综合电子系统的发展历程及现状

1.美国

早在1975年，美国陆军车辆司令部在其“电源管理、控制和分配系统先进技术”研究项目中就体现了车辆电子学的思想。其研究的主要内容是坦克的车内车际数据信息传输系统（战场管理系统的基础）以及坦克内的电源电气设备管理系统（控制系统总线化基础）。20世纪80年代末，美国陆军提出了两个车辆电子设备计划：标准陆军车辆电子系统体系结构（SAVA）和为M1A2研制车辆电子设备的计划，从此开展了全车电子设备结构模型的论证。

1）标准陆军车辆电子系统体系结构

为了解决各武器平台和战术网络之间通信与信息交换方面存在的问题，1988年9月，美国陆军与装甲车辆技术联合公司签订了一个为期3年零4个月的研制合同，提出了为M1A2研制车辆电子设备计划以及标准陆军车辆电子系统体系结构。其目的是以综合需求为牵引，实现未来战场上陆军战车的全系统综合。综合后所产生的车辆电气/电子系统体系结构能够提供一种高度模块化的框架方案，使未来战车实现有效的综合并具有高度的灵活性。SAVA采用美国MIL-STD-344军用总线标准；各电子系统实现模块化和标准化；由4个分系统组成（数据传输/控制/分配分系统、乘员控制与显示分系统、计算机资源分系统、电源管理分系统）；应用了4种总线（高速数据总线用于坦克各电子系统之间的数据传输/控制/分配，多通道视频总线将视频信号分别传输到各乘员显示装置，公用总线用于电源/功率管理分配与遥控，双冗余高速环形总线用于传感器、控制面板、显示器、传动机构和执行机构之间的数据传输）。图6-4所示为SAVA框图。

图6-4　SAVA框图

SAVA目前与6种变型车（BLOCK3主战坦克、AFAS、CMV、FIFV、LOSAT和FARV）的研究计划配套进行。由于SAVA不但具有有效的综合处理能力，而且能够适应技术的更新而进行非常灵活的功能扩展，在发生故障或战斗损伤情况下，SAVA的可维修性、生存能力和自动重组能力很强。此外，SAVA的开发时间短，软/硬件的综合成本低，从根本上提供了一种将关键技术和新的功能方便引入系统结构中的方法。美国陆军坦克机动车辆司令部希望该体系结构能够成为美国未来所有陆军地面车辆标准。

在此基础上，美军从1996年开始研制地面战斗车辆电子开放体系结构（VOSA）。该体系结构中的车辆电子子系统包括乘员控制显示子系统、数据控制与分配子系统、计算机资源子系统、功率生成与管理子系统以及包括机动性、火力、通信、生存、人工智能等在内的车辆功能子系统。各子系统电源由功率生成与管理子系统控制，它们之间的控制/数据传输由数据总线来完成。该体系结构具有以下突出优点。

（1）乘员通过车载计算机能够实现对车辆进行监控（如车长通过自己显示终端可获取战场管理数据，观察车辆性能参数数据以及炮长、驾驶员执行任务等情况）与各种功能控制，提高了车辆自动化程度。

（2）有利于系统的改进和新技术的应用。在VOSA中包括了许多标准模块和市场化商业化部件，如VME64标准模块、POWER PC603-E处理器、有源矩阵式彩色液晶显示器。

该体系结构功能示意图如图6-5所示。

图6-5　美国车辆电子开放系统体系结构功能示意图

2）M1A2坦克电子综合化发展概况

M1A2坦克综合电子系统结构如图6-6所示。M1A2坦克上90%的电子设备实现了数字化，这些先进的电子设备包括车长独立热像仪、车长综合显示器、炮塔电子控制单元、电台接口单元、驾驶员综合显示器、目标识别系统、定位/导航系统、火控电子装置、发动机数字控制系统、电源管理系统、炮长控制显示面板、车体/炮塔位置传感器、车体电子控制单元、炮长主瞄准镜、车际信息系统等。这些电子设备通过两条独立的数据总线连接起来：一条是用于数据总线的军用标准1553B总线，另一条是用于电源控制管理的MIC总线。M1A2中车体电子控制单元和炮塔电子控制单元互为冗余。炮塔电子控制单元是车辆电子系统主控制器，它管理1553B数据总线，并包括对电源管理系统的备用处理能力，也负责进行火控任务的计算。车体电子控制单元具有管理电源控制总线的功能，并起着1553B数据总线备用总线控制器的作用，同时提供发动机诊断报告和定位，导航系统的计算与管理。所以，它在一定程度上起着监视器的作用。

图6-6　M1A2坦克综合电子系统结构

M1A2通过车长综合显示器、炮长控制显示面板以及驾驶员综合显示器实现了车内信息的综合显示和良好的人际交互功能。美国计划在未来的主战坦克上将乘员减少到2～3人，它将包括通用的双人乘员工作站（替代现有的分散的车长、炮长和驾驶员控制与显示装置）。同时，M1A2坦克也十分重视系统的故障诊断，许多子系统部件中都有机内测试能力。1553B数据总线控制器监视这些子部件的机内测试设备，并通过坦克乘员显示器报告任何有故障的系统，并及时采用快速更换可更换部件的维修方法及时维修以及及时报告故障点等，使坦克因故障而停用的时间减少了1/2。

M1A2主战坦克配置了保密的实时指挥控制系统（IVIS），减少了对语音通信的依赖，提高数据交换速率，从而显著减少了人为误差。通过对车内和车际大量实时作战情报的采集、分析和处理，及时提出有效的作战方案，极大提高了作战效能，确保先敌开火，减少自己部队的损伤。另外，M1A2坦克可以借此通过战场互联网，与同样装备有IVIS车际信息系统的侦察直升机、攻击直升机、M2/M3“布雷德利”战车等互通交战前和交战中的战斗情报。实战考验表明，采用了IVIS的M1A2坦克作战的进攻能力提高54%，防御能力提高一倍左右。

20世纪90年代中期，M1A2坦克电子装置已经不能适应新的作战要求。然而，根据美方计划，M1系列坦克可服役到2030年。所以，美军制订了一个改进计划，即M1A2SEP（系统增强组件型M1A2）坦克。该坦克是美国陆军主战坦克中最先进的型号，它是在M1A2基型坦克上改进而成的。其改进重点是电子系统的核心部分，以便与陆军指挥与控制软件和操作标准兼容，创建共同的操作环境，以适应21世纪部队在未来数字化战场上完成作战任务的需要。该型号坦克的改进主要体现在：安装的第二代前视红外夜视仪完善了坦克目标捕捉和识别功能，其改进型电源管理系统能够使坦克电子设备免受峰值电压的冲击；为使坦克间能够实现数字化信息传输，使作战计划、报告、图表和各自位置等信息实时地传输到每个作战单元，并能随时相互了解情况和作战态势，车内安装了车际信息系统，采用了“增强型定位报告系统”，增装了“21世纪部队旅及旅以下战斗指挥系统”（FBCB2）。该系统与战场识别系统配合使用时，还可以更准确地识别战场上目标，避免误伤友军；为了和FBCB2兼容，安装了彩色平板显示器，以支持带图标的彩色数字式地图；此外还安装了热管理系统，确保乘员舱温度为35℃以下，电子设备温度在52℃以下，以确保乘员健康和保护精密电子设备；此外，该坦克还配有自动检测故障的嵌入式诊断系统。根据伊拉克战争的经验教训，美国陆军还将对M1A2进行了进一步改进，包括为坦克稳压器安装电池组，使乘员在不启动发动机情况下就能够操作坦克电子装置。另外该坦克还将配用采用了新一代技术的电子组件、炮长和车长显示器。(www.xing528.com)

2.英国

英国对车辆电子学的研究集中体现于“车辆电子学研究防御倡议”（VERDI）计划。该计划的第一阶段：1989—1992年。其VERDI-1演示车的分系统通过4种类型总线相连，全车4名乘员各有一个功能相同的工作台，每个工作台有两个高清晰度多功能显示器、一列可编程功能控制键、一组基本功能键和一副通信耳机。该系统在1992年6月在英国的国防战场车辆电子学与通信展览交流会上进行过整车演示。在新的“挑战者”2型坦克上采用1553B数据总线，实现了坦克电子系统的综合化。

第二阶段（VERDI-2）的研究从1993年开始，它将VERDI-1的集中处理、集中控制方式改进成模块化的分布式处理集中控制方式，使系统功能、可维修性及可扩展性加强。

英国在“挑战者”2上第一次安装了1553B总线。该坦克在火控系统上有着重大改进，由非扰动式改为稳像式，炮长瞄准镜和车长瞄准镜都是带有热像仪、稳像式三合一的瞄准镜。火控计算机主要用于对武器系统进行实时控制。各传感器输入数据经处理后，由2台主处理机和2台协同处理机进行综合解算，然后通过1553B数据总线传送到炮控系统。该坦克还采用了新型惯性定位导航系统和带有自动控制系统的动力装置。

“挑战者”2E是挑战者2系列主战坦克的最新改进型，其一项重大改进是安装了维克司公司研制的综合式战场管理系统（BMS），其中包括美国TRW公司为美国21世纪部队作战旅研制的软件。该套系统可以从武器系统或全球定位系统获取信息，为车长提供本车位置、友军及敌方坦克位置信息，车长通过显示屏即可对战场态势了如指掌，很大程度地减轻了工作负担。

3.法国

法国陆军1983年提出在坦克设计上引入车辆电子学，由于在基础设计中就把综合化的思想和先进之处进行充分的考虑与利用，“勒克莱尔”具有很强的战斗优势。它被称为世界上第一辆全面采用车辆电子学概念设计而成的战斗车辆，它在机动、火力、生存能力、指挥和通信、可维修性等方面都采用了最有效的技术，并组成了一种强大的数字化系统，尤其面对现在和未来发挥作战优势的挑战做好了充分的准备，拥有“陆战王中王”之称。图6-7所示为“勒克莱尔”的综合电子系统结构示意图。

该坦克采用了自动化战场管理系统和数字式多路传输数据总线为中心的多处理器分布式控制系统。车内主要部件和设备均采用数字集成化电子元件，全车电子设备的费用占全车费用的50%。全车所有子系统通过1553B总线连接。全车有30多台8位、16位和32位微处理器分布在各个控制系统中，其余20余台与数据总线相连接。其中火控计算机作为总线控制器，负责存储、协调和控制与数据总线相连的所有系统之间的数据流，以实现对多目标的搜索、识别和定位。另外一台实时计算机用来控制所有伺服装置。各乘员可以通过交互式面板和音响设备交互信息，并配有混合语音合成系统。在显示技术上，配有多功能液晶显示屏。车长也可以借助在驾驶员显示器上标出的预计要经过的航点、距离和方向等信息向驾驶员发出指示。

图6-7　“勒克莱尔”的综合电子系统结构示意图

当前国外先进坦克及舰船、航空火控系统普遍采用了分布式结构的综合火控体系结构，将火控系统和全车各系统连接成一个完整的信息网络，为车内信息采集与战场管理创建了基本条件。如法国的“勒克莱尔”主战坦克火控系统按照车辆电子系统一体化思想设计，装有3台计算机，30多个中央处理器，并装有战场管理系统和战场敌我识别系统，被誉为“电脑坦克”；英国的“挑战者”坦克各种传感器输入的数据经由2台微处理机和2台协同处理机综合解算处理后，将射击诸元通过1553B双冗余数据总线传送到炮控系统。比利时建立了图6-8所示的基于CAN（控制器局域网络）总线技术的新一代火控系统数据总线系统。俄罗斯T-90坦克也采用了新型的数字化火控系统。

车辆综合电子系统另外一个优点在于缩短维修时间，许多故障通过计算机便可判断，省去拆解检查手续。“勒克莱尔”的主计算机、电力和机械组件均设有测试系统，车上50%故障可以在2 h内，80%可以在4 h内完成检修，更换动力组件仅需要50 min。

“勒克莱尔”的最显著特点是首先采用了地面武器工业集团研制的战斗管理系统，与团级信息系统相连，实现了法军装甲部队的数字化通信和指挥。该系统采用标准结构。车长工作台上采用了一个增大的显示器，并增加了一个地图存储器和一个类似鼠标功能的手柄。它还装有PR4G第四代跳频电台、自动信息处理系统、内部通信系统等，实现乘员与其他车辆的实时通信联络。该系统能够借助资料链与车内各系统的探测器连线，随时监控查询全车火控、动力、通信、防护、电力与导航状况；对外则利用加密无线电资料链与友军战场管理系统连线，传递或接收车辆位置、信息与命令，实现车际和团级信息系统间数字化通信与信息交换，可交换坦克方位坐标、敌军规模与位置、车内系统工作状况以及后勤数据等信息；由于战场管理系统应用了先进通信、导航、数据传输和显示技术，显著提高了主战坦克、后勤和作战效能，加快情报输入、交换和处理过程，快速传递战术和后勤报告、命令图像，减轻指挥、控制和排除被诊断出来的故障负担，还能够明显减小整个部队的战场电子信号特征，使指挥车能够看到坦克位置和战况。

“勒克莱尔”坦克不仅现有的性能优良，而且其所有的改进都体现在保持车辆基本性能的基础上（紧凑性、减轻重量和综合功能等）。由于坦克上增加了电子装置的数量，电子装置软件系统可以通过军事区域的无线电加载系统进行数据更改，将来还将安装一些无线电加载电子箱，提高坦克保障手段的共用性和陆军维修自主能力。该坦克炮塔内预留了用于安装指挥控制系统的接口。此种用于导航的指挥控制系统目前正在研制之中，是SITv1终端信息系统变型产品。该系统的安装将提高“勒克莱尔”坦克团级信息系统综合能力。该系统能够通过显示将其他坦克定位到地图上，还可以显示所探测和识别的敌我双方坦克位置，同时还能够传送战术命令，以及便于在战斗期间和战斗结束后掌握战斗情况。

“勒克莱尔”坦克目前还在进行更加深入的发展概念的研究，计划对某些局部进行改造：如火控系统相连的全天候跟踪装置，实现对目标的自动跟踪，增设观察瞄准用的电视设备及声控设备等。20多年前人们设想的主战坦克能够参加从弱到强的战斗，“勒克莱尔”坦克通过其多功能性和质量给予了证实，该坦克既是一种现有装备，也能够适合未来作战军事需求，关键取决于其最初的综合化设计思想，使其在不断变化的环境中具有很强的发展能力和适应能力。

4.中国

我国从1986年提出并开始进行综合电子系统的研究，通过不断努力，在信息综合一体化方面投入很多的人力和物力，并在工程研制、体系结构优化以及总线技术研究等方面取得了丰硕的成果，提高了车辆信息化技术水平，有力推动了陆军武器装备信息化进程。

5.其他国家

德国和瑞典等国也积极开展装甲车辆综合电子系统研究。德国“豹”Ⅱ坦克上的带有1553B总线的综合指挥与武器控制系统包括计算机、报文处理设备、定位导航系统、数字式地图、人机接口、车长显示器、驾驶员显示器和接口等。坦克中装有混合型导航装置（内含GPS终端）和挂接到数据总线上的模块化指挥控制系统等新型电子设备，极大提高了坦克连和坦克营情报处理能力。指挥员通过该系统可以分析和判断敌情、向所属战斗车辆分配目标、实施射击，驾驶员通过显示屏了解行军路线等导航信息。瑞典则在IFIS项目中增加瑞典的营级BMS。