弹道修正引信发展综述

赵玉清，李建强，刘 言，甄春艳，薛倩毓

(豫西工业集团有限公司，河南 南阳 473000)



弹道修正引信发展综述

赵玉清，李建强，刘 言，甄春艳，薛倩毓

(豫西工业集团有限公司，河南 南阳 473000)

弹道修正引信可以解决火炮、弹药在远程化的同时散布加大的问题，为促进弹道修正引信的发展，介绍了弹道修正引信的发展史；介绍了法国“斯帕西多”、英德“欧洲”、美国PGK、MGK、英国“银弹”、俄罗斯“迪纳米卡”等典型弹道修正引信及其特点；归纳了弹道修正引信效费比高、可通用于多种口径弹药、可使库存传统弹药灵巧化等一系列优点。提出应当大力发展弹道修正引信，并且一维、二维同步发展。

引信；弹道修正；发展

0 引言

炮兵在复杂地形和城市作战条件下是必不可少的战术火力支援力量。炮兵要打击的目标有时距己方阵地或平民目标太近，容易造成附带损伤。精确制导炮弹价格太高。弹道修正引信是弹道修正技术与引信技术相结合的产物，普通弹药安装弹道修正引信后，即具备弹道修正能力。许多国家都在开展弹道修正引信研发工作，美国M1156弹道修正引信(PGK)是典型代表。2013年6月，它在美国陆军驻阿富汗部队的初步部署工作完成，标志着弹道修正引信技术正式得到应用[1]。

弹道修正引信利用信息技术对常规弹药进行改造，成本低、效益高，对提高炮兵武器在未来战争中的适应性和作战效能具有重要意义。GPS接收机和数据传输设备小型化以及承受高过载的灌封加固技术使弹道修正技术得到长足发展[1]。

为满足低成本、高精度的弹药需求，美、英、法、德、以、俄等国都正在研制弹道修正引信。它具有研发、采办费用低，效费比高，经济效益显著，研制周期短，长期储存免维护的特点。配用弹道修正引信的弹药附带损伤小，用弹数量减少，减轻了后勤负担，作战使用与现有炮弹基本相同，反应时间短，实用性强。它是未来非制导炮弹提高射击精度以及对库存炮弹智能化升级的重要途径之一[1]。

弹道修正引信取代原来的炮弹引信，使弹丸在空中飞行时可以控制，以提高炮弹的命中率。其基本原理是在弹丸发射前根据探测到的炮位坐标、目标坐标等信息预先装定标称弹道信息，弹丸发射后探测飞行弹丸的实际弹道，将此实际弹道与预先装定的标称弹道进行比较，结合更新的目标信息计算出弹道偏差，并根据偏差的大小控制引信上的修正机构进行距离或(和)方向修正。它将传感技术、信息处理技术和控制技术等引入到传统武器系统中，其主要特征是在外弹道上，测量装置可以测量弹道偏差，并利用执行机构改变弹体的弹道参数，以减小弹道偏差量，达到提高射击精度的目的[2]。

前人对弹道修正引信的发展进行了很多介绍，有的论文介绍的深度不够，有的缺乏对近期发展的介绍。为了加速弹道修正引信的发展，对我国弹道修正引信的研制工作添砖加瓦，在收集国外资料的基础上，对国外弹道修正引信结构、原理、设计特点及近期发展进行介绍和分析。

1 弹道修正引信的发展

弹道修正引信除具有传统的引信功能外还具有弹道修正功能。一维弹道修正引信只修正射程；二维弹道修正引信既修正射程又修正方向。

美国于20世纪70年代中期最早提出弹道修正引信的概念,当时被称作末端修正的旋转弹(TCSP),主要目的是为了填补无控70 mm 火箭与 海尔法反坦克导弹之间的空缺。随后, 美国陆军和海军又研究一种低成本高性能弹道修正弹(LCMM), 计划分三个阶段研制。 第一阶段是研制 GPS校射引信。这种引信没有弹道修正功能, 但不等落地就能报告落点位置，并于1991年成功进行了射击实验。在射程为 40 km时, 能将校射时间减少为原来的1/2～1/3。第二阶段是研制一维弹道修正引信, 由引信对距离误差进行修正。其基本原理是: 火炮射击时瞄准的不是目标中心, 而是散布椭圆的远点。发射后,不断检测弹丸实际飞行弹道, 预测落点, 根据落点超越目标中心的距离，选择一个最佳时机, 控制引信上的阻尼装置张开，使射程因为阻力加大而缩短，落向目标中心。 第三阶段是研制二维弹道修正引信，弹丸发射后通过测定弹丸飞行运动参数和空间位置，经过处理计算出偏差，通过引信的修正机构依据弹丸滚转姿态进行射程修正和方位修正。在射程超过100 km 时, 能将误差减少为原来的1/10～1/3。英国宇航系统公司旗下的美国联合防御工业公司宣称，于 2005年 6月在尤马试验场成功进行了二维弹道修正引信样弹的实弹射击演示。这是二维弹道修正引信的首次亮相。该引信适用于陆军现有的155 mm和 105 mm炮弹。实验采用 M795式155 mm练习弹, 对射击结果分析表明, 使用此二维弹道修正引信后射击精度达到了50 m以内[3]。

2 一维弹道修正引信

2.1 法国斯帕西多弹道修正引信

SPACIDO指令式弹道修正引信配用105毫米和155毫米火炮的榴弹上，如图1所示。整个系统由多普勒雷达、发射机、弹道计算机、引信及装定器构成，如图2所示。引信可安装进北约制式2 inch引信室。SPACIDO弹道修正引信可让炮弹的精度得到较大提高[4]。

图1 SPACIDO弹道修正引信Fig.1 SPACIDO course correction fuze

使用SPACIDO引信，雷达在飞行弹道起始段的5 km内跟踪弹丸，弹道计算机对实际弹道和理论弹道进行对比，从而计算出修正因子，并根据修正因子确定阻力片的展开时机，发射机向引信发送修正指令，引信的阻力片展开，修正弹道。在弹道末段，引信可按照事先选定的模式作用，包括触发(瞬发、延期)、定时或近炸[4]。

SPACIDO弹道修正引信结构如图3所示。引信利用FRAPPE多用途引信的部件，引信头部安装射频传感器、射频接收机和天线，引信中部是电池、信号处理电路和阻力片机构，引信底部是程序和电子模块、安全和解除保险装置和传爆序列[5]。

SPACIDO弹道修正引信的设计特点：指令修正，引信不测量弹道。由于雷达、发射机和弹道计算机在炮上，所以引信结构简单。

图2 SPACIDO弹道修正系统Fig.2 The system of SPACIDO

图3 SPACIDO弹道修正引信结构Fig.3 The construction of SPACIDO

2.2 欧洲弹道修正引信

欧洲弹道修正引信(ECF)由英国BAE系统公司全球作战系统分部和法/德合资企业容汉斯微技术公司联合研制。使用阻力片，射程散布为40 m，可以替代现有引信，配用105 mm和155mm榴弹炮榴弹上[6]，如图4所示。

图4 欧洲弹道修正引信Fig.4 Europe correction fuze

欧洲弹道修正引信设计特点：GPS弹道测量和使用一大一小两对阻力片修正弹道。

3 二维弹道修正引信

3.1 美国M1156弹道修正引信

M1156弹道修正引信又称为精确制导组件(Precise Guidance Kit，PGK)，配用的武器平台：155 mm火炮：弹药品种M795、M549、M107、DM111、XM1128；迫击炮：弹药品种APMI、PERM。可旋入北约制式引信室中。主要指标：精度：30 m(CEP)。引信由定高器、固定鸭舵、GPS天线和接收机、信号处理器、M762安全与解除保险装置以及传爆管等部件构成[7]。

引信中部是GPS接收机，无线电定高器，弹载计算机和电路板。固定鸭舵跟导弹上的完全不一样：它的根部没有转轴，而是与下面的一个外壳 “焊”在一起。由于鸭舵和导转翼外径大于弹口，在平时存储中，炮弹的头部需要盖上一个鸭舵盖，以保护鸭舵，并且协助将编程数据装定到引信中。外壳内是永磁体，通过前轴承、后轴承套在引信体外，因此外壳和鸭舵能自由旋转。引信体内有转子线圈和可变负载系统。外壳和鸭舵相对引信体转动发电，如图5所示[8]。

图5 PGK弹道修正引信Fig.5 PGK course correction fuze

在发射后，引信体和弹丸一起向右旋转。外壳、鸭舵和永磁体组成的可旋转部件在差动式偏斜导转翼的作用下，向左旋转，发出的电送到可变负载系统中。由于“鸭舵”随着外壳转动，修正方向也在连续迅速改变，旋转一周后各向抵消，除损失射程外，不起修正作用。通过实时、连续调整可变负载，控制可旋转部件降低左旋速度，直至相对地面不旋转。这个过程叫做“消旋”[9]。

固定鸭舵停转后即可修正弹道，停在水平位置修正射程远近，停在垂直位置修正左右方向，停在倾斜位置还可以远近、方向同时修正[10]。

原计划通过PGK I、PGK II和PGK III三个阶段的螺旋式发展，配用精确制导组件弹丸的打击精度逐步提高，配用弹种和装备的平台不断拓展。第一阶段引信长度远远超过标准，计划第二阶段缩短，但是战场试用很受欢迎，提前给了M1156编号列装。

M1156弹道修正引信的设计特点：

引信的一部分不随弹丸旋转，即保留了炮弹的旋转稳定优势，又可以将舵用于高速旋转弹丸；

利用固定舵与弹丸的速度差发电，同时又利用电机负载的变化控制固定舵的转速和停留位置。

只有一个运动部件，通过带固定鸭舵的外壳的一维旋转实现弹丸的二维修正。

3.2 MGK迫击炮弹弹道修正引信

在PGK获得成功后，ATK公司将其移植到制式M934式120毫米迫击炮弹上，称为Mortar Guidance Kit,MGK。引信安全和解除保险机构更换为普通迫击炮弹引信的。加装MGK弹道修正引信后，弹的CEP为10 m。

配套开发设备中还有M32轻型手持式迫击炮弹道计算机，M150/M151非车载迫击炮火控系统，以及用于设定目标位置和制导信息的XM701精确轻型通用迫击炮弹装定系统。XM701系统中嵌入了为“神剑”155 mm精确制导炮弹研发的M1155A1改进型便携式感应炮兵引信装定器(EPIAFS)。这些改进工作均由美国陆军武器研发与工程中心完成。

2010年2月，经过试验对比考评，美国陆军为加速部署精确制导迫击炮弹紧急项目(APMI)选定了ATK公司的设计方案——Mortar Guidance Kit，MGK制导迫击炮弹。2011年3月，ATK公司签订了合同，提供替换120 mm迫击炮弹制式引信的迫击炮弹弹道修正引信。

MGK弹道修正引信的设计特点：

移植而非新研，ATK公司借鉴了PGK的技术，在设计上有很多相似之处。两者的零部件中有90%相同，ATK公司的PGK生产线也能完成MGK的生产任务，这大大降低了研制、部署整个环节中的风险和成本。仅仅11个月即完成。

由于PGK只能用于旋转弹，所以在M934迫击炮弹的尾翼上增加一个折叠弹翼，使迫击炮弹旋转。转速低不足以发电，可变负载调整转速也行不通，改用电池和电动机。

3.3 英国“银弹”弹道修正引信

“银弹”弹道修正引信由BAE系统罗卡尔公司研制，配装M777榴弹炮等155 mm口径火炮发射，可取代155 mm炮弹的引信，旋入炮弹头部，为其提供弹道修正能力。引信采用GPS技术和模块化设计，通过无线数据链进行编程，并具有触发、延期、时间和近炸等多种功能。引信前端配有两对鸭舵，其中一对的面积比另一对要大，以尽可能减小空气阻力，如图6所示。

图6 “银弹”弹道修正引信Fig.6 “Silver Bomb”course correction fuze

在出炮口10 s后开始对炮弹的飞行弹道进行修正，圆概率误差小于20 m，可以有效对付时间敏感目标。射手只需粗略地瞄准就可实施射击，从而大量节省作战时间，快速完成任务[11]。此外，“银弹”弹道修正引信的成本低于阿连特技术系统公司的弹道修正引信。

“银弹”修正引信的设计特点：使用远比导弹舵机简单的机构操舵，成本低。采用真正的鸭舵，精度高，射程损失小。

3.4 俄罗斯迪纳米卡弹道修正引信

指南针设计局在2011年成功测试了一种适用于152毫米及以上口径炮弹的迪纳米卡(Dinamika)弹道修正引信。它包括引信部件、GLONASS接收机以及空气动力制导弹翼，用于取代原有炮弹引信。其弹翼可在飞行中展开，修正弹道。它不受气候影响，快速打击已知点目标。加装该引信的炮弹圆概率误差不大于10 m，单价略高于1000美元[12]。

由于资料有限，未掌握“迪纳米卡”修正引信的设计特性。对精度与成本数据存疑。

4 弹道修正引信主要性能特点

弹道修正引信主要性能特点如下：

1)对于面目标，效费比高于导弹。

2)可在不同口径火炮通用，研制、管理费用低于弹道修正弹。

3)能与库存火炮弹药相兼容。将库存的传统炮弹变为低成本的精确打击武器。

4)误差小，可以有效对付时间敏感目标，避免误伤友军和附带损伤，提高首发命中率，减少炮兵暴露于敌人火力下的时间。

5)减小了后勤负担。能显著降低弹药需求量，节约预算资金，并最终允许炮兵以更高效率完成更多的任务。

6)储存成本、运输成本、供应链成本、更换成本、火炮射击成本、单位生产成本、全生命周期维护成本显著降低。

弹道修正引信主要性能见表1。

表1 弹道修正引信主要性能

5 讨论

很多同志倾向于“弹道修正”专指依赖非制导的低成本巧妙措施实现弹道控制。而美国海军的GIF和以色列的TopGun等引信几乎是缩小的导弹，其原理、特点、研制难度、成本都更接近炮射导弹，似乎称为“制导集成引信”(GIF)或“制导引信”更确切。为避免陷于争议，本文未涉及此类引信。

二维弹道修正引信效费比高，可以解决增程炮弹散布增大的问题，使火炮在远程精确打击的潮流中重获新生，使库存“笨蛋”灵巧化，值得大力发展，已经逐渐被更多同志接受。特别是“银弹”类弹道修正引信有在低成本的前提下实现CEP达到10 m的前景，更令人振奋。

一维弹道修正引信射程散布EX最高水平可以达到40 m，对于幅员上百米的面目标(机场、码头、交叉路口、工事群都不止于此)，仅仅修正射程就够了(甚至有富裕，落点过集中，需要改换瞄准点才能全覆盖)，而一维弹道修正引信成本要低得多，这大概是欧洲起劲发展一维弹道修正引信的原因。把一维弹道修正引信看作突破二维弹道修正引信之前的临时过度是值得商榷的。对于大尺度的面目标，二维弹道修正引信的效费比未必能赶上一维。

因此，一维和二维弹道修正引信都值得大力发展。

[1]北方科技信息研究所.2013年世界引信火工品技术发展分析.北京:兵器工业出版社，2014.

[2]杨慧娟，霍鹏飞，黄铮.弹道修正弹修正执行机构综述[J]．四川兵工学报，2011，32(1)：7-9.

[3]张民权, 刘东方, 王冬梅,等. 弹道修正弹发展综述[J]. 兵工学报, 2010(S2):127-130.

[4]赵玉清，田斌，谢增亮等.弹道修正引信设计与发展趋势分析[J].四川兵工学报，2015(10):10-14.

[5]Nashville. SPACIDO 1D Course Correction Fuze .51st Annual Fuze Conference. May 22-24, 2007.

[6]Max PERRIN. Course Correction Fuzes Integration Technologies.55th Annual Fuze Conference. Salt Lake City, UT-May 24-26, 2011

[7]Tom Hillstrom, Paul Osborne.United Defense Course Correcting Fuze for the Projectile Guidance Kit Program.[C]// NDIA, 49thAnnual Fuze Conference. US:NDIA, 2005.

[8]陈永新,柏席峰.“一波三折”的“灵巧”迫弹.科学博客，2014-01-07

[9]曹红锦．美国精确制导组件技术发展现状分析[J]．四川兵工学报，2015(9)：22-25．

[10]薄学刚，韩晶，焦国太.基于落点预测的火箭弹变系数未制导律[J].探测与控制学报，2015，37(5)：84-88.

[11]杨恺华，祁克玉，王芹.基于模糊控制的二维弹道修正引信滚转角控制算法[J].探测与控制学报，2015，37(2)：19-24.

[12]王尔申，范云飞，庞涛，等.GPS接收机自由完好性监测算法硬件仿真[J].探测与控制学报，2015，37(5)：62-65.

Review on Development of Trajectory Correction Fuze

ZHAO Yuqing, LI Jianqiang, LIU Yan , ZHEN Chunyan, XUE Qianyu

(Yuxi Industrial Group Co. Ltd., Nanyang 473000, China)

The trajectory correction fuze can solve the problem of amplified dispersion while the projectiles or munitions realizing the long-range functions. In order to promote the development of trajectory correction fuze in the domain, the paper explained and analyzed the history of its development all over the world. Some typical trajectory correction fuzes and their respective characters, SPACIDO from France, the EUROPE from UK,DEU, the PGK and MGK from the U.S., the SILVER BULLET from UK, and the DINAMIKA from Russia etc. were described. The advantages of the trajectory correction fuze such as low cost, general application to munitions of various calibers, and ability for the stored conventional ammunition to be smarter were summed up. It, conclusively, showed that it was necessary to develop the trajectory correction fuze, and to develop both of the one-dimensional and the two-dimensional trajectory correction fuze simultaneously.

fuze; trajectory correction; development

2016-06-15

赵玉清(1962—)，男，河南遂平人，研究员，研究方向：引信技术。E-mail:1009824722@qq.com。

TJ43

A

1008-1194(2016)05-0001-05