直升機(jī)載空空導(dǎo)彈關(guān)鍵技術(shù)研究

孫毓凱 孫斐 任宏光 胡一帆 魏靖彪

摘?要：直升機(jī)載空空導(dǎo)彈對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中爭(zhēng)奪低空制空權(quán)及火力支援具有重要的意義，近年來(lái)成為各國(guó)軍備研制的重要領(lǐng)域。本文對(duì)直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的研制現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，針對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中直升機(jī)低空作戰(zhàn)的性能需求，分析了直升機(jī)載空空導(dǎo)彈發(fā)展的方向及其關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)載空空導(dǎo)彈;研制現(xiàn)狀;關(guān)鍵技術(shù);協(xié)同作戰(zhàn);信息融合

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ760?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-5048（2020）01-0017-09

0?引言

在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中，爭(zhēng)奪低空和超低空的制空權(quán)將十分激烈。誰(shuí)能奪取這一樹(shù)之高的空中優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就能獲得戰(zhàn)斗的勝利。由于直升機(jī)具有優(yōu)越的機(jī)動(dòng)能力和良好的超低空飛行能力，因此直升機(jī)載空空導(dǎo)彈必將成為這場(chǎng)激烈戰(zhàn)斗中的主角。

目前，直升機(jī)載空空導(dǎo)彈主要有美國(guó)的“毒刺”空空導(dǎo)彈，法國(guó)的“西北風(fēng)”空空導(dǎo)彈，俄羅斯的“針”系列空空導(dǎo)彈、RVV-MD空空導(dǎo)彈，中國(guó)的“天燕”-90等。當(dāng)前直升機(jī)掛載的空空導(dǎo)彈仍以小型、輕質(zhì)的紅外型近距格斗彈為主，主要發(fā)展途徑包括：與戰(zhàn)斗機(jī)通用的近距空空導(dǎo)彈、便攜式地空導(dǎo)彈的空空改進(jìn)型以及武裝直升機(jī)專(zhuān)用的空空導(dǎo)彈[1]。

1?直升機(jī)載空空導(dǎo)彈發(fā)展現(xiàn)狀

直升機(jī)載空空導(dǎo)彈已大量列裝世界主要軍事強(qiáng)國(guó)部隊(duì)，當(dāng)前全球在役直升機(jī)載空空導(dǎo)彈主要有三種。

1.1?由固定翼飛機(jī)的近距空空導(dǎo)彈改裝

此類(lèi)導(dǎo)彈在機(jī)動(dòng)性、離軸攻擊范圍、殺傷威力等方面具有優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于直升機(jī)而言體積重量大，低空氣動(dòng)性能差，且作戰(zhàn)效費(fèi)比低，故用于直升機(jī)對(duì)空作戰(zhàn)并不完全適合[2]。

AIM-9L是美國(guó)空軍和海軍在AIM-9H/9J導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上聯(lián)合研制的第三代“響尾蛇”空空導(dǎo)彈。該彈最大馬赫數(shù)2.5，有效射程18.5 km，最大過(guò)載26g～35g[3]，如圖1所示。RVV-MD是俄羅斯溫貝爾設(shè)計(jì)局基于“射手”R-73研制的世界先進(jìn)近程格斗空空導(dǎo)彈[4]，馬赫數(shù)不低于2，最大射程為40?km（R-73E僅有30 km），對(duì)目標(biāo)的機(jī)動(dòng)過(guò)載可達(dá)12g[5-6]，如圖2所示。

1.2?由便攜式防空導(dǎo)彈改進(jìn)研制

如美國(guó)的“毒刺”FIM-92C、俄羅斯的“針”、法國(guó)的“西北風(fēng)”等導(dǎo)彈。該類(lèi)型導(dǎo)彈在體積、重量、價(jià)格方面具備優(yōu)勢(shì)，但是離軸攻擊能力、機(jī)動(dòng)性、殺傷威力等方面先天不足[7]。

由雷神公司研制可裝備于美軍直升機(jī)及無(wú)人機(jī)的空空型“毒刺”導(dǎo)彈（見(jiàn)圖3）是在防空型“毒刺”FIM-92A導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上研制的，近距打擊低空或超低空飛行的固定翼飛機(jī)、直升機(jī)及無(wú)人機(jī)[8]。

改進(jìn)型“西北風(fēng)”導(dǎo)彈（見(jiàn)圖4）是由法國(guó)MBDA公司研制的，其尺寸和形狀與Mistral 1 ATAM相同，最大飛行速度由馬赫數(shù)2.5提升到2.7，導(dǎo)引頭更換為紅外雙波段導(dǎo)引頭，截獲距離更遠(yuǎn)，抗干擾能力更強(qiáng)。導(dǎo)彈采用新型控制面和尾翼，低速過(guò)載能力進(jìn)一步提高[9]。

Igla-S是由俄羅斯FSUE KBM公司在“針”系列便攜式防空導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上研發(fā)的最新改進(jìn)型空空導(dǎo)彈，如圖5所示。它采用LOMO9E435導(dǎo)引系統(tǒng)，由雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，有效射程不少于6 km[10]。

1.3?研制武裝直升機(jī)專(zhuān)用空空導(dǎo)彈

正是由于前兩種方式改裝的直升機(jī)載空空導(dǎo)彈存在諸多問(wèn)題，部分國(guó)家也進(jìn)行了武裝直升機(jī)專(zhuān)用空空導(dǎo)彈的研制。中國(guó)的“天燕”-90是世界上第一種專(zhuān)門(mén)為武裝直升機(jī)而研發(fā)的空空導(dǎo)彈[11]，如圖6所示。

2?直升機(jī)載空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能需求及其關(guān)鍵技術(shù)

反直升機(jī)作戰(zhàn)尤其是反武裝直升機(jī)是直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的主要作戰(zhàn)任務(wù)。根據(jù)武裝直升機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析，武裝直升機(jī)裝備導(dǎo)彈預(yù)警和紅外干擾設(shè)備已經(jīng)普及，采取隱身設(shè)計(jì)和加裝紅外抑制裝置也逐漸成為主力戰(zhàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，直升機(jī)的機(jī)動(dòng)性能也將大幅提升。因此，直升機(jī)載空空導(dǎo)彈為了實(shí)現(xiàn)對(duì)武裝直升機(jī)等目標(biāo)的有效打擊，必須具備攻擊遠(yuǎn)距離低輻射目標(biāo)（具有紅外抑制措施）的能力和超強(qiáng)的抗干擾能力，以適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的需求。具備上述能力的直升機(jī)載空空導(dǎo)彈，其作戰(zhàn)目標(biāo)呈現(xiàn)出多樣性，符合武裝直升機(jī)未來(lái)作戰(zhàn)任務(wù)多元化和作戰(zhàn)立體化的軍事需求[12]。

2.1?有效攻擊距離遠(yuǎn)

可采用數(shù)據(jù)鏈指令制導(dǎo)、紅外成像末制導(dǎo)等復(fù)合制導(dǎo)體制，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射后截獲的作戰(zhàn)模式。從根本上解決了紅外導(dǎo)彈迎頭攻擊距離受探測(cè)能力嚴(yán)重限制的弱點(diǎn)，同時(shí)為新型直升機(jī)載空空導(dǎo)彈配備推力可調(diào)、采用能量管理技術(shù)的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，可大幅提高對(duì)帶有紅外抑制目標(biāo)的攻擊能力[13]。

2.1.1?數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)

為有效增加直升機(jī)載空空導(dǎo)彈攻擊距離，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈射后截獲發(fā)射模式，采用數(shù)據(jù)鏈指令制導(dǎo)的復(fù)合制導(dǎo)體制是目前行之有效的技術(shù)手段。

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在空空導(dǎo)彈領(lǐng)域的靈活應(yīng)用，可顯著增大紅外型空空導(dǎo)彈的有效射程，增加載機(jī)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、自身制導(dǎo)的多樣化選擇?？湛諏?dǎo)彈發(fā)射后利用友機(jī)制導(dǎo)信息飛向目標(biāo)，載機(jī)則可隨即做出規(guī)避動(dòng)作撤離敵防空系統(tǒng)攻擊區(qū)，空空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力和載機(jī)的生存概率均可大幅提升[14]。例如，裝備雙向數(shù)據(jù)鏈的AIM-9X導(dǎo)彈，就具有發(fā)射后鎖定能力，最大發(fā)射距離及作戰(zhàn)效能提升顯著，對(duì)載機(jī)后半球目標(biāo)和低空目標(biāo)可構(gòu)成攻擊條件。此外，協(xié)同化作戰(zhàn)能力還需要具備數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)規(guī)劃及云協(xié)同網(wǎng)管技術(shù)、基于云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈多源信息智能融合與分發(fā)技術(shù)、多維度態(tài)勢(shì)信息感知、全系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃和編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)決策與管理等技術(shù)[15]。

采用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)規(guī)劃及云協(xié)同網(wǎng)管技術(shù)，可滿(mǎn)足未來(lái)聯(lián)合協(xié)同作戰(zhàn)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需要。大量作戰(zhàn)單元參與，組成多個(gè)任務(wù)組，執(zhí)行不同的作戰(zhàn)任務(wù)，一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)有多個(gè)任務(wù)組，每個(gè)任務(wù)組均需要分配不同的信道資源，因此在作戰(zhàn)之前進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)規(guī)劃，具體包括子網(wǎng)規(guī)劃、任務(wù)組規(guī)劃等，需要為每一個(gè)任務(wù)組分配時(shí)隙，合理配置有限的信道資源，使信道利用率達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，隨著“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”以及信息技術(shù)發(fā)展，將利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)提供分布式“云服務(wù)”，實(shí)現(xiàn)任務(wù)協(xié)同與網(wǎng)絡(luò)管理。

基于云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈多源信息智能融合與分發(fā)技術(shù)是指利用全球一體化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，各作戰(zhàn)單元作為網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的“云端”，通過(guò)分布式云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行多源信息智能融合，提取有效的戰(zhàn)術(shù)信息，實(shí)現(xiàn)高效、快速信息分發(fā)與共享，支持全球跨域聯(lián)合作戰(zhàn)。隨著全球覆蓋的多域聯(lián)合作戰(zhàn)的發(fā)展，將要構(gòu)建全球一體化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈、指揮控制數(shù)據(jù)鏈、情報(bào)偵察數(shù)據(jù)鏈等都將接入，實(shí)現(xiàn)海陸空天各武器裝備互聯(lián)互通[16]。

2.1.2?可調(diào)推力固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

新一代直升機(jī)載空空導(dǎo)彈對(duì)動(dòng)力裝置提出了新的要求，既要求導(dǎo)彈尺寸小，滿(mǎn)足新型武裝直升機(jī)掛彈的要求，還要求發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)作戰(zhàn)使命隨機(jī)調(diào)節(jié)、控制推力和分配能量，實(shí)現(xiàn)全向攻擊。

空空導(dǎo)彈常用的發(fā)動(dòng)機(jī)為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要通過(guò)改變尾部噴管或者喉部氣動(dòng)外形等方式進(jìn)而改變?nèi)細(xì)饬髁縼?lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，從而拓寬超聲速導(dǎo)彈的飛行包線，增強(qiáng)控制性能。喉栓式推力可調(diào)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)喉部來(lái)控制推力的大小，而尾槳式推力可調(diào)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)外置的尾槳來(lái)改變?nèi)細(xì)馕擦鞯牧鲃?dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)推力調(diào)節(jié)。

無(wú)論采用哪種方式調(diào)節(jié)，考慮經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的建模仿真都是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟。工程上常采用FLUENT軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)進(jìn)行仿真，計(jì)算主推力、尾槳偏角和受力、噴口阻塞面積等，從而得到發(fā)動(dòng)機(jī)的推力調(diào)節(jié)規(guī)律?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的高溫高壓流體表現(xiàn)出強(qiáng)烈的湍流特性，選擇合適的湍流模型十分重要。RNG k-ε湍流模型以湍流脈動(dòng)能和湍流耗散能為未知函數(shù)，適用于包含射流、管道內(nèi)流動(dòng)、邊界層流動(dòng)、分離流動(dòng)等的流動(dòng)，其工程運(yùn)用比較廣泛[16]。

由于傳統(tǒng)的數(shù)值模型計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，推力計(jì)算數(shù)據(jù)量巨大，彈載計(jì)算機(jī)難以完成這樣的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，因而可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)非線性映射且體積和運(yùn)算量都大為減少的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將更適用于彈載嵌入式計(jì)算機(jī)。該方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)先選定工作狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)推力數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分組，

再利用發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正以上數(shù)據(jù)，最后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由修正后的數(shù)據(jù)庫(kù)建立[17]。

2.1.3?固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理技術(shù)

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理技術(shù)作為該領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)，能夠根據(jù)武裝直升機(jī)作戰(zhàn)需求實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)能量最優(yōu)分配，有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)能量輸出，實(shí)現(xiàn)間隔作業(yè)、推力矢量可調(diào)，提高導(dǎo)彈推進(jìn)系統(tǒng)工作效率，大幅提高直升機(jī)載空空導(dǎo)彈射程，使其機(jī)動(dòng)性能和作戰(zhàn)效能實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。當(dāng)前，能量管理技術(shù)已進(jìn)入飛行驗(yàn)證和工程應(yīng)用階段，目前在先進(jìn)飛行器研制項(xiàng)目中取得技術(shù)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要包括固體變推力發(fā)動(dòng)機(jī)、固體雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)和固體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)。

目前在役的、代表國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理先進(jìn)水平的主要是美國(guó)的“標(biāo)準(zhǔn)-3”?；蜿懟卸畏磳?dǎo)系統(tǒng)。其中，第三級(jí)為MK136 高性能雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)，第四級(jí)為MK142 彈頭姿軌控動(dòng)力系統(tǒng)（SDACS 或TDACS）?！皭?ài)國(guó)者”P(pán)AC-3 MSE 型導(dǎo)彈采用了更大直徑、更高性能的雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理技術(shù)的進(jìn)步及其在直升機(jī)載空空導(dǎo)彈上的移植應(yīng)用，使得空空導(dǎo)彈性能得到進(jìn)一步提升[18]。

2.2?抗干擾能力強(qiáng)

提高導(dǎo)彈的抗干擾能力主要表現(xiàn)在：對(duì)低空地物背景抗干擾能力大幅提高，適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的作戰(zhàn)要求;對(duì)間隔投放或同時(shí)多枚投放的紅外誘餌彈具有很強(qiáng)的抗干擾能力;對(duì)導(dǎo)彈前方的電磁干擾和來(lái)自地面的多徑干擾等具有良好的抑制。

武裝直升機(jī)依靠超低空飛行和地面、海面雜波的掩護(hù)使得其作戰(zhàn)隱蔽性較高，先進(jìn)攻擊型直升機(jī)裝備紅外輻射抑制干擾設(shè)備和雷達(dá)波吸收或干擾設(shè)備，進(jìn)一步提升其戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，這就要求直升機(jī)載空空導(dǎo)彈必須擁有抗雜波、抗紅外抑制和人工誘餌等能力。干擾形式?jīng)Q定抗干擾技術(shù)，因此直升機(jī)載空空導(dǎo)彈根據(jù)外部作戰(zhàn)環(huán)境需求，采用諸如紅外凝視成像、雙色紅外成像等技術(shù)作為自身的抗干擾手段。新型紅外成像導(dǎo)引方式通過(guò)探測(cè)敵機(jī)與外部環(huán)境間的溫差，產(chǎn)生有差異的紅外熱圖像以生成制導(dǎo)指令信息，使得導(dǎo)引算法抗干擾能力和位標(biāo)器分辨能力更強(qiáng);亦或是根據(jù)不同目標(biāo)或同一目標(biāo)的不同部位的熱特征不同，利用導(dǎo)引頭探測(cè)、跟蹤目標(biāo)和誘餌在不同波段上的輻射差別來(lái)識(shí)別區(qū)分，使導(dǎo)彈具有更強(qiáng)的目標(biāo)截獲能力和抗多種誘餌干擾技術(shù)后，直升機(jī)載空空導(dǎo)彈將具有較強(qiáng)的抗干擾的能力[19]。此外，利用復(fù)合制導(dǎo)信息的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，配合戰(zhàn)場(chǎng)各作戰(zhàn)平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)信息，可有效彌補(bǔ)紅外制導(dǎo)受干擾時(shí)制導(dǎo)精度下降和脫靶量偏高的問(wèn)題[20]。

2.2.1?雙色紅外成像制導(dǎo)技術(shù)

直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的紅外探測(cè)技術(shù)對(duì)測(cè)溫分辨率不高于0.1 ℃，為彈上控制系統(tǒng)提供更多的目標(biāo)參數(shù)，具備自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)影像由原來(lái)僅僅為一個(gè)點(diǎn)熱源變?yōu)槟繕?biāo)大致輪廓圖像，從而提高了導(dǎo)彈的命中精度。為進(jìn)一步提高武裝直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的抗干擾能力，雙色紅外成像制導(dǎo)技術(shù)成為一種可行方案。雙色紅外成像通過(guò)對(duì)比目標(biāo)或干擾在兩個(gè)波段內(nèi)的能量比，確定目標(biāo)的溫度。對(duì)于干擾彈來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到一定的能量輸出，只能提高溫度。因此通過(guò)雙色比可以判別目標(biāo)與干擾。如果采用中波/長(zhǎng)波雙色制導(dǎo)系統(tǒng)，還可以提高機(jī)彈系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力，提高探測(cè)性能[21]。

國(guó)外已經(jīng)將多光譜紅外成像制導(dǎo)技術(shù)實(shí)用化，并形成了武器裝備。南非的A-Darter和以色列的“怪蛇”-5都采用了雙色制導(dǎo)技術(shù)[22]。

2.2.2?智能信息融合處理技術(shù)

智能信息融合算法是空空導(dǎo)彈導(dǎo)引技術(shù)研究中的前沿技術(shù)，其任務(wù)主要是根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)的融合算法分析、綜合由傳感器按時(shí)序測(cè)量的參數(shù)信息，協(xié)助空空導(dǎo)彈在直升機(jī)探測(cè)系統(tǒng)的配合下做出一定準(zhǔn)則下的決策。該算法通過(guò)直升機(jī)載空空導(dǎo)彈上的多傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、識(shí)別、跟蹤、融合糾錯(cuò)和優(yōu)化控制等處理，從而在不同抽象程度的決策層、數(shù)據(jù)層以及特征層給出任務(wù)信息處理結(jié)果。

例如，導(dǎo)彈的微波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭在目標(biāo)距離較遠(yuǎn)時(shí)，利用微波傳感器測(cè)量彈目角度信息，利用該角度信息設(shè)計(jì)制導(dǎo)律。而紅外傳感器同步探測(cè)目標(biāo)輻射特性，在彈目相對(duì)距離、角度構(gòu)成交接班條件時(shí)，進(jìn)行微波至紅外制導(dǎo)的交接班程序，最終由紅外制導(dǎo)指令引導(dǎo)導(dǎo)彈擊中目標(biāo)。此外，利用微波與紅外傳感器探測(cè)信息的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可解決導(dǎo)彈射后受各種雜波、誘餌等干擾時(shí)，可能出現(xiàn)的交班至虛假目標(biāo)的問(wèn)題，使直升機(jī)載空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的抗干擾能力提升[23-24]。

數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)還應(yīng)用于多模復(fù)合制導(dǎo)領(lǐng)域。直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的打擊精度主要依賴(lài)于制導(dǎo)控制技術(shù)，單一制導(dǎo)模式容易受到天氣和干擾等影響，導(dǎo)彈制導(dǎo)性能降低，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性差。采用多模復(fù)合制導(dǎo)方式可以發(fā)揮各種制導(dǎo)方式的優(yōu)點(diǎn)，有效提高制導(dǎo)精度、抗電磁和光電干擾能力、目標(biāo)識(shí)別能力，可實(shí)現(xiàn)全天候作戰(zhàn)。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)為空空導(dǎo)彈在復(fù)雜干擾環(huán)境和目標(biāo)大機(jī)動(dòng)條件下的精確制導(dǎo)提供了可能，它能有效提高導(dǎo)彈制導(dǎo)性能、抗干擾性能和引戰(zhàn)配合能力。

多模復(fù)合制導(dǎo)控制系統(tǒng)必須解決機(jī)彈系統(tǒng)間的信息融合問(wèn)題，基于數(shù)據(jù)融合的多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，將大幅提高制導(dǎo)精度。通過(guò)多傳感器信息融合技術(shù)“合并”（包括導(dǎo)彈狀態(tài)決策、直升機(jī)平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)、數(shù)值關(guān)聯(lián)、目標(biāo)識(shí)別等）來(lái)自位標(biāo)器、加速度計(jì)和陀螺等傳感器采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出系統(tǒng)狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)量，生成可靠的導(dǎo)引決策指令[25]。

目前，國(guó)內(nèi)外直升機(jī)載空空導(dǎo)彈主要應(yīng)用雙模復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)，針對(duì)其數(shù)據(jù)融合技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展了一些工作，對(duì)于數(shù)據(jù)融合的方式和方法進(jìn)行了理論和工程試驗(yàn)性的研究。信息融合技術(shù)在抗直升機(jī)的紅外點(diǎn)源、新型面源誘餌彈干擾，以及電子對(duì)抗干擾方面得到了應(yīng)用，使得空空導(dǎo)彈在制導(dǎo)精度和抗干擾性能方面取得了一定突破[26]。

2.3?良好的戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)能力

為提高直升機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，在上視上射條件、干凈戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境以及中近距攻擊條件下，可采用自適應(yīng)的發(fā)射后截獲方式，中制導(dǎo)階段無(wú)指令修正，導(dǎo)彈根據(jù)載機(jī)裝訂數(shù)據(jù)和導(dǎo)引頭接收的圖像信息，靈活采用自適應(yīng)截獲算法;在復(fù)雜環(huán)境或遠(yuǎn)距攻擊條件下，要保證一定的導(dǎo)彈末制導(dǎo)截獲概率，則可采用直升機(jī)載平臺(tái)指令修正的中制導(dǎo)等方式實(shí)現(xiàn)[27]。為實(shí)現(xiàn)以上戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，除數(shù)據(jù)鏈指令中制導(dǎo)及數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)、紅外成像末制導(dǎo)技術(shù)外，直升機(jī)載空空導(dǎo)彈還應(yīng)具備先進(jìn)的飛控算法、引戰(zhàn)和反隱身技術(shù)，以及工程可實(shí)現(xiàn)的通用化、模塊化和小型化技術(shù)。

2.3.1?基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能飛控導(dǎo)航算法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人們期望模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)處理問(wèn)題的方式，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的強(qiáng)大學(xué)習(xí)能力和對(duì)復(fù)雜度很高的非線性模型的處理能力，解決一些傳統(tǒng)方法很難甚至無(wú)法解決的復(fù)雜非線性系統(tǒng)模型。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型目前已有上百種，在神經(jīng)科學(xué)、控制科學(xué)、人腦機(jī)制和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科上取得了全面進(jìn)步[28]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與復(fù)雜飛行器模型的融合在解決飛行器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制過(guò)程中的優(yōu)越性能也受到了更廣泛的關(guān)注和研究。

在導(dǎo)彈系統(tǒng)的應(yīng)用中，人工智能的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能感知和智能控制兩方面。其中智能感知是在基于樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，采用人工智能技術(shù)途徑，對(duì)一些未知的目標(biāo)和任務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行分析，有效地對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)判斷，生成可以供導(dǎo)彈使用的信息，以便進(jìn)行下一步的決策。此外，智能感知系統(tǒng)還具有主動(dòng)學(xué)習(xí)，在線升級(jí)的能力，以便不斷更新機(jī)彈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而使系統(tǒng)的分析判斷能力不斷擴(kuò)展。而智能控制則是通過(guò)彈載計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)外環(huán)境信息的分析制訂相應(yīng)的控制決策，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈飛行狀態(tài)的針對(duì)性調(diào)整，解決目前程序化控制難以適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境、無(wú)法應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的問(wèn)題，降低導(dǎo)彈對(duì)外界信息的依賴(lài)性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下導(dǎo)彈在整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程中的智能化控制，提高導(dǎo)彈對(duì)實(shí)戰(zhàn)條件下不完備體系的適應(yīng)能力。人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于直升機(jī)載空空導(dǎo)彈的導(dǎo)航系統(tǒng)，主要研究關(guān)于組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合、多目標(biāo)截獲鎖定以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與濾波算法相結(jié)合等方面問(wèn)題。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)黑箱建模、非線性映射和學(xué)習(xí)能力，則系統(tǒng)狀態(tài)矩陣可由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為目標(biāo)系統(tǒng)的模型和逆模型參數(shù)識(shí)別;利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我學(xué)習(xí)和適應(yīng)性，計(jì)算新數(shù)據(jù)的實(shí)際方差和理論方差，提高濾波器精確度;利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波，可在直升機(jī)或空空導(dǎo)彈的衛(wèi)星定位信號(hào)失鎖時(shí)依然保證系統(tǒng)有足夠高的精度[29]。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)基于馬爾可夫決策過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，以解決智能體（例如飛行器）在與環(huán)境的交互過(guò)程中通過(guò)學(xué)習(xí)策略以達(dá)成回報(bào)最大化或?qū)崿F(xiàn)特定目標(biāo)的問(wèn)題。若試驗(yàn)條件不變，測(cè)試數(shù)據(jù)可重復(fù)使用，強(qiáng)化學(xué)習(xí)可從測(cè)試數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)控制算法而不使用系統(tǒng)先驗(yàn)信息。強(qiáng)化學(xué)習(xí)已成功應(yīng)用于機(jī)器人交互系統(tǒng)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，使復(fù)雜系統(tǒng)通過(guò)自我試錯(cuò)在給定環(huán)境中學(xué)習(xí)解決任務(wù)的策略[30]。

基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的PID 控制方法，能較好地解決直升機(jī)載空空導(dǎo)彈難以進(jìn)行精確的姿態(tài)控制和姿態(tài)抗干擾等難題。針對(duì)導(dǎo)彈PID 控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)參問(wèn)題，強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法利用當(dāng)前飛行器狀態(tài)參數(shù)信息（環(huán)境狀態(tài)），采取試探調(diào)參行為，以獲取環(huán)境反饋對(duì)此行為的評(píng)價(jià)和新環(huán)境狀態(tài)，根據(jù)評(píng)價(jià)決定算法是否產(chǎn)生該行為的趨勢(shì)，從而控制導(dǎo)彈實(shí)際參數(shù)精確跟蹤姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)指令。強(qiáng)化學(xué)習(xí)使得智能PID 控制器對(duì)模型參數(shù)的變化敏感度和依賴(lài)性降低，在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的控制行為與參數(shù)反饋的狀態(tài)及評(píng)價(jià)的反復(fù)交互作用下，使控制參數(shù)自適應(yīng)變化，且在小擾動(dòng)情況下具有較好的魯棒性。

2.3.2?制導(dǎo)引信一體化技術(shù)

制導(dǎo)引信一體化技術(shù)不僅可以精簡(jiǎn)直升機(jī)載空空導(dǎo)彈器件數(shù)量、降低全彈質(zhì)量，更能全面調(diào)用導(dǎo)引頭和慣導(dǎo)的測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確解算彈目相對(duì)位置信息和導(dǎo)彈脫靶信息，自適應(yīng)地起爆戰(zhàn)斗部、估算延遲時(shí)間、計(jì)算啟動(dòng)角提高引戰(zhàn)配合效率。該技術(shù)統(tǒng)籌規(guī)劃全彈制導(dǎo)和引信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電氣接口、數(shù)據(jù)處理等方面的設(shè)計(jì)要求[31]。

例如，采用信息融合的紅外制導(dǎo)引信一體化技術(shù)，使導(dǎo)彈的成像引信可充分獲取制導(dǎo)提供的彈目交會(huì)信息實(shí)現(xiàn)最佳引戰(zhàn)配合起爆控制，提高引戰(zhàn)配合效率[32]。該技術(shù)通過(guò)增加一個(gè)與紅外成像探測(cè)系統(tǒng)同軸的微型近距激光測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)成成像測(cè)距一體化系統(tǒng)，利用紅外被動(dòng)成像和主動(dòng)激光探測(cè)的互補(bǔ)性，通過(guò)二者數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)彈目距離信息的探測(cè);又由于制導(dǎo)引信一體化系統(tǒng)的紅外成像探測(cè)系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)時(shí)刻不同，故存在時(shí)統(tǒng)問(wèn)題，為此采用異類(lèi)傳感器異步航跡融合方法，就可以提高跟蹤精度，實(shí)現(xiàn)引戰(zhàn)配合精確起爆控制[33]。

2.3.3?定向戰(zhàn)斗部技術(shù)

定向戰(zhàn)斗部的基本思想是集中戰(zhàn)斗部的破壞效能于目標(biāo)的方向，實(shí)現(xiàn)定向殺傷，顯著提高戰(zhàn)斗部的能量利用率。定向戰(zhàn)斗部根據(jù)技術(shù)途徑和結(jié)構(gòu)原理的不同，也分別稱(chēng)為可瞄準(zhǔn)戰(zhàn)斗部（Aimable Warhead）、可變形戰(zhàn)斗部（Deformable Warhead）等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，定向戰(zhàn)斗部已成為直升機(jī)載空空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的發(fā)展趨勢(shì)。

在諸多形式的定向戰(zhàn)斗部中，偏心起爆戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、無(wú)需改變現(xiàn)有導(dǎo)彈的控制模式和結(jié)構(gòu)，而且由于起爆控制比其他形式的定向戰(zhàn)斗部較簡(jiǎn)單，這將給引戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。此外，由于該方案不需在主裝藥引爆前對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改變，故對(duì)殺傷元素的選擇范圍較寬，可針對(duì)不同的典型目標(biāo)，特別是直升機(jī)選擇合適的殺傷元素，如離散桿、預(yù)制破片或半預(yù)制破片等。偏心起爆驅(qū)動(dòng)破片飛散方案的缺點(diǎn)是，破片在定向方向的速度有一定增益，但破片密度增益不夠理想，若在結(jié)構(gòu)形式上加以改進(jìn)，如對(duì)中心波形控制器、起爆方式及其匹配關(guān)系進(jìn)一步研究和改進(jìn)，可望使破片數(shù)量的增益得到提高。因此，從總體性能及技術(shù)的可行性來(lái)看，偏心起爆戰(zhàn)斗部方案是直升機(jī)載空空導(dǎo)彈定向戰(zhàn)斗部的一種較好選擇，可作為當(dāng)前主要的研究方向。

近年來(lái)，研究人員對(duì)爆炸變形戰(zhàn)斗部作了較多的研究，吸收定角飛散的優(yōu)點(diǎn)，定向破片增益大，爆炸作用下的變形時(shí)間很短。其技術(shù)關(guān)鍵是輔助裝藥和隔爆裝置的設(shè)計(jì)及其對(duì)非對(duì)稱(chēng)殼體變形形狀的控制，同時(shí)還要求主裝藥可變形，考慮爆炸變形過(guò)程對(duì)導(dǎo)彈側(cè)滾的影響及爆炸變形響應(yīng)時(shí)間與引戰(zhàn)配合等問(wèn)題。因此，其技術(shù)難度較大，還需繼續(xù)研究[34]。

2.3.4?通用化、模塊化和小型化

通用化、模塊化是當(dāng)前先進(jìn)直升機(jī)載空空導(dǎo)彈遵循的設(shè)計(jì)原則，考慮新型直升機(jī)載空空導(dǎo)彈要與多種作戰(zhàn)平臺(tái)及發(fā)控裝置兼容，主要包括不同類(lèi)型直升機(jī)載武器裝備中尺寸和功能相似的零部件的通用、不同類(lèi)型直升機(jī)的機(jī)載武器裝備的通用、直升機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載武器的通用等，從而實(shí)現(xiàn)其跨平臺(tái)作戰(zhàn)，兼具通用性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等，為提升武裝直升機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)的效費(fèi)比創(chuàng)造條件[35]。模塊化和通用化設(shè)計(jì)可大幅縮減空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制周期，使研制過(guò)程高效、經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)品交付后便于維護(hù)，延長(zhǎng)其服役時(shí)間。例如，俄羅斯的RVV-MD導(dǎo)彈兼顧了模塊化及通用化的設(shè)計(jì)原則，該彈用于裝備戰(zhàn)斗機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)和直升機(jī)，其氣動(dòng)布局、結(jié)構(gòu)和外形質(zhì)量特性與R-73E導(dǎo)彈相同[4]。

考慮到武裝直升機(jī)負(fù)載能力有限，無(wú)論是掛載空間還是起飛重量都會(huì)限制導(dǎo)彈體積和質(zhì)量。目前應(yīng)用于空空導(dǎo)彈小型化設(shè)計(jì)的技術(shù)主要有小彈徑高效能推進(jìn)技術(shù)、小型智能引戰(zhàn)技術(shù)、小型成像導(dǎo)引技術(shù)、小彈徑低阻大機(jī)動(dòng)氣動(dòng)技術(shù)、小型捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)等[36]。

以導(dǎo)引頭的小型捷聯(lián)位標(biāo)器為例，紅外導(dǎo)引頭的球形頭罩使導(dǎo)引頭的飛行阻力難于降低。在形狀不能改變的前提下，降低頭罩直徑是唯一的選擇。為了降低頭罩直徑，開(kāi)發(fā)兩軸捷聯(lián)位標(biāo)器是一種可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑。此項(xiàng)技術(shù)包括俯仰/橫滾兩軸位標(biāo)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、捷聯(lián)穩(wěn)定跟蹤技術(shù)、探測(cè)器固定彈體的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。兩軸位標(biāo)器減少了一個(gè)軸，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了體積;捷聯(lián)穩(wěn)定跟蹤技術(shù)則通過(guò)把速率陀螺轉(zhuǎn)移到彈體上而降低了平臺(tái)體積和重量。探測(cè)器固定彈體的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)則把探測(cè)器轉(zhuǎn)移到彈體上，既降低光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的體積，又可以采用閉環(huán)制冷機(jī)，從而使導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗巡航時(shí)間不受氮?dú)獾南拗芠37]。

2.4?關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)

針對(duì)未來(lái)武裝直升機(jī)將進(jìn)一步提升其攻擊范圍、抗干擾能力以及復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力的作戰(zhàn)需求，本文介紹的直升機(jī)載空空導(dǎo)彈關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域匯總見(jiàn)表1。

3?結(jié)?束?語(yǔ)

創(chuàng)新求變者勝，保守僵化者敗。復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)、不斷提升的需求將是直升機(jī)載空空導(dǎo)彈發(fā)展源源不斷的動(dòng)力。新的技術(shù)和方法有些尚處于理論研究和探索階段，在直升機(jī)載空空導(dǎo)彈研制領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較少，可以借鑒應(yīng)用于其他領(lǐng)域的新技術(shù)，加快導(dǎo)彈系統(tǒng)對(duì)新技術(shù)的吸納和移植應(yīng)用。分析、梳理新技術(shù)在不同平臺(tái)應(yīng)用中的限制條件、技術(shù)瓶頸以及不同學(xué)科的融合，將是未來(lái)研制過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。最終，構(gòu)建直升機(jī)載空空導(dǎo)彈高度信息融合、空中和地面整體聯(lián)動(dòng)的多維度協(xié)同作戰(zhàn)必將成為克敵制勝的法寶。

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