看《海军火力》后求教两种火控台的区别和指挥仪的作用。

pendulum

近期读《海军火力》一书，因为翻译有点晦涩，加上本人基础知识不好，对于火控的理解更加混乱，这里有几个问题集中求教。

1，德梅里克计算器的作用，是计算距离和方位变化率，那么距离钟（clock）的作用，是根据德梅里克计算器的数据，输出实时的敌我距离和方位？那么为什么不直接使用测距仪测得的平均距离？测距应该是一个连续的过程吧。

2，标绘的作用是什么？如果说雷德尔火控台是用线性方法作图，他画出来的是什么？是否是：随着时间流逝而推测出来的距离数据？再将测距仪求得的数据画在图上，看看跟火控台推算的数据之间误差情况。可是目的是什么呢？是根据推算数据删除测距仪生成的误差？还是用测距仪测的数据，来修正火控台推算数据？以谁为准？

那么坡伦火控台又是如何操作？所谓他以非线性方式画图，是指什么？比德雷尔的优势何在？

书中好像提到，标绘的作用并不大，更多的是方便战后整理资料时看双方的势态，是那样吗？

3，指挥仪的核心作用是什么？理论上，火控台输出敌舰距离和方位数据直接给火炮即可，加入指挥仪是为什么？指挥仪瞄准手操作高低和左右手轮，让镜头分划对准目标，这就构成了瞄准线，这时会输出什么数据？我的理解，一是让全舰主炮有一个总指挥，统一发令，再一个是根据俯仰以及左右手轮的操作，保持准星对准目标，在一个设定的摇摆角度上开火，以抵消船只的摇摆。（当然在美军引入陀螺仪后，可以直接修订火控台的数据，就无需指挥仪修正了。）然后就是指挥仪可以根据弹着点给出修正数据。

可是，在有的火控流程里面，火控台的数据要输出给指挥仪，再由指挥仪输出给各炮台，那么火控台的数据到了指挥仪那，修正什么，如何修正？

对比一下坦克的火控，其中扰动式火控的原则是，瞄准镜和火炮刚性连接，炮长操纵瞄准镜对准目标并跟踪一段时间，测出目标的距离和角速度，进而得出射击的偏差角和俯仰角，计算机生成一个新的瞄准点，瞄准镜准心偏转对准这个虚拟的瞄准点，炮长操纵手轮将准心重新对准目标，这个过程实际上是给操作火炮到指定的提前量和俯仰角，开炮。战列舰的指挥仪跟这个有什么区别？

千头万绪，不理解的地方很多。还望方家指正。

lse

@mathewwu

mathewwu

这几个问题请容我把顺序倒过来回答：

3. 楼主叙述的坦克火控，其原则和舰炮对海火控基本一样，都属于扰动式瞄准法，即是瞄准线和射击线并不同轴，其间的偏转角度就是解算出来的提前量和俯仰角。

指挥仪的核心作用，第一当然是由方位盘的方位瞄准镜测目标方位角；和俯仰瞄准镜测目标俯仰角。如果有合体的测距仪则测目标距离。将这三种坐标数据输出给火控台计算目标与我舰的位置变动趋势，进而预测敌舰未来坐标位置，并化作瞄准参数。

指挥仪的第二个作用。在较为进化的系统中，火控台解算完成后会将参数输出给指挥仪，要求指挥仪瞄准镜以解算出来的变动角度为准，检查目标是否位在准心（十字线中心）上。如果角度确实，表示变位率和变距率正确，而且随着时间推移，火控台持续输出的偏转角度也会导引瞄准镜一直将目标套在准心上。如果目标不在准心上，表示测量和解算过程有误差，这时指挥仪人员会转动瞄准镜重新对准目标，这会产生一个修正值反馈给火控台进行偏转角的插值修正，然后再输出参数给指挥仪检查。如此检查-反馈-再检查的回路可以保证火控的测算正确。当认可解算无误后，指挥仪这才开始进入开火准备作业。

指挥仪的第三个作用，如搂主所说，是作为全舰主炮的中央瞄准统一开火的总指挥，但是开火时机必须考虑船只的摇摆的因素，这也是一战后指挥仪的新功能，也就是测量火炮横轴水平(crosslevel or crossroll)以设法抵消或迁就船只摇摆对开火时机的影响。有关指挥仪上横轴水平测定镜的运用请参见： http://www.warships.com.cn/thread-175-1-1.html 这种指挥仪会将火控台的瞄准角度加入横轴水平的角度后再传输给炮塔，而旧式火控系统没有这种功能的指挥仪，对于横轴水平的测定就必须由各个炮塔分别完成，时间和质量的不统一结果将会影响齐射效果。至于美军二战时期新舰的火控系统，则把除高海况外的发射时机全交给陀螺垂稳仪(stable vertical or stable element)，由它来解决横轴水平的问题，所以，美军也称呼垂稳仪为指挥仪，但不具有第一第二和第四个作用。这部分参见： http://www.warships.com.cn/forum ... 0975&fromuid=29

指挥仪的第四个作用，也就是楼主所说的根据弹着点给出修正数据。这种校射观测镜，英日偏好大口径的双筒（眼）望远镜，而德法意俄都偏好专用的长基线的立体校射镜（其外观和结构就是一具没有测距机械的体视式测距仪），美国则两者同一舰上两者并存，没有配备专用立体校射镜的也可以使用原有的体视式测距仪，但切换到较低倍率较大视野。

（未完）

mathewwu

2. 标绘的作用是求取敌我之间对应时间轴的距离变动率（变距率）和方位变动率（变位率），参见： http://www.warships.com.cn/forum ... 4422&fromuid=29  附图就是美军从1900年代到至少1950年代战舰上配备的变距率作图板作出来的，图示从3:10到3:50秒这40秒内距离变动从19800码到19100码，求得变距率是每分钟趋近1050码，注意每一个距离打点都是由4次测距值平均出来的。变位率也可以通过同样作图方式求取。

作图法是一切火控计算的基础，可是过程较为缓慢，才会激励机械计算机的发明，以求快速发扬最大火力。但是由于当年的计算机除了纸卷绘图外没有其他储存数据的功能，所以美军仍然保留此一作图板，可以用火控过程的手写记录作事后复核和演练，或作为计算机失能时的后备。

至于德雷尔的自动作图机，有关距离的其中一条线段是使用德梅里克变距率盘推算的相对距离走势，即美军的生成距离(generated range)，另一条是测距仪实测的距离走势，同时还可以加入弹着观测值三者一齐比较，如果线段大致平行，即表示距离推算正确。方位作图机也是同样概念。由于作图法的直观表达方式已是当时多数火控人员所习惯的，而且海军部对看不见的计算过程并不放心，高级火控官只要在所熟悉的走势图上指点，便可以秀权威卖经验，所以有直观作图功能的德雷尔系统显然更能被海军部接受。

至于坡伦系统，其与德雷尔的差异主要在于前者将敌我运动分开处理，在程序上较方便在推移过程中各自改正输出入的误差，短时间的观测中断不致推倒先前的估算数据。但是同德雷尔系统一样，计算架构仍然是“线性“的，也就是公式假设目标是呈直线移动的，即使中途少许改变插值，那也是下一个直线线段的转折点。最早能预测目标“弧线运动”的机电计算机是前卫号的AFCT MK 10。

（未完）

mathewwu

1. 为何火炮射击距离不使用当前测距离的平均值？距离钟出现时正好赶上无畏号的面世，先不论她的主炮弹丸飞行10000米要耗时约17秒，首先各测距仪分别汇报测距离需要时间，绘图室加权平均距离需要时间，参数传输到炮位需要时间，装定和瞄准需要时间，各炮回报备便需要时间，等待适当舰体摇摆时机发射也需要时间，假设弹丸飞行加上这些必要的宽放时间是40秒，以楼上那个每分钟趋近1050码的例子，炮弹落水时已错过移动的目标700码了。楼主也说了要考虑方位提前量，距离变动也要考虑提前量，而距离钟正是预测（变距率 x 时间 + 当前测距离= 预算射程）的工具。同样以楼上链接图为例，假设要在4:30秒时开火，那么将参数输入距离钟，则（变距率-1050码/分 x 0.667分 + 当前测距离18300码= 预算射程17600码），在图上量取40秒后的5:10秒弹丸落水时的对应距离也是这个数字。只不过在德雷尔系统里，变距率是德梅里克盘测算的，当前距离是测距仪测得的， 预算射程是维克斯距离钟计算的。这个钟的动力是发条，上紧一次可以用几十分钟，参数可随时插入新值，最长大约可预测1分钟以后的射程，实际变距率单位是航速的节，1050码/分相当于每小时31节，不能计算方位变动率。

pendulum

感谢吴老的回复，解开不少困惑。不过我们这些爱好者，大多没有接触使用过仪器，所以还是有很多细节问题需要麻烦您。

1，就指挥仪来说，我不理解指挥仪瞄准镜的俯仰角有什么用，按说火炮俯仰角是按照距离和其他参数，根据射表来设定的，而指挥仪瞄准镜的十字分划直接对准目标，这样形成的一条瞄准线，除了得出左右方位偏差来，这个瞄准镜的俯仰角有什么作用？我一直以为这个角度是为了弥补军舰晃动，让俯仰瞄准手不断操作手轮将分划对准目标。

2，按照您说的，指挥仪是扰动式的。对于您说的一句话，我不太理解：“火控台解算完成后会将参数输出给指挥仪，要求指挥仪瞄准镜以解算出来的变动角度为准，检查目标是否位在准心（十字线中心）上。如果角度确实，表示变位率和变距率正确”
——我理解的是，指挥仪瞄准器已经对准目标后，火控台的参数输出给指挥仪后，会将指挥仪的十字分划向前调对准一个虚拟的前置瞄准点，然后瞄准手重新将十字分划“调整回去”对准目标，这一个“调整回去”的过程，是无法验证火控台参数是否准确的。只有继续让指挥仪按照参数自动跟踪一段时间，如果还是能瞄准目标，说明参数正确。这就是您说的后面半句“而且随着时间推移，火控台持续输出的偏转角度也会导引瞄准镜一直将目标套在准心上。如果目标不在准心上，表示测量和解算过程有误差，这时指挥仪人员会转动瞄准镜重新对准目标，这会产生一个修正值反馈给火控台进行偏转角的插值修正，然后再输出参数给指挥仪检查。”。

——但是这些理解对吗？

mathewwu

pendulum 发表于 2013-9-10 17:55
感谢吴老的回复，解开不少困惑。不过我们这些爱好者，大多没有接触使用过仪器，所以还是有很多细节问题需要 ...

1. 指挥仪有对空对海两种，不仅对空要测仰角，对海也要测俯角，这是因为虽然敌我舰水线都在0海拔的同一平面上（地表弧度也暂不细论），高处指挥仪和低处各炮塔之间却有标高差，在瞄准同一目标水线时会产生视差(parallax)，进而产生射击位置角度的差异，这个差异随目标距离远近不同，越近越大。既然视差所影响的射角差异会随距离变动，那么在统一由指挥仪初始测量和进行瞄准时就要考虑进去。如果海面没有波动，那么这个高低视差在各个距离上是固定对应的。如果是局部火控那样瞄准镜附在火炮上，那么就几乎没有视差。然而军舰晃动不仅仅只是影响标准距离仰角，这个晃动和视差因素两者相乘在瞄准时会更难处理，除非是像美军的垂稳仪那样高度精确的角度感应和几乎实时的修正输出能力，那么依靠肉眼持续瞄准目标水线还是一举解决军舰晃动和高低视差的最简单的手段。有关对水面火控的差问题请参见下图：

2. 关于指挥仪反馈瞄准角的问题，你说的要先装定火控台赋予的参数，并跟踪一段时间后，如果十字线始终能将目标压住不动，表示测算正确，反之则进行人工修正反馈，那的确是多数20年代后期开发的火控系统的反馈方式。我楼上对反馈方式的表达也许看来比较含糊笼统，那是因为除了以上的一般方式外，还涵盖了闭环式的RPC系统，也就是从启动初始测量作业开始，指挥仪和火控台就形成连续反馈回路，一旦火控台有输出，指挥仪不必装定就开始追瞄目标，如有差异才通过人工观测修正对计算进行插值，新值又导引指挥仪追瞄，双方参数不断拟合最终达成一致。二战使用这种系统的有美英德的新型大舰，但英国的RPC系统只限于指挥仪瞄准系统，而没有像美德两国推广到火炮操作上。

pendulum

指挥仪俯仰角的问题我还是没想清楚，容我想想。前几个问题收获多多，赞吴老。

mathewwu

pendulum 发表于 2013-9-12 12:35
指挥仪俯仰角的问题我还是没想清楚，容我想想。前几个问题收获多多，赞吴老。 ...

上面的图和下面文字是取自“1953火控士训练手册”（网址 http://www.hnsa.org/doc/firecontrol/index.htm ）有关“视差 parallax”的部份：

We have thus far assumed that the sight telescope, gun and target are all in the same horizontal plane and that the line of sight from gun to target is in that plane. Actually these conditions do not usually hold. First of all, the line of sight from director to target is not parallel to the gun L. O. S. This necessitates a correction for "vertical parallax" to allow for the vertical distance between gun and director aboard ship. In addition, while the gun is located some distance above the water line, fire is directed at the target's waterline (for surface targets) and thus the gun line of sight is depressed slightly below the horizontal. This "position angle" correction is very minor, however, and is normally neglected for fire against surface targets.

其实由指挥仪统一瞄准发射时，除了以上的“垂直视差”之外还有“水平视差”，下图就是修正水平视差之前的平行射束(FIG I)，和修正水平视差之后的收敛射束(FIG II, FIG III)。又视差也称位差或潜差。

noldorin

mathewwu 发表于 2013-9-9 20:03
2. 标绘的作用是求取敌我之间对应时间轴的距离变动率（变距率）和方位变动率（变位率），参见： http://www ...

按照坡伦系统的原理，似乎采样频率够高的话就可以得出敌舰的实时加速度。那么接下来就可以对弧线运动进行解算，比方说认为敌舰的加速度在接下来一段时间内是恒定的，那么只需解二阶线性微分方程即可算出目标在下一个节点的坐标。（而且这样似乎比插值法要来得靠谱）
         
所以比较好奇，制约着AFCT MK 10之前的计算机系统做出“弧线预测”的瓶颈是在什么地方，而AFCT MK10的弧线预测原理具体又是？

mathewwu

noldorin 发表于 2016-4-15 03:38
按照坡伦系统的原理，似乎采样频率够高的话就可以得出敌舰的实时加速度。那么接下来就可以对弧线运动进行 ...

光学测距仪对目标取样频率约6-10秒一次，因为平均误差>1%所以打点作图是折线，平滑化后是直线，所以30年代计算机设计就是预测直线运动。预测曲线运动理论当然早就知道，但早期既然没有准确的连续取样工具，就没有必要发展。

到MK 10 (MK X)之前，对海计算机没有导入加速度的概念，都是测算直线均速。MK 10预测曲线，但也不需考虑加速度。

以上这些火控计算因素和架构在我的帖子和回复里谈过多次了，恕我不一一解答。

noldorin

mathewwu 发表于 2016-4-15 13:29
光学测距仪对目标取样频率约6-10秒一次，因为平均误差>1%所以打点作图是折线，平滑化后是直线，所以30年 ...

了解，非常感谢~ 一定再仔细拜读。