瞄准镜原理详解中国坦克稳像火控瞄准镜：如何让坦克瞄得更准

　　火控系统是坦克武器系统的神经中枢，用于探测、跟踪目标、解算射击诸元，控制坦克武器实施射击，是决定坦克火力性能的主要组成部分之一。

　　现代坦克火控系统主要由各传感部件、计算机组件、执行机构三大部分组成。本文主要讨论的是传感部件中的观瞄设备。

　　想必各位熟悉国产坦克的读者对“上反稳像火控”和“下反稳像火控”这两个词并不陌生。我们都知道“上反”就是依靠上反射镜稳定实现瞄准镜视场稳定的火控方式，而下反则是靠下反射镜稳定实现的。我国99式坦克一直以来都是采用了“下反”火控，由于稳定的等腰反射棱镜安装在炮长镜下镜体，只能稳定昼间光学通道的视场，因此视场不稳定的热成像通道不得不采用瞄准分划同步偏移的方式来实现瞄准线稳定来保证瞄准过程中不发生扰动，这也就是所谓的“稳线”。“上反”火控的瞄准镜往往都是通过陀螺仪组和伺服机构稳定整个上反射镜，热成像/夜视仪、激光测距仪、白光望远镜组等等光电组件都安装在这块共用的上反射镜下方，共享稳定的视野，因此“上反”给坦克瞄准镜的升级带来了极大便利，想要换更好的热成像、更高放大倍率的望远镜组，甚至加装激光驾束制导仪，只需要在下镜体框架内更换或加装所需模块就OK了。尽管“上反”的上部镜头面积较大容易受损，但是瑕不掩瑜，它仍然是目前各种“先进火控”瞄准镜主要应用的类型，譬如豹2、M1A2、勒克莱尔、挑战者2等世界闻名的西方主战坦克。

　　99式坦克的“下反”炮长瞄准镜

　　96A坦克的上反稳像镜头

　　豹2系列的EMES-15炮长综合瞄准镜稳定镜头部组件，双轴陀螺仪组和伺服机构直接稳定上反射镜

　　豹2系列的EMES-15炮长综合瞄准镜，模块化设计便于升级，最新的豹2A6M2和豹2A7V都换装了ATTICA第三代前视红外热成像和人眼安全机关测距仪等组件

　　因此可以说，从长远来看，“下反”的发展潜力并不如“上反”，但是“下反”火控在一段时间内曾是我国坦克装备的最先进设备，在瞄准线稳定精度、放大倍率、视场等参数上都足以和世界先进水平相媲美，在“上反”成本居高不下且尚未成熟的90年代，物美价廉的“下反”何尝不是一个完美的选择。为何本文要说“上反”和“下反”之分是中国特色的火控发展道路？可以先回答这两个问题：是否所有稳像火控的观瞄设备都可分为“上反”和“下反”？除了我国是否还有其他国家的坦克火控存在“上反”和“下反”之分？

　　可能会有人说国产火控瞄准镜师从俄罗斯或者南斯拉夫的坦克瞄准镜——有关火控的话题上往往是苏式坦克躺枪次数最多。可能谁也没想到其实从苏联第一台稳像瞄准镜出现到现在的俄罗斯T-14上的观瞄设备，就从来没有过什么所谓的“下反”。

　　不仅如此，全世界范围内实用的瞄准镜系统中采用直接稳定下反射镜实现视场稳定的瞄准镜也仅我国一家，完全可以说是世界首创，因为有了特立独行的“下反”，才会强调“上反”加以区别，因此“上反”和“下反”之分也仅仅只适用于国内稳像火控产品。鉴于苏式坦克瞄准镜和国产“下反”瞄准镜在表面上似乎有些“共通之处”，而实际上却是完全不同的技术路线，下面就对这两种瞄准镜的稳像原理和镜炮同步方式做详细分析。

　　首先，苏式主战坦克的瞄准镜是如何实现稳像的呢？

　　为了在坦克上使用定角装填的机械化装弹机构，又不至于使炮手丢失目标，瞄准线独立稳定的炮长瞄准镜早在1945年就已经开始了研制。从1946年装备IS-7的第一台稳像瞄准镜“Tsh-46A”开始，苏俄的视场稳定瞄准镜产品一直都采用的是稳定的上反射镜。虽说不乏类似于T-10A/B重型坦克的TPS，T-64A和T-72Ural的TPD-2-49，以及T-72A的TPDK1这些只有高低方向稳定的瞄准镜，在水平方向上由火炮稳定器稳定炮塔，瞄准时瞄准线存在水平方向扰动，需手动进行二次瞄准，因此并不能算是指挥仪火控，属于扰动火控的范畴，但实际上由于在正常模式下火炮是随动于瞄准线稳定的，固又属于瞄准镜稳定火控的范畴。

　　IS-7

　　1975年克拉斯诺戈尔斯克光学机械厂设计局开始为T-64A改进型研制全新的“炮手火控系统”1A33，所采用的1G42激光测距-制导-瞄准三合一炮长镜便应用了视场双向稳定技术。当然早在50年代末，T-10M重型坦克就已经采用了T2S-29-14视场双向稳定瞄准镜，火炮随动稳定于瞄准线，但是作为坦克火控系统来说自动化程度还不够高，没有整合测距和自动装表功能。在1G42之后发展的1G46瞄准镜所采用的视场稳定原理和1G42基本相同——上反射镜负责高低方向稳定，下反射镜负责水平方向稳定，而那些只有高低方向稳定的瞄准镜的下反射镜都是固定不动的。

　　左：TPD-2-49/TPDK1的高低稳像原理；右：1G42/1G46的双向稳像原理

　　1G46瞄准镜：

　　1 –稳定上反射镜； 2 – 防护玻璃； 3 –分光棱镜； 4 –分光平面镜； 5 –转像棱镜； 6 – 激光测距仪准直仪； 7 –稳定下反射镜； 8 – 物镜； 9 – 滤光片； 10 –变焦系统； 11 – 倍率放大驱动； 12 –照明分光镜； 13 – 固定栅极板； 14 – 活动栅极板； 15 –手动输入距离机构

　　也就是说苏俄主战坦克反射镜的视场稳定其实是通过上反射镜和下反射镜分别在高低方向和水平方向同时稳定实现的。这一设计有效减小了暴露在装甲外部的镜头组件的面积，起到了减小装甲弱区的效果，和我国的“下反”有相同的考虑，但是实现的方式却和“下反”有着本质上的差异。

　　国内“下反火控”瞄准镜和苏式坦克瞄准镜都有一套连杆滑块机构，用来实现镜炮同步，但是国内的连杆滑块机构和毛子连杆滑块机构的应用方法完全不同。以国产85系列坦克的“下反稳像火控”瞄准镜为例，瞄准镜体通过连杆滑块机构与火炮同步俯仰，镜体内的120°等腰棱镜则与一个挠性陀螺仪固定在一起，独立地实现瞄准线和视场的双向稳定。火炮轴线与瞄准线之间的失调角信号由挠性陀螺仪直接提供。按照某论文的说法是陀螺仪直接稳定可以获得更高的稳定精度。

　　85-IIAP所用瞄准镜的白光通道稳定原理图

　　国产“下反”火控的镜炮同步原理简图

　　某型三代坦克炮长主瞄准镜的侧视图，可以清晰地看到连杆滑块机构的连接轴承和镜体旋转框架。和镜体连接在一起的各组件在坦克运动时都相对车体摆动，不存在所谓的“上反+下反混合式火控物镜”，纯属无中生有。

　　在诸如96A，96B，99A，MBT-2000，VT-4等国产新型主战坦克上都采用了“上反稳像火控”，在稳像工况，火炮和瞄准线之间采用的是电同步方式，上反射镜解算器和火炮耳轴解算器分别检测反射镜和火炮轴线相对参考座圈平面的角度，以此来控制瞄准线和火炮轴线的相对位置关系。但四连杆炮镜同步机构仍然保留，作为降级备份的“半自动”火控模式，在“半自动”工况下上反射镜通过一套连杆滑块机构与火炮机械连接，瞄准线随动于火炮稳定。炮手再也不用跟着瞄准镜一起做颈部运动了。

　　96A火控系统的炮镜同步连杆机构

　　MBT-2000主战坦克的炮镜同步连杆滑块机构

　　MBT-2000的火炮耳轴解算器，是实现炮镜电气同步的重要部件之一

　　苏俄坦克的四连杆机构是如何实现炮镜同步的呢？

　　以T-64A和T-72Ural的TPD-2-49或TPDK1为例：瞄准镜体是固定在炮塔上的，和炮塔不发生相对运动。平行四连杆机构的一端连接在火炮摇架上，另一端连接到瞄准镜内三自由度陀螺仪的基座上，基座上固定有一个旋转变压器定子。陀螺仪外框通过皮带传动直接稳定上反射镜，同时也通过传动和旋转变压器转子连接。在自动模式下：四连杆机构带动陀螺仪基座和旋转变压器定子一同旋转，陀螺仪外框带动旋转变压器转子转动，由此产生失调角度电压信号来控制火炮随动瞄准线。在半自动模式下，陀螺仪基座通过闭锁机构使陀螺仪组件相对基座固定，此时四连杆机构带动上反射镜俯仰运动，瞄准线随动火炮稳定。

　　T-72坦克的TPDK1激光测距瞄准镜

　　仅高低稳像的坦克瞄准镜结构简图

　　БЗ – 基本反射镜； ГЗ – 上反射镜； ЛРП – 皮带齿条传动； Ст – 止动销； ЭК – 校准电磁铁； Ш – 皮带轮； ВР – 陀螺仪内框； НР – 陀螺仪外框； ЭН – 高低引导电磁铁； КУ –接触单元； Г –陀螺仪转子； ОГ – 陀螺仪稳定器基座； ВТ – 旋转变压器； КДК –校准系统接触传感器

　　对于1G42/1G46这些视场双向稳定的瞄准线，简单来说就是把三自由度单转子陀螺仪替换成了一个双转子二自由度陀螺仪组。镜炮同步仍然采用的是旋转变压器检测失调角产生控制信号。

　　1G46激光测距-制导-瞄准三合一炮长瞄准镜

　　视场双向稳定的坦克瞄准镜结构简图

　　T-80UD内1G46瞄准镜安装示意图

　　综上所述，苏俄主战坦克的双稳炮长瞄准镜既非“上反”亦非“下反”，在镜炮同步原理上也和国内产品有着本质区别。苏俄双向稳像瞄准镜的设计存在着和国内“下反”一样的先天缺陷，就是难以在稳像通道内整合其他光学通道如微光夜视仪和热成像。因此在夜视设备中要么加装一套独立的上反射镜稳定装置，要么采用“稳线”，以实现夜视设备的瞄准线与白光瞄准镜的瞄准线同步。这样一来整套炮长观瞄设备就显得不太紧凑，可以说这是苏联时期一直秉承传统坦克设计意识形态所导致的模式僵化。苏联解体后，俄罗斯、乌克兰和其他一些仍在使用苏制坦克的国家都纷纷摒弃了苏联模式，陆续更换或加装了独立稳定上反射镜、多通道集成的观瞄设备。但是由于坦克基础设计的影响，例如T-90MS，T-72B3这些坦克加装的综合瞄准镜都不具备降级火控功能，因此要么保留了原来的白光瞄准镜如T-72B3的1A40-4火控系统，要么加装辅助瞄准镜，如T-90MS的PDT。

　　T-90A坦克安装的ESSA热成像的稳定镜头组件，ESSA和T-72B3/T-90MS所用的“松树-U”就差个白光通道和激光测距/制导装置，稳定镜头组件在结构上相差无几。并不像豹2的EMES-15那样采用上挂式稳定伺服机构，ESSA采用了一个下支撑轴承作为水平方向镜头转动的导路。

　　M84主战坦克上的DNCS-2炮长镜，采用了和国内“下反”相似的一个等腰下反射棱镜，但是这个瞄准镜实际上是靠双向稳定的上反射镜实现视场稳定的

　　在火控瞄准镜更新换代这条路上中国走得更远，如今各式新型装甲装备基本上都采用了“上反”稳像瞄准镜，热成像和陀螺仪组件基本实现模块化和系列化，为坦克装甲车辆提供了视野更广、视距更远、稳定性和可靠性更高的观瞄设备，并且基本上都保留了可靠的备份火控功能，无需加装额外的辅助瞄准镜，使火控设备占据空间更小。

　　未来坦克的火控系统和观瞄设备必将在信息化的基础上实现更高层次的模块化和通用化，为乘员或AI提供更清晰广阔的视野。随着云台稳定技术的发展，稳定精度足以满足装甲车辆火力控制的需求，各国均在大力发展基于平台稳定的光电观瞄系统，为无人化铺平道路。例如德国莱茵金属公司发展的SEOSS系列综合光电瞄准镜，就舍弃了上反射镜组件，直接采用平台稳定的方式将激光测距仪、热成像摄像头和白光摄像头集成在了一个双向稳定的云台上，既可用作车长镜，也可用作炮长镜，没有需要穿透到战斗室内的光学通道，可以安装在车辆上的任何位置，适用于各种地面平台，例如豹2主战坦克和“猞猁”步兵战车等等。俄罗斯在“库尔干人-25”步兵战车、T-15重型步兵战车和“回旋镖”轮式步兵战车的武器站上所用的观瞄系统，还有以色列为Namer重步战和Eitan 8X8步战车研制的新型无人炮塔的观瞄系统也都是平台稳定。

　　平台稳定的观瞄系统主要优势在于模块化和通用程度高，可以满足无人炮塔的使用需求，但是也有着高技术部件暴露在外容易受损的缺点。