干货警告！国内枪械科研人员详细讲解XM157火控系统！

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XM157的承研承制单位是Vortex Optics，国内通常翻译为“漩涡光学”公司，其成立于2004年，总部位于威斯康星州巴内维尔德，主营业务为各类瞄准镜、望远镜、测距仪等光学器材和一些户外服装和用品。

XM157目前主要由三部分组成，分别是1~8×30低倍可变倍瞄准镜（LPVO）、激光测距及激光指示模块和线控开关，后续可能会有新模块加入。XM157并无官方公布的质量数据，但很可能在1~1.5kg（2~3磅）范围内。XM157集成了传统的低倍可变倍瞄准镜、激光测距仪、弹道计算机、环境传感器、罗盘、激光指示器、叠加显示器等功能模块。XM157由2节CR123电池供电，由于其功率比较低，在正常使用强度下能续航几个星期。XM157的底部有触点，安装在设有新一代导轨系统的枪械上后可以由枪械供电。

1~8×30低倍可变倍瞄准镜是XM157的核心部件，这个部件的基础可能来源于Vortex Optics公司的剃刀系列瞄准镜（RAZOR HD），这个系列有1~10×24和1~6×24两种规格（可能很多读者对瞄准镜规格还不熟悉，这里科普一下，1~8×30表明瞄准镜的倍率可以在1~8倍之间变换，瞄准镜物镜的口径是30mm。以此类推5~25×56瞄准镜的倍率可以在5~25倍之间变换，瞄准镜物镜的口径是56mm）。这个判断的依据是剃刀系列也是低倍可变倍瞄准镜，并且从已有信息看，XM157的蚀刻线分划和这个系列的分划完全一致。另外，这个系列的瞄准镜在美军的特战部队有所使用，这种非官方的采用其实最能为产品的性能背书。低倍可变倍瞄准镜能兼顾远距离射击和近距离射击，适合于自动步枪、精准步枪，是目前精准步枪的主流配置。

与传统瞄准镜不同的是这个瞄准镜的分划除了传统的蚀刻线分划板外，还有一套电子分划板。电子分划板可以理解为一块透光的显示器，将显示内容叠加在光路中并可以被操作者清晰地看到，非常类似于战斗机上的平视显示器（HUD）。但是与HUD的区别在于，HUD是将显示的内容投影到飞行员前方的玻璃上然后反射到飞行员的眼睛里，XM157的电子显示系统是直接显示，少了反射的过程。

XM157采用的电子分划板技术是最核心的技术之一。这个分划板与其他显示器一样，也是由一个一个的像素点组成，而最关键在于这些像素点断电或者没有显示信号的情况下是透明的，一旦接收到信号，对应的像素点又能亮起。这保证了XM157在没电的情况下仍然能够像传统的瞄准镜一样使用，这也是它同时保留传统的蚀刻分划和透明的电子分划板的原因。实际上XM157有更简单的解决方案，就是全数字化的形式，像目前的红外瞄准镜一样。射手的眼睛不直接看光路，看到是摄像头摄取并经过处理后显示在屏幕上的图像。这样的方案在通电的情况下毫无疑问能实现所有的功能，技术也更加简单。但是一旦断电，射手将只能看见一块黑色的屏幕，而无法看见任何图像，因而就失去了功能。XM157充分保留了断电后降级使用的能力，这种处理方式是正常的逻辑，笔者认为，国内企业在进行主用光学瞄具论证时应当高度关注这个问题，不要在数字化中迷失。

XM157电子分划板和上文所述的BDX系统瞄准镜不一样，BDX瞄准镜只有十字线上有LED显示点，只能在十字线上显示。而XM157的电子分划板可以在任意位置显示，因此具备了在任意位置显示瞄准点的能力，这样就不用像BDX瞄准镜那样需要去找坐标交点。完成弹道解算后XM157会直接生成一个瞄准点，射手用这个瞄准点对准目标射击就能命中。这就完美地解决了射击诸元自动装定的问题，射手既不需要拧手轮，也不需要数格子，甚至不需要找坐标交点，XM157的电子分划板才是契合人类直观感受的设计，也是目前射击诸元装定最快的方式。这也就是XM157采用的主动瞄准点技术（Active Reticle，国内很多将其翻译为主动十字线，reticle的本意确实是十字线，但是XM157提示的瞄准点并不是十字线，因此将reticle引申翻译为瞄准点更好）。由于XM157采用了电子分划，因此分划线的形式、大小、颜色是可以调整的，有很多样式可以选择。并且XM157的电子分划可以和倍率关联，当处于1倍的时候，XM157的分划就变为红点瞄准镜或者全息瞄准镜的瞄准点类型，方便近战使用。这时测距、弹道解算等功能也会自动关闭，因为用1倍的倍率往往是100m以内的射击，弹头的飞行轨迹可以视作直线，完全没有解算弹道的必要，还不如关掉省电。如上文所述，XM157的电子分划板其实是一块透明的显示器，因此这也是XM157的主要输出界面，其菜单、功能设置都会在这个电子分划板上显示。

按照Vortex Optics公司的介绍，XM157是前置分划，毫无疑问，蚀刻分划板用前置分划方案是正确的设计。但如果电子分划板也采用前置分划，就有些不合理了。首先像素点在变倍的过程中也会变大，这一点问题不大，因为电子分划板的分辨率足够高（像素点小），因此这个问题并不突出。但是XM157的电子分划板要显示的信息远不止瞄准点位置，比如还要显示方位角、敌我识别信息、导航点、菜单等等。如果电子分划板也是前置分划，那么采用高倍率之后视场变小，低倍率下原本显示在视场边缘的信息就会在高倍率的视场内无法看到，即使能看到，那些闪亮字母、数字也会变大，干扰视场的情况也会变严重。所以关于它的电子分划板是前置分划还是后置分划目前还存疑。瞄准点的变化在传统的蚀刻线分划上不好处理，如上文所述在倍率有变化时不能直接使用，但是在电子分划板上非常方便，可以通过软件将倍率变换与瞄准点的位置变化直接关联起来，不管哪个倍率，所显示的瞄准点都是补偿好倍率而变化的，概括起来就是电子分划板能以后置分划的形式同时具备前置分划和后置分划的优点。

1~8×30低倍可变倍瞄准镜的上方和右侧有机械调整手轮，用于瞄准镜的归零。根据手轮上的标识可以看出，每一个“咔哒值”对应的是0.2mrad。这个手轮尚不清楚是只控制蚀刻线分划还是同时控制电子分划与蚀刻线分划，但是最合理的设计应该是两个都控制，不然机械分划归零以后还要对电子分划归零，这在实际应用中太繁琐。一般瞄准镜左侧的手轮是分划照明的档位调节，用于夜间瞄准（不开分划照明看不见分划线，无法瞄准），而XM157有电子分划，并且本身就能发亮，因此XM157可以省略这个功能，这个位置便设计成了主要操作界面。开关机、调出菜单、上下移动选项、确定设置等这些功能也会在这里操作。当没有线控开关时，启动测距和弹道解算也在这里操作，类似于红外瞄准镜的操作按钮。另外环境传感器、弹道计算机的功能可能都集成在1~8×30低倍可变倍瞄准镜上，即使没有上方的测距模块，也支持手动数据输入，手动数据输入也是在这个地方实现。

1~8×30低倍可变倍瞄准镜的上方有两处扩展接口，每处扩展接口都是机械接口和电子接口两部分。机械接口主要是台阶面和螺钉孔，用于设备的连接，电子接口则是触点，用于设备间的通信。后方接口用于安装测距和激光指示模块，前方接口推测用于安装可串接的红外或微光增强模块，XM157的前端物镜正下方有线控开关的接口。

XM157的上方是测距和激光指示模块，这个模块自身不带电源和显示装置，通过触点与瞄准镜连接，使用瞄准镜的电源供电以及电子分划板显示信息。该模块基本上就是一个盒子，因此质量非常轻。该模块是不能够独立使用的，但是其采用模块化的设计，只要安装接口、电子接口和通信协议一致，其也可以安装到后续的瞄准镜上。同理，有了更先进的测距和激光指示模块也可以安装到1~8×30低倍可变倍瞄准镜上。测距和激光指示模块需要和瞄准镜的零位对准，因此这个模块也需要调整高低和方向。在早期的版本中，调整结构非常明显，但是后期的版本有所调整，导致变得不那么显眼，可能改成了需要专门工具的设计。从外表看，该模块只有一套高低方向调整机构，因此可以推测激光测距机和激光指示器零位的相对关系是预先调整好的，只需将测距机或指示器其中一个与瞄准镜零位对准，另一个也自动对准，比较方便。

目前并没有资料说明测距仪的使用范围，但是以目前的技术水平，这种体积做到1000m内的精确测距还是非常容易的。XM157的激光指示也分为可见光和不可见光两种。

线控开关是非必须的模块，但是笔者认为其是实现快速精确射击的关键。XM157虽然侧方有操作按键，能通过按键操作测距和弹道解算模块，但是这样射手就不能保持原有的射击姿势了，射手必须在操作完成后再切换成射击姿势，如此就浪费了宝贵的时间。有了控制线，可以将操作测距模块的工作交给握护手的手，从而可以维持射击姿势不变，测距调整好以后直接射击，这进一步节约了反应时间。

对于XM157的工作流程，目前没有详细的资料，它的工作过程完全可以基于上述最快完成精确射击的思路进行推测。

在初次使用XM157时，应当对枪械的型号和弹药的类型做设置，因为XM157显然不可能只配装XM5、XM250这两款枪。美军肯定会将常用的枪械和弹药信息预先内置在XM157的操作系统内。由于枪械的型号确定，膛线的缠距和旋向确定，弹头的偏流也能确定。枪弹型号已知，所以弹道系数也确定。只需选定枪型、弹型，诸多弹道解算的常量就有了。但是枪械的初速会随着枪械的使用而发生变化，因此目前推测XM157也有设置初速的功能。为保证弹道解算的精确性，应该会每使用一段时间枪械再使用仪器测量枪械的初速，将测到的初速数据替换原有的初速数，重新作为弹道解算的基准。

当然，初次使用瞄准镜，最重要的工作是归零。就是要在特定的距离上（归零距离理论上可以随意，但是最常用的距离是100m）将瞄准镜上的特定瞄准点（一般是最中央的十字线）和弹着点调到完全一致。必须做到瞄准哪里，弹着点就在哪里，如果这一步有误差，那么远距离的误差就会越远越大，弹道解算得再精准也毫无作用。这时候调整的是机械分划即蚀刻线分划，当然，根据XM157的结构，蚀刻线分划和电子分划都会一起移动。XM157上的测距和激光指示模块也需要调整，必须和下方已经完成归零的瞄准镜的光轴调成平行（这里必须是调平行，不能和弹道归零一样调相交，否则距离变化后会不准）。这些前提条件完成后，XM157才可以正常使用。

当射手发现目标后，用中心的方框套住目标，按下线控模块上的按钮，激光测距模块和内置的环境传感器立即开始工作，开始测距及获取气象参数（气压、湿度）。由于XM157自带罗盘，射击方向也是自动确定的。有可能经纬度、海拔、俯仰角也能够自动确定，再集成定位、俯仰角传感器并不是什么太难的事情。由于所有测距仪、环境传感器、弹道计算机都集成在一个设备内，所有测量数据都以有线传输的形式汇总到弹道计算机。弹道计算机根据这些数据很快就计算出修正量，然后将计算结果直接显示在电子分划板上，给射手一个瞄准点或者弹着点提示，整个过程在0.1秒内完成，完全感觉不到迟滞。射手再用这个瞄准点瞄准目标，然后就能准确命中目标。

从外观上看，XM157上并没有测量风速和风向的模块，而风向和风速是中远距离射击非常关键的因素。因此，XM157在没有风向和风速的时候做了一定的简化，其计算出的瞄准点并不是只有一个，而是三个（上图标识的1、2、3），这三个点分别对应无风条件（上图标识为2的瞄准点），风速为10英里 /小时的风来自3点方向（上图标识为1的瞄准点）、9点方向（上图标识为3的瞄准点），射手在使用的过程中根据实际情况和自己的经验选择无风和有风的位置瞄准射击。这是基于风偏是弹道计算中成线性关系的量，比如同一距离上5m/s的风造成的风偏是2.5m/s的风造成的风偏的2倍，或者同一风速下800m的风偏是400m的风偏的2倍，非常便于换算。到了XM157上，即使没有风速的数据，但射手感觉风有5英里/小时，来自9点方向，那么就选择第2瞄准点和第3瞄准点的中间位置瞄准射击。听起来好像又回到了还是要用不实际存在的瞄准点瞄准目标的套路，但是笔者认为XM157应该不至于如此。XM157具有通信功能，因此一个范围内只要有一个气象仪（比kestrel 5700更大、更先进的气象仪），这个气象仪能向一定范围内发送包括风力风向在内的数据，就能解决这个范围内所有士兵的测风问题（这里假设风在一定范围内是均匀一致的）。或者某一个士兵携带了气象仪，测量的风向风速与XM157的使用者完成了数据交换，那么这个数据可以通过XM157的通信功能与其他XM157共享。由于XM157自带罗盘，气象仪也会有罗盘，这样相当于采用地磁南北极作为统一的基准，气象仪将测到的以地磁南北极为基准的风向、风速等数据共享给每个士兵，尽管每个士兵武器的指向会有不同，但是风相对于各自射击方向的夹角都是准确的。那么可以推测，有了气象仪的数据后，XM157就会只显示一个确定的瞄准点。

XM157并不仅仅是一个能自动测距、自动计算瞄准点的瞄准镜，由于电子分划板、通信功能的存在，XM157瞄准镜可以衍生出很多其他功能。比如有些文章提到的显示方位、显示导航点这些功能，如果仅仅有这些功能似乎可惜了XM157的硬件，据推测XM157至少还能实现目标标记和对运动目标射击这些功能。

由于罗盘、测距信息的存在，也有可能还有自身定位信息的存在，XM157瞄准镜可以很容易地完成目标标记。已知自己的位置、测量目标的方位、距离就能获取目标的位置信息，并且士兵能够根据自己的观察，确定目标类型，比如是敌军士兵、坚固掩体还是装甲车辆。而获取的信息通过通信功能，能够传递给指挥系统或者共享给班组的其他成员。如果是步兵不能解决的目标，指挥系统就可以指派远程炮火或呼叫空中支援。类似于《战地》系列游戏中标记敌人位置的功能。另外，其他平台比如无人机、无人车识别出的目标也能共享给XM157瞄准镜，并在电子分划板上显示出来，这样士兵就获得了极强的态势感知能力。

命中运动目标是非常困难的事情，但是有了XM157瞄准镜并不是不能做到。当射手发现运动目标后，用中央的十字线瞄准目标并按下测距，边测距边跟踪一段时间，系统便能计算出目标的运动轨迹。然后火控系统会根据运动轨迹计算出相匹配的瞄准点并在电子分划板上显示，射手再直接用这个瞄准点瞄准射击即可命中。

当然这些功能未经证实，可能XM157尚未达到这样的技术水平，但是基于它的硬件和软件，XM157完全有能力升级出这样的功能以及更多暂时想不到的功能。

提升枪械命中率，消除枪弹威力增大后的副作用

如上文所述，精确射击的难度主要集中在对测距机、气象仪、弹道解算终端、瞄准镜的操作和基础的射击技能。在以往，射手需要同时熟悉上述设备的操作，并花费较长时间达到对上述设备的熟练使用，并且流程相对繁琐，对于普通士兵而言往往要花费较长时间才能熟练掌握。而XM157瞄准镜高度集成化，使上述诸多设备的功能全部集中到一个装备上，射手只需对XM157瞄准镜熟练使用即可。XM157瞄准镜的使用非常简单，士兵上手快，能够大幅简少学习、训练的工作量，短时间即可形成战斗力。普通士兵熟悉XM157后至少能发挥出精准射手的作用，有了它的辅助，单发射击也能像点射那样致命，从而弥补枪弹威力提升后不能以点射或连发射击带来的命中率降低问题。有人觉得XM5后坐力大是设计的倒退，但是有了XM157，XM5的作战效能真不一定倒退。

大幅提高火力反应时间

由于XM157对射击流程的精简，节省了测距、测风、向弹道解算终端录入数据、射击诸元装定的过程，节约的时间非常可观，将原来需要花费30秒甚至更长时间的操作缩短为1~2秒。整个过程类似于纯机械相机到自动相机的变革。纯机械相机在拍照前需要测光（对应射击的测风、测距），计算曝光参数组合（对应弹道解算），然后需要调整光圈、快门、对焦（对应射击诸元装定）然后按下快门（对应扣扳机），这样才能得到清晰的曝光正确的照片（对应射击命中目标）。而自动相机只需要对准拍摄对象，半按快门，相机的测光系统、对焦系统即开始工作，瞬间完成测光和曝光参数选定，完全按下快门后就能得到清晰且曝光正确的照片。所以自动相机将那些稍纵即逝的瞬间拍摄成完美照片的概率要远远高于纯机械相机。因为XM157极大程度地简化精确射击所需的技能并节省反应时间，使美军士兵在中远距离的对抗中先敌开火，进而获得优势。另外，对于那些暴露时间较短的目标，有了XM157的辅助，对其进行精确射击亦成为可能。

减轻系统质量

这一点比较容易理解，原来的射手需要携带激光测距仪、气象仪、弹道计算机等一堆设备，而XM157将这些设备的功能集成在一起，士兵只要携带XM157这一个装备就行，毋庸置疑质量会轻许多。

获得强大的衍生功能

XM157是可升级的，这个升级可以是硬件方面的也可以是软件方面的，类似于电脑硬件和操作系统及软件的升级。有了这个可升级的能力，XM157极有可能形成自己的生态圈，厂家也会为之开发各类可换硬件或者可升级软件（为方便理解，可以将XM157看作带有瞄准镜功能的智能手机），XM157的能力也会越来越强，衍生功能也会越来越多，这些功能提升会进一步增强XM157的效能。

XM157并不是一蹴而就的，它是近10年为快速精确射击而发展出的弹道计算技术、射击诸元自动装定技术的集大成者，并在此基础上融合了一定的智能化技术。对于目前而言，XM157的优势是极大地降低了精确射击的门槛，同时缩短了火力反应时间。有了XM157这个“外挂”，菜鸟也能变神枪手，对战场上出现时间短的目标也极具威胁。威胁不仅源于XM5、XM250，任何一款远射程的枪加上XM157都会极具威胁，而且美军未来10年内将会有25万具XM157入役。美军的装备使用一直强调“overmatch”这一理念，就是强调以自己的训练水平、技术水平、装备优势和对手进行不对称作战。有了XM157的辅助，美军一定会倾向于从中远距离打击对手，这需要我们在战术上高度重视美军的这一能力提升。

同时我们需要认识到，XM157是一个跨行业的产品，涉及光学、光电、弹道学、微电子技术、软件技术、智能化技术的最前沿，单凭某一个行业的努力很难研制出与之匹敌的产品。这就需要国内相关行业的优质企业、院所放下往日的成见，打破行业壁垒，跨行业通力协作，汲取XM157的先进理念和思路，锐意进取、攻坚克难，早日研制出类似的产品。（完）