也以其为蓝本。为适应采用光纤作为总线传输介质的发展,在1553B的基础上又定出MIL-STD-1773和MIL-STD-1773A(高速光总线)。1773和1553通信协议相同,除传输介质和传输速率外,其余部分无明显差别。
M1A2坦克的1553B数据总线的传输介质为两根双绞屏蔽电缆,全长不超过100m。总线中有若干个远程终端(RT)与各子系统相连。按1553B规定RT最多可有32个。1553B总线的工作频率为1MHz,总线上数据传输顺序由总线控制器控制,总线控制器不断地发出控制指令,控制数据的存取。各远程终端按照总线控制器的指令变换发送或接收状态,进行数据传输。1553B数据总线系统中还有一个总线监控器对总线工作状况进行监控。
1553B标准详细规定了整个总线的技术要求,包括总线控制器(BC)、远程终端(RT)、总线监控器(MT)和总线的技术要求,同时确定了多路传输数据总线的工作原理和总线上的信息格式。1553B规定总线系统以指令/响应方式异步运行,半双工方式传输,总线上信息传输控制权归总线控制器(BC)。
信息的传输方式为时分制多路传输,在此方式中通信系统对来自不同信号源的不同信号在时间上错开来,形成一个组合的脉冲序列。
总线上的信息流由消息组成,消息以串行字的形式调制成曼彻斯特码进行传送(图2)。总线中的字有三种:指令字、状态字和数据字,每个字20位,其中前3位为字同步,有效信息16位,最后一位是奇偶校验位(图3)。其消息传输格式见图4。
图2 1553B数据编码格式
图3 1553B字格式
图4 1553B消息传输格式
多路传输数据总线系统的技术指标:
1.RT数目