引信的三大基础技术与发展要求

施坤林，黄 峥，牛兰杰，邹金龙，刘忙龙，梁 轲

(西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

引信是武器弹药的起爆控制系统，它既要保证弹药的使用安全，又要在最佳炸点可靠起爆弹药，以实现对敌目标的高效毁伤[1-2]。武器装备毁伤效能取决于战斗部的自身威力和引信的最佳毁伤控制能力，因而，引信是武器系统有效发挥毁伤效能的核心控制系统，其性能优劣对陆、海、空和火箭军武器装备的实战效能具有极其重要的影响。

现代先进引信要在严酷力学、复杂电磁以及强光电对抗等实战环境下确保安全，致力于大幅度提升炸点控制能力，实现弹药爆炸及能量释放过程可控，从而大幅度提升武器装备毁伤效能[3]。因此，从重要特性看现代引信的三大基础技术是引信高安全性技术、引信抗干扰技术、毁伤控制技术。从目前要求的迫切性看，引信的抗干扰技术应排在首位。

1 国外引信三大基础技术的发展情况

20世纪90年代美国就将引信技术列为国防七大关键基础技术之一。经过数十年的持续重视和发展，美国等发达国家的引信已经从实现简单起爆功能的机械引信、精确炸点控制的光电近炸引信[4]，向自适应炸点控制引信和最佳毁伤控制引信不断进行升级换代，其抗干扰能力、毁伤控制能力、安全控制能力得到大幅度地跨越提升。

近年来，国外先进引信技术在三大基础问题的发展中具有以下突出特点。

1.1 强电子对抗能力成为引信的强制要求

美军已经把引信的电磁防护能力和电子对抗能力提到了一个非常高的高度，从上世纪90年代的“强电子对抗能力”定性要求发展到21世纪初的“抗干扰能力提高100倍”量化要求，进入21世纪又提出了“绝对的电子对抗安全”的电磁防护能力和电子对抗能力的极高要求。同时，美国在研究和发展强电磁能量武器时,十分重视武器装备电磁环境效应，从20世纪60年代的防射频危害已经发展到明确提出“对电磁干扰和电磁脉冲的安全性”要求，已形成检验引信系统抗强电磁脉冲能力的标准。

表1 美军引信电磁防护要求发展脉络

1.2 最佳毁伤控制能力成为引信的发展方向

美军已经从精确起爆范围控制发展到最佳炸点控制，如美陆军加榴炮多选择引信对地炸点高度能控制在9～10 m范围内，使弹药实战毁伤效能提高5～10倍[5]。同时，美军利用微惯性测量单元和全球定位系统(GPS)组合导航测量引信空间运动并进行弹道一维或二维修正[6]，提高了传统无控弹药的命中点和炸点精度，目前集成了弹道控制、起爆控制和作用方式控制的二维弹道修正引信已经正式列装，作用可靠性达到97%。美军正在加速向自适应炸点控制、最佳毁伤控制方向发展，提出了基于弹药终点杀伤概率最优计算系统，在判别目标类型的基础上，确定易损部位，从而动态计算出最优起爆点所对应的位置、姿态、速度等参数，实现命中点调整和精确起爆控制相结合的毁伤元素投送与释放。

1.3 全弹道、全寿命周期、不敏感安全控制能力成为引信的新标准

此外，美国在2001年即制定了《不敏感弹药大纲》，并在2007年启动了联合不敏感弹药技术项目(JIMTP)，制定了《不敏感弹药战略规划》，其中明确了对不敏感引信技术的需求和重点[7]。目前，美国在海、空武器弹药的不敏感引信技术方面进展很快，已经完成大量型号的研制、生产和库存改造。主要欧盟国家在新型弹药引信方面也已完成了不敏感技术的开发，而英国更是从2014年开始规定其生产的弹药(引信)应全部具有不敏感特性。

2 国内引信三大基础技术的现状

2.1 引信抗干扰技术发展现状

目前，我国引信采用的抗干扰策略与方法，主要从体制选择和信号选择、能量选择、时间选择、频域选择、极化选择、距离选择、空间选择等方面寻求解决办法，达到抑制干扰信号，增大有益信号的目的，从而提高引信的抗干扰能力。与国外同类引信相比，国内现有引信在抗干扰策略方面与国外引信大体相当，但在抗干扰方法和技术实现方面与国外还有很大差距，许多抗干扰措施只是针对干扰采取的适应性改进。总体来说，我国引信的抗干扰能力普遍欠缺，尚未形成统一的抗干扰能力评定方法，设计定型中的量化考核不全面，致使我国的引信在抗干扰能力测试和规范方面已与美国形成不对称的格局。

此外，我国引信在研制当中并没有专门考虑对高功率电磁能量的防护，强电磁防护技术才开始研究，试验与考核手段欠缺。多次强电磁能量武器对引信干扰实验表明，当前的高功率微波武器能够有效干扰我国几种型号的引信，干扰有效率达50%以上。与美国对比分析可知，我国在引信对高功率电磁脉冲的防护要求和能力上远远低于美国，而美国的高功率微波武器水平又高于我国。可见，我国引信正面临美国强电磁能量武器的严重威胁。

2.2 引信毁伤控制技术发展现状

国内引信毁伤控制技术水平多数处于第一代引信和第二代引信阶段，少量处于第三代引信阶段。对地杀爆弹药引信主要以连续波多普勒引信为主，抗干扰能力和毁伤效能低；虽然装备了少量调频引信，但在探测频段上采用特定波段，定高精度差。对空拦截导弹引信主要采用无线电或激光探测，通过引信制导一体化提高了引战配合效率，但引信抗干扰能力和方位识别能力差。反地下深/多层硬目标侵彻引信实现了定时、计层起爆功能，但适应着靶速度不高，引信存在高速侵彻下抗冲击过载能力不够、无法精确识别混叠信号导致计层不准等问题。此外，与引信毁伤控制技术密切关联的目标精细成像、易损部位识别、引信与指控平台信息交联、引信自组网协同攻击等技术还处于跟踪研究阶段。

此外，国内引信毁伤控制技术在具体设计和技术指标要求上与国外始终存在较大差距，如国内近炸引信炸点控制精度的技术指标仅提到±几米的散布范围，且在有利炸高范围内的正常作用率指标偏低，而国外主要装备的性能指标已经达到±0.5 m，正常作用率可达95%以上。

2.3 引信高安全性技术发展现状

目前国内引信高安全性技术已经能够满足勤务处理安全和发射周期内的安全要求，但是与国外已经推行的全弹道安全和全寿命周期安全方面的要求还存在较大差距。同时，国内对不敏感弹药(引信)的研究尚处在起步阶段，在某些高价值武器上已经提出不敏感弹药的试验要求，但目前仅是参照国外相关要求对不敏感引信的基本原理进行了探索研究。

对于不同类型的引信安全系统：机械式安全系统在陆军弹药的机械引信、机电引信和第二代无线电引信中大量应用，通过强制执行GJB373-1997《引信安全性设计标准》后，炮口安全距离内的安全性得到了有效提高，但安全系统的抗复合增程弹药的弹道干扰能力还有待提高。机电式安全系统在导弹和高价值弹药中大量应用，基本上靠弹药控制系统直接给出解保信号驱动安全状态转换，其解保激励信息的可信度有待提高。全电子安全系统已经开始在多种型号中获得应用，在导弹中的全面推广应用还未形成；同时，全电子安全系统抗高过载技术、高压电容/高压开关等核心元器件的国产化、小型化技术还没有完全突破，其成本和小型化尚不能完全满足炮弹等弹药大规模装备的需求。

3 现代引信三大基础技术的要求和发展方向

引信技术始终被世界各国作为军事核心技术，不可能通过技术引进获得，只有通过不断地自主科技创新，借鉴国外发达国家的发展经验，不断将最先进的科学和技术与引信技术融合，加速在引信抗干扰技术、毁伤控制技术、高安全性技术等核心基础技术领域取得重大创新性突破，才能确保在未来发展中获得领先优势，占领世界引信技术发展的制高点。

优良的社会管理环境，安定团结的政治局面是开展一切社会管理活动的前提，因为“没有稳定的环境，什么都搞不成，已经取得的成果也会失掉”［1］284。

3.1 引信抗干扰技术

对引信的干扰主要分为信息型干扰和能量型干扰两大类：信息型干扰主要是当前对无线电引信战场生存能力威胁较大的引信干扰机，干扰方式包括由侦察机引导的窄带扫频式干扰，以及基于数字射频存储技术的转发式干扰；能量型干扰主要包括窄带高功率微波和超宽谱高功率微波武器，大功率雷达和通信设备等干扰。

在抗干扰技术中，要求引信能够在遭受中等或强电磁干扰环境(连续波干扰平均场强400～700 V/m，窄带高功率微波峰值场强5～10 kV/m，宽谱高功率微波峰值场强50～100 kV/m)时，在到达预定炸点前不早炸、不损坏，干扰区外仍能正常工作；在遭受各种极恶劣电磁干扰环境(连续波干扰平均场强1000 V/m，窄带高功率微波峰值场强20 kV/m，宽谱高功率微波峰值场强200 kV/m)时，引信不早炸。

未来发展中，引信抗干扰技术可以根据弹目交会物理过程给引信探测回波信号带来的固有信号特征和规律，充分利用干扰信号无法完全模拟具有特定引信天线波束形状、特定落速、落角等弹目交会条件下的真实目标回波信号变化规律，特别是真实目标回波谱分布特征等弱点，以及射频存储转发式干扰技术难以干扰非周期编码工作的近程探测器的弱点，采用天线空间滤波技术，减小侦察捕获概率和被干扰强度；采用时频分析数字信号处理技术，对干扰信号和真实目标回波信号进行辨识，有效提高引信的抗电磁干扰能力。在引信探测器与信息装定接口电路中强制采取强电磁防护设计。

3.2 引信毁伤控制技术

引信的核心使命是实现弹药毁伤效应的最佳控制，最大程度地实现对目标的高效毁伤，并降低附带毁伤。

在毁伤控制技术中，要求引信提高毁伤控制能力，可以根据作战使命实时装定或自适应确定炸点控制要求，实现最佳毁伤控制；可根据弹目交会条件自适应控制炸点，实现在各种情况下的最佳引战配合；可实现引信对战斗部的二维起爆控制，具备三种功能：其一，对定向战斗部，引信能实现炸点控制和起爆方位控制；其二，对多模战斗部或效应可调战斗部能实现炸点控制和起爆模式控制；其三，对对地弹药，通过弹道修正引信技术，实现弹药落点和起爆点控制。引信炸点落入最佳毁伤区的概率优于95%。

未来发展中，引信可以利用随机脉位脉冲调频定高或测高、扩谱或超宽带冲激雷达探测实现对地精确定高，利用窄波束无线电或激光引信实现对空精确定位，利用引信和武器系统的信息交联实现炸点分档装定。对地引信通过多波束复合探测器的信号融合处理，获取弹丸落角、落速信息，根据引战配合模型实时计算最佳起爆高度，并控制引信在该高度准确起爆，实现对地面目标的最佳毁伤。对空引信通过引信自身或导引系统获取弹目交会信息，实时计算最佳起爆延时时间，实现对空中目标的最佳毁伤。对弹道修正引信，通过低成本卫星定位模块及简易舵机控制，实现对弹药的一维或二维修正，并依靠近炸引信实现最佳炸点控制。对定向战斗部，通过多分圆激光或无线电探测技术，完成对目标轴向位置和径向方位的识别，实现最佳起爆时机与起爆方位控制。对多模或效应可调战斗部，通过引信成像探测器完成目标类型及位置的识别，实现最佳炸点和起爆模式控制。

3.3 引信高安全性技术

目前引信已经实现了勤务处理、发射周期和安全分离距离内的安全，要在此基础上进一步向全弹道安全和全寿命周期推进。

在高安全性技术中，要求在现役引信已经基本解决勤务处理、发射直至解除保险距离内的安全性的基础上，使未来引信在快烤、慢烤、子弹撞击等极端环境下满足不敏感弹药要求；解决引信在强电磁环境下的安全性问题。为满足一体化联合作战模式，要求引信在飞行弹道直至遇目标前的安全性，并且具有任务中止恢复保险的功能。为应对国际舆论对战后平民安全的关注以及集束弹药国际公约的限制，要求引信具有自失能、自失效功能，实现战后未爆弹药的“钝感化”；要求引信实现全寿命周期安全状态监控和安全授权管理，大幅降低弹药意外丢失造成的安全隐患。

未来发展中，可以通过研究热、冲击应力作用下引信的失效机理，通过隔热、缓冲、泄压等能量缓解技术，实现引信的不敏感特性；通过多点起爆、爆轰波增强等技术实现不敏感弹药的可靠起爆技术；通过电磁加固技术实现引信安全系统在强电磁环境下的适应性。可以通过研究引信在全弹道复杂力学环境下的失效机理，进一步提升机械式安全系统在全弹道的安全性能，通过采用具有感应装定功能的机电式安全系统实现近目标解除保险，广泛采用电子安全系统并结合嵌入式数据链实现任务中止恢复保险的功能。可以采用基于高压起爆和激光起爆的直列式引信、对热及冲击不敏感的传爆序列等技术，降低战后平民未爆弹药可能造成的安全风险；可采用基于RFID技术的远程网络化技术，实现引信全寿命周期的安全监控；可采用基于MEMS安全密码锁引信安全系统技术，实现特殊授权安全管理，防止弹药的非授权使用。

4 结束语

引信技术是集成多学科、多领域中最先进科学与技术的创新和结晶，作为国防科技关键基础技术，引信在充分发挥武器弹药终端毁伤效能方面的关键作用和重要地位已得到国内外军事领域的普遍认同和肯定。世界兵器科技发展的实践证明，引信技术的历次重大突破都给武器装备发展带来重大变革。因此，可以预见，引信技术的创新发展，将使弹药的毁伤效能发生革命性的飞跃，大幅提升武器装备的作战能力和毁伤效能。

面对未来作战模式、多样化武器系统平台、新威胁目标和复杂作战环境等对引信的新需求，迫切需要加速引信抗干扰技术、毁伤控制技术、高安全性与可靠性技术的创新发展，努力在引信复杂战场环境下目标多维信息精细探测识别、全弹道安全状态可逆控制、最佳毁伤控制与毁伤效应可调等前沿领域取得重大创新性突破，并驱动我国引信行业在设计理论、试验方法、测试技术、评估准则和工程化验证等方面取得突破性成果，实现引信技术与装备的跨越式发展。

[1]马宝华. 坚持自主创新，实现我国引信技术与装备的跨越式发展[J]. 探测与控制学报，2007,29(1):1-4.

[2]马宝华. 现代引信的控制功能及特征[J]. 探测与控制学报，2008,30(1):1-5.

[3]施坤林，黄峥，马宝华，等. 国外引信技术发展趋势分析与加速发展我国引信技术的必要性[J]. 探测与控制学报，2005,27(3):1-5.

[4]崔占忠. 引信发展若干问题[J]. 探测与控制学报，2008,30(2):1-4.

[5]牛兰杰，施坤林，赵旭，等. 微机电技术在引信中的应用[J]. 探测与控制学报，2008,30(6):54-59.

[6]Liang Ke, Huang Zheng, Zhang Jingmin. Optimal design of the aerodynamic parameters for a supersonic two-dimensional guided artillery projectile[J]. Defence Technology, 2017,13(3):206-211.

[7]邹金龙，雷雅茹. 不敏感弹药对引信技术的要求内涵[J]. 探测与控制学报，2016,38(1):1-6.