国外导引头技术现状及发展趋势

2012-04-20徐春夷

制导与引信 2012年2期

徐春夷

（上海无线电设备研究所，上海200090）

0 引言

精确制导技术从提出到现在已经发展了将近20年的时间，随着控制理论、信号处理理论、基础电子技术以及大规模集成电路技术等的不断发展，精确制导技术已经逐步向精细型方向发展。纵观2011年的发展动向，国外精确制导技术的发展和应用已经完成了从理论阶段到工程阶段的转化，并开展了一系列演示验证试验，将精确制导武器的攻击范畴不断扩大，实现了对空天目标的打击覆盖。随着工程化程度不断深入，结合先进的制造加工工艺，精确制导武器继续沿着降低成本／扩大使用范围、改善性能两条主线发展。

从技术层面上来讲，以成熟的激光半主动、微波半主动、微波主被动等制导体制为基础，结合先进的精确制导技术，采取适当的技术手段，对现有产品进行升级改造，既有利于充分发挥现有技术潜力，又能够以较低的成本快速提高现有武器装备的性能。此外，多模复合制导体制已经成为新一代精确制导技术发展主流，在成熟的制导技术上增加新的工作模式，以满足未来战场的各种需求，增强精确制导武器的战场适应能力和打击效能。

1 国外导引头技术发展现状

1.1 美国空军和洛·马公司联合开发制冷型三模

导引头

据洛·马公司网站披露，2011年8月美国空军研究实验室（AFRL）军需局和该公司签署了一份为期5 年的联合研究开发协议（CRADA），在未来五年里共同合作，帮助评估将制冷型三模导引头整合到空军武器平台的可行性。

洛克希德·马丁公司的制冷型三模导引头以三个成熟武器系统为背景，包括标枪（Javelin）、长弓（LONGBOW）和地狱火（HELLFIRE）。目前的第四代导引头已经完成了数千小时的实验室、炮塔和人工等多方面的测试，并在恶劣战场环境和制导飞行测试中获得验证。

制冷型三模导引头由一个半主动激光传感器、一个红外成像传感器（I2R）和一个毫米波雷达组成，可以锁定陆地或海上的移动和固定目标。制冷型红外成像传感器提供了导弹初始截获范围内无源探测及发射前锁定功能，大大提高了武器系统的生存能力。导弹发射后三种传感器协同工作，信息共享，可以在各种天气环境下工作，提升“发射后不管”的能力。洛克希德·马丁公司的三模导引头最近在一系列富有挑战的逼真战场环境中完成多种隐蔽对抗测试。测试结果显示，所有三种传感器模式成功协作，有效地完成各项测试任务。

1.2 美国AGM-88E反辐射导引头

美国海军和意大利空军于2008年8月在中国湖完成了 AGM-88E 先进反辐射导弹（AARGM）的第二次发射。该导引头采用了被动模式和主动毫米波（MMW）模式复合，当可以探测、识别、定位辐射目标源时由被动模式进行制导，若目标雷达关机，则前段飞行利用惯性导航系统／全球定位（INS／GPS）制导，后段飞行使用主动毫米波（MMW）雷达制导。

AARGM 用共形天线阵取代单柱式螺旋天线，这是一组独特的处理算法与天线、传感器系统，能改进测角精度，对近轴目标测量精度能达到l°～3°。

这种新的制导方案可能成为今后开发效能更高的反辐射导弹的关键技术，使未来的反辐射导弹具有双模制导能力，而不会显著增加导弹的成本和质量。

图1 美国AGM-88E反辐射导引头

1.3 美国AGM-88 HARM 导引头

美海、空军联合研制的AGM-88 HARM 是直接攻击型中近程ARM 的典型代表。它采用了新型无源宽带导引头，被动雷达寻的加惯性复合制导方式、可重编程、无烟发动机等多项先进技术，是迄今现役最先进的ARM，但也暴露出一些缺陷。例如，对目标辐射的依赖性大，超宽频宽导引头的灵敏度、测角精度受限，导引头的分辨角较大，工作频段为（0.8～18）GHz，天线波束宽度为50°～60°，跟踪角为4°～8°。存在宽视场和高跟踪精度的矛盾，波束内会收到很多目标信息，致使信号分选困难。

针对HARM 在实战中的不足，美军先后制定出多个改进计划：给HARM 装上综合了毫米波导引头和GPS中段制导技术的新型宽带导引头（先进反辐射导弹计划AARGM）；提高导弹攻击敌方GPS干扰机的能力（HARM 攻击干扰机计划）；更新HARM 的GPS 系统（AGM-88D 计划），该系统由美国、德国、意大利联合实施，具有卫星通信能力，用于网络战。

1.4 俄罗斯Х-31П 反辐射导引头

俄罗斯的Х-31П（北约代号AS-17）在技术上有其独到之处，导引头采用惯性导航加被动雷达制导体制，末段制导精度约为5m，不追求导引头宽频带、高灵敏度等难以达到的技术指标，利用现有成熟技术巧妙配合，采用3个有限带宽的独立导引头，能在较宽的频带范围内准确捕获与跟踪目标，命中精度高，简化了抗目标雷达关机的对抗措施，降低了载机对目标定位设备的要求。该型产品强调了远射程、高速度、强机动能力、高命中精度，可以适应21 世纪的战场环境。目前，Х-31П 的整体性能达国际先进水平，但价格却比HARM 低得多，改型潜力大［1-3］。

图2 俄罗斯Х-31П 反辐射导引头

2 国外制导系统发展现状

2.1 RIM-116导弹制导控制系统

RIM-116导弹制导、控制部分以“毒刺”便携式防空导弹为基础，在原有的玫瑰线扫描“红外／紫外”双色导引头上增加了新研制的被动雷达导引头，使得该导弹拥有了三模复合体制的导引头。

导引头直径70mm，最大视场±5°，采用“单通道旋转控制”方式工作。被动雷达导引头用于截获目标辐射信号，利用比相原理测定目标辐射源的角度位置，利用弹体旋转特性，仅需两根天线就可以完成两个维度的角度测量。制导末段，由被动雷达制导转为红外制导，采用玫瑰线扫描方式可以获得目标的热图像，提取红外图像中心位置进行制导。

由于采用被动雷达／红外复合制导模式，RIM-116导弹是一种具备“发射后自行截获／锁定目标”和“发射后不管”能力的导弹，可从多个方向拦截多批次反舰导弹。整个作战过程不需要舰上作战指挥系统进行复杂的解算和制导／控制，大大减少作战指挥系统的工作压力。

2.2 欧洲“Aster”导弹的制导与控制

Aster15和Aster30导弹采用改进后的马特拉公司“米卡”空对空导弹的Ku波段脉冲多普勒主动雷达导引头（AD4A）。该型导引头采用大功率发射机，数字化信号处理技术，具有跟踪高机动目标和较强的抗干扰能力，可使导弹以最佳的路线接近目标。

导弹初始飞行及中间段采用惯性导航+无线电指令修正。惯性导航系统包括一台意大利的惯导基准装置和一台通用电器公司的小型激光陀螺仪。中段启动飞行控制（PAF），采用空气动力系统装置。末段利用导引头信息控制导弹跟踪目标。最后拦截段采用直接推力矢量控制（PIF）和气动控制（PAF）复合指控精确拦截目标。

PIF由导弹重心附近的燃气发生器利用4个横向喷嘴直接产生横向加速度进行矢量控制，使导弹在接近目标示具有较高的机动过载。

2.3 ARM 的制导系统

ARM 与其它导弹的主要区别是导引系统不同。其导引系统起着探测目标、产生跟踪目标控制指令的作用，是导弹的核心部分。导引方法根据目标线的相对位置及其变化规律可分为：

a）按目标线与导弹速度向量的相对位置划分，有追踪法（两者夹角为零）、常值前置角法（导弹速度向量超前一个常值角度）；

b）按目标线在空间的方向划分，有平行接近法（目标线平行移动）、比例导引法；

c）按目标线与导弹纵轴的相对位置划分，有直接法（两者重合）、常值目标方位角法（纵轴超前）。

根据不同的发射方式，ARM 分别采用不同的导引方法。在对准发射方式下，采用速度追踪法；在非对准发射方式下，先按方案弹道飞行，然后转为速度追踪法。

ARM 制导系统的工作过程是在目标辐射源工作期间，利用导引头测得的目标信息与捷联惯导系统获得的导弹运动信息相结合，实时提供目标在惯性空间的位置，并控制导弹沿此视线飞行。一旦目标辐射源关机，被动导引头转入纯惯性制导，导弹沿着关机时刻所确定的目标实现继续对目标实施攻击。

ARM 制导系统的主要功能：在带飞段与机载火控系统协同工作，完成系统初始状态和射击诸元的装定，根据机载火控系统信息，完成对目标的探测和跟踪；在自主飞行段，按导弹飞行弹道控制规律实现导弹姿态的稳定和控制，在弹道末段按预定的导引规律引导导弹飞向目标。遇到干扰时，具有一定的抗干扰能力，继续引导导弹飞向目标。消除导弹弹射、助推器点火、脱落、主发动机点火造成的干扰。

3 主要发展趋势

3.1 微波雷达导引头

微波雷达导引头以其全天候的优势，始终占有雷达导引头的重要发展方向，但是由于技术应用的局限，尤其在高精度测量上的缺憾，使得其在精确制导方面深入有限，主要发展国家包括中国、俄罗斯和一些欧洲国家。

从技术角度来看未来微波雷达导引头主要面临的问题是探测跟踪隐身及高速激动目标，以及远距离拦截问题。这种需求也预示了微波雷达导引头的未来发展趋势：

a）目标探测距离明显增加；

b）进一步提高目标角坐标、速度和距离探测的分辨率；

c）可对信号和干扰实施智能处理，以在复杂的干扰环境下，从众多目标中探测出真正的目标。

发展未来微波雷达导引头主要依靠信号数字处理技术、远距离无线电信号技术、波束电扫描技术、宽频探测信号技术和综合信道技术等手段。

3.2 毫米波制导技术

40GHz～300 GHz频段称为毫米波频段。毫米波段介于普通微波和光学（红外，可见光）频段之间，特点是频带宽，兼有这两种频段的主要特长。近年来，由于毫米波固态器件和集成电路的进展，毫米波导引头在导弹制导方面得到了广泛的应用，并显示出了很强的发展势头。毫米波导引头除具有制导精度高、全天候、抗干扰能力强等特点外，毫米波导引头与微波导引头相比较，具有体积小、质量轻的特点，可以为其它模式的导引头的安装提供足够的空间。

毫米波制导技术在以下几个方面显示出了很好的发展前景：

a）毫米波导引头参与多模复合制导可以大大提高多模复合导引头的工作性能和抗干扰性能，使导引头占有的电磁频谱范围大大加宽，信号成分变得复杂，给对方的侦察和干扰带来困难，增强导引头的抗干扰能力；

b）利用毫米波成像导引头可以提高导引头对目标的识别能力，选择对目标的关键部位实施打击，提高导弹的攻击效率。

3.3 红外成像导引头技术

根据红外成像导引头的各项关键技术，其未来将向着双色、高分辨率凝视红外、智能化、轻小型化、通用化等方面发展。值得指出的是，红外成像导引头技术的发展也有向一体化方向发展的趋势。相应地，它的组成除探测器和信息处理机之外，还将控制系统的部分功能集成在导引头中，但这并不影响探测器和信息处理机所执行的功能和任务。

（1）双色、高分辨率凝视红外

随着现代材料生长技术和微电子技术的发展，红外探测器已经广泛采用凝视红外成像方式工作，双色红外作为一种多波长复合的红外成像方式，在频率覆盖范围、抗干扰等方面有独特的优势，收到广泛的关注。

（2）智能化

“发射后不用管”的能力要求导引头具备高度的智能化，它不仅是红外成像导引头的发展方向，同时也是其他导弹或武器系统的发展方向之一。智能化导引头要求导引头可以在充满各种干扰的战场环境中完成视场中目标的自动检测、识别与捕获，综合利用多个传感器的信息进行融合处理，能进行攻击点选择等。

（3）轻小型化

轻小型化是指随着新材料、微电子和光电子等高技术的飞速发展，探测器和信息处理机都有可能做得更小，使导引头的体积和质量呈数量级下降。轻小型化的结果，降低了对助推火箭发射质量的要求和全弹成本，使得武器的机动性、效费比必然大大提高。

（4）通用化

通用化是指所研制的系统能够适应多种型号、多种场合的制导武器，如美国SDI计划所研制的大气层外轻型射弹（LEAP）动能拦截器，就可供不同的弹道导弹防御系统（标准导弹、民兵导弹、近程攻击导弹——SRAM 等）使用，使得成本大大压缩，减少了不必要的重复投资［4-5］。

3.4 多模复合导引头

由于高新技术的大量涌现及其在精确制导技术中的广泛应用，如成像制导技术、GPS 技术等的广泛采用，将不断提高精确制导武器的信息化含量和智能化水平。

激光半主动+非制冷红外+毫米波雷达三模制导技术是典型的多模导引头技术代表，通过在现有的激光半主动，红外成像导引头技术上最佳毫米波雷达导引头技术，来达到技术相互弥补的目的，大幅提高导弹武器系统的抗干扰能力、全天候作战能力及自主作战能力，而且将提高其作战使用灵活性。

多模复合制导技术主要向以下几个方向发展。

（1）加强多模复合导引头设计、研制、生产能力

目前单模导引头的设计、研制和生产技术已经成熟，可以在2～3年内完成导引头的工程化研制和靶试，但是在多模复合导引头方面还没有一套完善的研制方法，同时在技术综合性人才方面、系统工程的综合应用方面过于薄弱，需要进一步加强。此外，多种模式的导引头生产加工工艺差异较大，测试方法迥异，产品配套、安装和调试方法也是有待进一步研究的一个主要方面。

（2）继续发展导引头与GPS+INS复合制导

一体化的GPS／INS 组合制导系统重量轻、体积小，具有良好的抗干扰性能，可以使导弹在大多数情况下按预定弹道运动，但是其所产生的制导偏差是不可避免的。GPS+INS提供的制导信息有相对精度高的特点，充分利用制导信息来完善和提高导引头的工作性能是一项有利可图的工程，在技术成熟度上更甚于多模式导引头复合技术，有较现实的应用前景。

（3）重视光学制导技术对微波制导技术缺陷的补偿

光学制导技术的优势在于能够对目标成像，相对来说雷达成像技术难以应用到导引头中，即使要应用在目前的弹道设计、信号处理能力、信息融合技术等方面都存在较大的问题。光学成像技术以其探测器轻巧的结构，可以较容易地加装到雷达导引头上，实现光学和微波制导复合。

（4）拓展制导技术的新领域

随着高新技术领域的拓展和进步，新的制导技术将不断涌现，如发达国家已经开始光学制导技术新频段红外多光谱、超长波红外、亚毫米波等方面的研究，并取得一定进展。这些技术将在多模复合制导技术中得到新的突破和应用［6-10］。