國外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)

沈遠(yuǎn)香，黃曉霞，王永惠

(中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039)

單一尋的制導(dǎo)方式既有優(yōu)點(diǎn)又有缺點(diǎn)，已不能完成現(xiàn)代戰(zhàn)場作戰(zhàn)需求。如紅外制導(dǎo)系統(tǒng)不能測距，全向攻擊性能較差;雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)易受假目標(biāo)干擾;激光制導(dǎo)系統(tǒng)不能全天候使用［1］。為了克服采用單一模式導(dǎo)引頭的缺點(diǎn)與使用上的局限性，多模復(fù)合探測是一種有效的技術(shù)途經(jīng)。

多模復(fù)合制導(dǎo)指由多種模式的導(dǎo)引頭參與制導(dǎo)，共同完成導(dǎo)彈的尋的任務(wù)。多模復(fù)合制導(dǎo)是在同一制導(dǎo)段上同時(shí)采用2種或2種以上頻段或末制導(dǎo)方式進(jìn)行工作的一種制導(dǎo)方式，而復(fù)合制導(dǎo)則是指不同制導(dǎo)段采用2種頻段或末制導(dǎo)方式交替工作［2］。多模復(fù)合制導(dǎo)參與復(fù)合制導(dǎo)方式都是尋的制導(dǎo)，因此，有時(shí)多模制導(dǎo)技術(shù)通常稱之為多模復(fù)合尋的制導(dǎo)技術(shù)。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)中的探測手段既可以用于同一制導(dǎo)段，也可以用于不同的制導(dǎo)段，在實(shí)際應(yīng)用中，多模制導(dǎo)技術(shù)一般在末制導(dǎo)段上，因此又稱多模復(fù)合尋的末制導(dǎo)技術(shù)。而多模復(fù)合制導(dǎo)具有綜合優(yōu)勢，使精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)系統(tǒng)能適應(yīng)不斷惡化的戰(zhàn)場環(huán)境和目標(biāo)特性，提高了精確制導(dǎo)武器的突防能力，因此，多模復(fù)合制導(dǎo)現(xiàn)已成為精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的重要方向。表1列出了國外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的主要概況。

表1 國外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)狀況分析

1 國外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

國外從20世紀(jì)70年代中期開始研究多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，國外已經(jīng)成功研制并使用了光學(xué)雙色(雙模)制導(dǎo)技術(shù)和微波/紅外制導(dǎo)技術(shù)，并在積極研制毫米波/紅外雙模制導(dǎo)技術(shù)、主動(dòng)/被動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)以及其他多模制導(dǎo)技術(shù)。目前，一些國家已研制出雙模制導(dǎo)武器，正在應(yīng)用和研制中的多模復(fù)合尋的制導(dǎo)主要采用的雙模(導(dǎo)引頭)方式，主要包括毫米波/紅外、雷達(dá)/紅外、毫米波/激光、激光/紅外和光學(xué)雙色［4］。

毫米波/紅外雙模制導(dǎo)技術(shù)是新一代精確制導(dǎo)武器廣泛采用的一種末制導(dǎo)方式。毫米波(1～10 mm)波長介于微波紅外之間。具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。毫米波器件的體積小，重量輕，導(dǎo)引頭可以微小型化。受發(fā)射機(jī)功率的限制，主動(dòng)式毫米波導(dǎo)引頭的作用距離較小，被動(dòng)式毫米波導(dǎo)引頭的作用距離由于受到目標(biāo)信號強(qiáng)度的限制通常也很小，這也是毫米波導(dǎo)引頭最大的缺點(diǎn)，因此，毫米波制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)組合起來，可以實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，同時(shí)提高了作戰(zhàn)效能。目前，各國都非常關(guān)注并積極開展該項(xiàng)制導(dǎo)技術(shù)，美國、歐洲等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)在空空、空地、地空、反艦等多種應(yīng)用領(lǐng)域開展了大量樣機(jī)研制。美國空軍啟動(dòng)了毫米波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭研制計(jì)劃，有些產(chǎn)品已經(jīng)在某些武器上得到了初步應(yīng)用，如美國研制的SADARM末制導(dǎo)反裝甲靈巧彈藥，德國的SmArt末制導(dǎo)靈巧彈藥、ZEPL、EPHRAM，法國研制的TACED反坦克末敏彈以及多國研制的末制導(dǎo)武器Griffn鷹頭獅［5］。

紅外雙色制導(dǎo)技術(shù)目前已得到普遍應(yīng)用。前蘇聯(lián)SA—13防空導(dǎo)彈，采用以雙色紅外技術(shù)改進(jìn)原彈型，法國的近程SADRAL艦空導(dǎo)彈采用了雙色導(dǎo)引頭;美國與法國許多近程或近程防空導(dǎo)彈都采用了紫外/紅外雙模復(fù)合制導(dǎo)體制，比較典型的產(chǎn)品有美國的“毒刺”、法國的“西北風(fēng)”［6］。

此外，美俄也開展了微波雷達(dá)多模制導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用;德國與法國也在進(jìn)行毫米波/紅外成像空地導(dǎo)引頭的研制;美國著手在空空導(dǎo)彈上開展雷達(dá)多模制導(dǎo)技術(shù)的研究，對“愛國者”導(dǎo)彈實(shí)施改進(jìn)計(jì)劃，改進(jìn)后的導(dǎo)彈采用雙模雷達(dá)制導(dǎo)。

2 多模復(fù)合制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)分析

1)總體設(shè)計(jì)技術(shù)。單一制導(dǎo)的導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)方法不能滿足復(fù)合制導(dǎo)模式的要求，因此必須研究可與單一模式設(shè)計(jì)方法兼容的復(fù)合制導(dǎo)總體技術(shù)。并在此過程中綜合考察戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈多方面的因素來確定方案，必須考慮導(dǎo)引頭模式、工作模段、復(fù)合方式和技術(shù)參數(shù)等［7］。

2)頭罩技術(shù)。多模頭罩材料的研究是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，對多模復(fù)合導(dǎo)引頭頭罩材料均勻穩(wěn)定的物理特性和耐高溫、高熱傳導(dǎo)率的性能要求較高。不同頻譜的探測器對導(dǎo)彈頭罩材料特性的要求不同，紅外頭罩一般采用含有金屬成分的材料，微波頭罩不易用金屬材料制作。雖然某些合成材料可以滿足電氣性能要求，在材料強(qiáng)度、生產(chǎn)成本等方面引起的頭罩問題，需頭罩設(shè)計(jì)技術(shù)來解決［8］。

3)傳感器復(fù)合技術(shù)。多模傳感器是多模導(dǎo)引頭的關(guān)鍵部，傳感器復(fù)合技術(shù)從光學(xué)結(jié)構(gòu)上來分主要為共孔徑復(fù)合和分孔徑復(fù)合。分孔徑復(fù)合的設(shè)計(jì)較為簡單，也最為常見，但體積比較大，共孔徑復(fù)合的方式性能最佳，更適合導(dǎo)引頭小型化和高性能的要求，但技術(shù)難度較大，涉及寬帶整流罩設(shè)計(jì)、光學(xué)和紅外系統(tǒng)與天線工程設(shè)計(jì)方面的問題。

4)探測器的共口徑技術(shù)。工作頻率相近的導(dǎo)引頭，容易實(shí)現(xiàn)共口徑，天線罩設(shè)計(jì)也比較容易。工作頻率相差較遠(yuǎn)的雙模導(dǎo)引頭，如射頻與毫米波的復(fù)合，天線實(shí)現(xiàn)共口徑代價(jià)較大，天線罩的設(shè)計(jì)難度也較大［9］。

5)探測器的集成制造技術(shù)。隨著探測器探測信息量的增加，信息處理器的處理量加大，傳感器的增加和系統(tǒng)總功耗上升等問題，因此多模探測器之間應(yīng)作統(tǒng)籌規(guī)劃。隨著集成制造技術(shù)的日益發(fā)展，集成制造技術(shù)應(yīng)用于多模復(fù)合探測器集成制造中，使其結(jié)構(gòu)小型化、低功耗、高處理能力等［8］。

6)相位干涉儀技術(shù)。在被動(dòng)雷達(dá)參與多模復(fù)合制導(dǎo)中，最適宜的結(jié)構(gòu)體系是相位干涉儀。相位干涉儀由分開一定間隔的2個(gè)天線單元構(gòu)成天線系統(tǒng)，通過測量信號到達(dá)2個(gè)天線單元的相位差換算出信號的方向角?？梢栽趯?dǎo)彈的方位和俯仰面內(nèi)部設(shè)置天線，構(gòu)成互相垂直的基線，以便同時(shí)測量目標(biāo)的方位角和俯仰角。

7)信息融合技術(shù)。信息融合技術(shù)主要是在多傳感器獲取多種頻段內(nèi)的目標(biāo)特征信息的同時(shí)，中心處理器對同時(shí)得到多模傳感器的輸出信息，按一定準(zhǔn)則進(jìn)行融合，以獲取正確的信息制導(dǎo)導(dǎo)彈。多傳感器信息融合就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對所按時(shí)序獲得的若干傳感器的探測信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需要的決策所進(jìn)行的處理過程。在軟件和算法方面，可采用模式識(shí)別法、S-D顯示推理法、貝葉斯估計(jì)法、模糊邏輯法、多貝葉斯法、產(chǎn)生式規(guī)則法等［9］?？梢愿鶕?jù)作戰(zhàn)要求、目標(biāo)特征和導(dǎo)引頭的類別，設(shè)計(jì)融合算法。在硬件方面，不僅要采用容量大，而且要采用處理能力強(qiáng)的計(jì)算系統(tǒng)。

3 國外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展趨勢分析

由于微波技術(shù)、信息處理技術(shù)和傳輸技術(shù)等各種高新技術(shù)廣泛應(yīng)用于精確制導(dǎo)技術(shù)中，隨著慣性器件、光電器件的發(fā)展，多模復(fù)合制導(dǎo)的小型化、低成本、高可靠性方面的問題正逐步解決，精確制導(dǎo)武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中得到廣泛應(yīng)用。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。

1)毫米波/紅外成像制導(dǎo)受到發(fā)達(dá)國家的重視。多模復(fù)合制導(dǎo)中，主被動(dòng)復(fù)合方式最佳，主動(dòng)式毫米波/紅外成像制導(dǎo)受到發(fā)達(dá)國家的重視，它具有結(jié)構(gòu)輕巧、精度高的特點(diǎn)，成為國外發(fā)展多模復(fù)合尋的制導(dǎo)的主要方式之一［10］。應(yīng)用中，在末制導(dǎo)初段主要利用毫米波制導(dǎo)，在近距離時(shí)主要利用紅外成像制導(dǎo)，毫米波與紅外成像復(fù)合可在目標(biāo)識(shí)別階段，充分利用毫米波雷達(dá)與紅外線探測器提供的目標(biāo)特征，以提高目標(biāo)識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)不同的制導(dǎo)功能［11］。

2)重點(diǎn)研發(fā)多模復(fù)合成像制導(dǎo)。成像技術(shù)應(yīng)用于制導(dǎo)技術(shù)中，可發(fā)揮紅外線的分辨率和提高制導(dǎo)系統(tǒng)靈敏度，成像技術(shù)與其他模式復(fù)合，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位，精確跟蹤，提高目標(biāo)的精確打擊，多模復(fù)合成像制導(dǎo)是制導(dǎo)技術(shù)研究的重點(diǎn)方向之一［12］。

3)進(jìn)一步研究和發(fā)展紅外成像/雷達(dá)雙模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，從而形成一種在制導(dǎo)距離和制導(dǎo)精度方面都比較理想的新型制導(dǎo)方式［10］。

4)多模導(dǎo)引頭的工作方式從串行向并行發(fā)展。多模制導(dǎo)技術(shù)按時(shí)序又分為分時(shí)串聯(lián)復(fù)合制導(dǎo)和并聯(lián)復(fù)合制導(dǎo)。在分時(shí)串聯(lián)復(fù)合制導(dǎo)工作方式下，參與復(fù)合的制導(dǎo)技術(shù)不是同時(shí)工作而是交替工作，也就是當(dāng)一種模式受到干擾或因某種原因探測不到目標(biāo)時(shí)，才轉(zhuǎn)換到另一種模式。為了在提高抗干擾能力和可靠性的同時(shí)，提高導(dǎo)引精度，必須采用多個(gè)模式同時(shí)工作，將各模式的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，也就是采用同時(shí)并聯(lián)復(fù)合制導(dǎo)模式，對多個(gè)傳感器獲得的信息進(jìn)行融合。

5)研發(fā)新型三模復(fù)合制導(dǎo)。三模制導(dǎo)不僅能在功能上互補(bǔ)，而且能提高整體作戰(zhàn)效能。目前，美國已經(jīng)開展了半主動(dòng)激光/紅外成像/毫米波雷達(dá)三模導(dǎo)引頭的研制，主要用于陸軍的聯(lián)合通用導(dǎo)彈［12］;日本研制的微波/毫米波/紅外三模尋的導(dǎo)引頭，主要應(yīng)用于對空導(dǎo)彈，不僅提高了這種對空導(dǎo)彈的命中精度，而且抗干擾能力也得到大幅提升［13］。隨著高新技術(shù)的大量涌現(xiàn)及其在精確制導(dǎo)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，新型三模復(fù)合制導(dǎo)是各國研究的重點(diǎn)方向。

6)拓展光學(xué)制導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用。雷達(dá)成像技術(shù)在諸多技術(shù)方面存在較大問題，很難應(yīng)用到導(dǎo)引頭中。光學(xué)制導(dǎo)技術(shù)探測器結(jié)構(gòu)牢固輕巧、高度集成、低成本，在雷達(dá)導(dǎo)引頭上容易加裝，能迅速截獲目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)和微波復(fù)合的一種高性能尋的制導(dǎo)系統(tǒng)［8］。

7)智能復(fù)合制導(dǎo)是未來發(fā)展方向。在硬件和傳感器上，采用智能化的信息處理技術(shù)，在無人參與的情況下，能夠自動(dòng)探測、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)捕獲和跟蹤目標(biāo)，形成一套多模復(fù)合制導(dǎo)的信息融合方法，獲取更豐富的目標(biāo)信息，提高智能識(shí)別處理能力，實(shí)現(xiàn)智能化與自動(dòng)化的智能復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)［14］。

8)積極探索多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)新頻段、新體制。隨著高新技術(shù)領(lǐng)域的拓展和應(yīng)用，新的制導(dǎo)技術(shù)不斷出現(xiàn)。超長波紅外成像、超光譜成像、亞毫米波成像、偏振成像都具有應(yīng)用于武器制導(dǎo)的技術(shù)潛力，因此，各種新頻段、新體制的制導(dǎo)技術(shù)將逐漸研發(fā)，逐步在制導(dǎo)武器中獲得應(yīng)用，并向集成化和通用化方向發(fā)展［8］。

在保證多模復(fù)合制導(dǎo)性能的前提下，未來多模復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)主要向小型化、微型化、智能化和低成本方向發(fā)展。

4 結(jié)束語

隨著精確制導(dǎo)武器攻擊目標(biāo)的變化、戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜化和多樣化、對抗手段的不斷發(fā)展，精確制導(dǎo)武器采用非成像單一尋的制導(dǎo)方式，已難以滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)效能需求，精確制導(dǎo)武器的尋的體制正在逐步從單一模式向多模復(fù)合方向發(fā)展。多模制導(dǎo)具有其顯著的綜合優(yōu)勢而迅速發(fā)展起來，憑借其突出的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為世界各國軍事領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

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