精确制导武器技术与发展趋势

12舰船电子对抗2001年

精确制导武器技术与发展趋势

周晓群

(船舶重工集团公司723所, 扬州225001)

摘要　直接命中概率大于百分之五十的导弹、制导炮弹和制导炸弹、制导鱼雷等制导武器统

称为精确制导武器。精确制导武器的关键在于制导系统, 常用的制导系统有指令制导、雷达制导、

电视制导、红外制导、激光制导、毫米波制导、地形匹配制导和数字景像匹配制导、全球定位系统辅助制导等。由于精确制导武器具有精确的制导系统, 所以命中精度极高, 具有反应敏捷的控制系统和识别并摧毁目标的能力, 抗干扰能力强, 且造价低廉, 能大批量生产和装备部队, 是使用和维护相对简便的新式武器。

精确制导武器能提高作战效能达几十倍到上百倍, 是现代战争中的重要武器。随着精确制导武器技术的进一步发展, 今后还将出现灵巧武器和智能武器。灵巧武器能自主探测和识别诸如坦克、汽车、建筑物等目标; 智能武器不仅能自主探测和识别目标, 还能决定打击的先后次序, 对最有威胁的或最有可能杀伤的目标优先进行攻击。本文对精确制导武器技术的现状与今后的发展方向进行了详细的分析。

精确制导武器　　制导技术　　命中精度　　发展方向关键词　　

0　引　言

制导武器早在二战中就已出现, 只不过

因为技术不成熟, 命中精度不高, 在战争中的影响不大。50年代中期, 随着小型火箭发动机制导技术的发展, 出现了各种制导武器, 精度也大有提高; 60年代中期电子技术的飞跃为精确制导武器的发展奠定了基础; 70年代以来精确制导技术发展更快, 出现了精确制导武器这一术语。

精确制导武器越来越被各国军队重视, 技术的推动与军事需求促进了精确制导武器的发展。尤其是在海湾战争中, 精确制导武器更是大显身手, 多国部队使用了大约20多种精确制导武器, 如“战斧”巡航导弹、“爱国者”防空导弹、“斯拉姆”空对地导弹、“哈姆”反辐射导弹、“海尔法”反坦克导弹、“响尾蛇”和“麻雀”空空导弹及激光制导炸弹等, 它们

:05-在战场上充当了主角, 并显示了超常的作战能力。各国军队认识到成功运用精确制导武器就能处于战争的有利地位, 从而加快了武

器系统精确制导化的研发进程。

1　精确制导武器的分类

精确制导武器主要分为精确制导导弹和精确制导弹药两大类。

(1) 精确制导导弹

导弹是一种依靠自身的动力装置推进并由精确制导系统探测、处理、导引、控制其命中目标的武器。导弹是精确制导武器中类别最多, 使用量最大的一种现代化武器。

(2) 精确制导弹药

精确制导弹药根据不同的作用原理可分为2种:

①装有寻的制导装置的称为末制导弹药, 如制导炮弹、制导炸药、制导地雷等;

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　　②装有敏感器的称为末敏弹药, 因为敏感器不能控制弹药的飞行弹道, 所以末敏弹本不属于制导武器, 但因其敏感器能在飞行末段通过与战斗部的巧妙配合, 使之达到很高的命中精度, 所以习惯上也把末敏弹药归为精确制导武器一类。

这两种弹药自身均无动力装置, 需借助大炮、飞机投掷。它们的主要区别在于, 导弹有动力装置, 在飞向目标的过程中都由制导系统进行引导; 而制导弹药没有动力装置, 也没有全程制导装置, 仅有在飞行末段起作用的寻的装置或敏感器。

多用于末制导。精确制导武器的高精度主要靠末段制导保证, 远程精确制导武器都有末段制导, 而末段制导大多采用寻的制导。

(2) 遥控制导

遥控制导通过设在精确制导武器外部的制导站来测定目标和制导武器的相对位置, 然后引导精确制导武器飞向目标。它包括指令制导和波束制导两大类。

指令制导系统由制导站和装在精确制导武器上的控制设备组成。制导站根据制导武器在飞行中的误差计算出控制指令, 指令通过有线或无线的形式传输到制导武器上。有线指令制导系统主要用于射程几千米的反坦克导弹。无线指令制导的常见形式是微波雷达指令制导, 由制导雷达测出目标和导弹的位置与速度, 并根据这些数据计算出控制指令, 然后发送出无线电遥控指令纠正导弹的飞行误差, 直至命中目标。这种制导方式的作用距离比较远, 弹上设备的成本较低, 但易受干扰, 而且制导距离越远, 精度越低, 因此适用于中段制导。

波束制导系统由指挥站和精确制导武器上的控制装置组成。指挥站发现目标后, 对目标自动跟踪并通过雷达波束或激光波束照射目标, 当精确制导武器进入波束后, 控制装置自动测出其偏离波束中心的角度和方向, 控制精确制导武器沿波束中心飞行, 直至命中目标。波束制导系统的控制装置比较简单, 成本低, 并且可以同时制导数枚精确制导武器, 而且由于控制装置直接接收波束能量, 不易受干扰。这种制导方式的缺点是在整个攻击过程中, 指挥站必须不间断地以波束照射目标, 这样会使指挥站连同载体很容易受到对方攻击。

(3) 匹配制导

匹配制导系统通常用来修正远程惯性制2　精确制导技术

2. 1　精确制导武器的高精度是由精确制导技术来保证的　　无论哪种精确制导武器, 都必须通过一定的技术手段不断测定它与目标之间的相对位置和相对运动, 根据弹道的偏差和精确制导武器的运动状态形成控制信号, 控制其运动轨道, 以达到命中目标的目的。

精确制导技术是一门正在迅速发展中的技术, 迄今为止国际上仍无统一定义, 也无统一分类标准。但精确制导技术的基本含义可以这么认为:是以高性能光电探测器为基础, 采用目标识别、成像跟踪、相关跟踪等新方法, 控制和导引武器准确命中目标的技术。2. 2　制导方式

制导方式是指实现导引和控制飞行器按照特定基准(规律) , 选择飞行路线去寻找和攻击目标的运动过程中所采用的手段和方法。常用的主要有以下几种制导方式:

(1) 寻的制导

它包括主动式寻的制导、半主动式寻的制导和被动式寻的制导。寻的制导常用的寻的器有微波(毫米波) 雷达寻的器、红外寻的器、电视(可见光) 寻的器和激光寻的器。

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像(灰度) 匹配制导。发射前预先把选定的飞行路线中段和末段下方的若干地区的地面特征图储存到弹上的计算机内, 当导弹飞行到这些地区时, 将探测器现场实测到的地面图像同预先储存的地面图像作相关对照, 计算出导弹的飞行误差, 形成控制指令, 就能控制导弹沿预定的航线飞向目标。储存在弹上的地面图像由侦察卫星或侦察飞机预先测定, 经过处理转换成数字信息后储存在弹上的计算机中。由于同一地域对于可见光、微波、红外、微光所表现的地面特征不尽相同, 从而可构成各种地图匹配制导, 如微波雷达图像匹配制导, 可见光电视摄像匹配制导, 激光雷达图像匹配制导, 红外成像匹配制导等。匹配制导的制导精度与射程无关, 可使射程为几千千米的导弹达到较高的命中精度。

(4) 惯性制导

惯性制导是一种只依靠弹上惯性部件提供制导数据, 而不依赖外部信息的自主制导方式。惯性制导技术主要用于弹道式导弹, 它利用陀螺仪、加速度计等惯性元件来测量和确定导弹的运动参数, 控制导弹飞行。它的精度随射程的增大而降低, 所以只装有惯性制导系统的武器不可能成为精确制导武器。但是惯性制导最大优点是不受外界的干扰, 只要它的精度能保证将制导武器引导至末制导系统的作用范围, 就不失为一种简便可靠的中段制导方式。

(5) 卫星定位(GPS ) 制导

卫星定位制导也称“GPS ”制导, 是指制导武器接收全球定位系统中卫星播发的导航信号, 实现三维精确定位和获取速度、时间信息的制导方式。

美国的全球定位系统在1993年已全部完成并投入使用, 这个由24颗卫星组成的定位系统可用于各种军用与民用的定位与导航统的接收机, 就可以在飞行过程中精确地测出自己的空间位置和飞行速度, 用来修正惯性制导的误差。虽然其作用与地形匹配制导相似, 但是攻击前的准备工作却简单得多, 所以用全球定位系统制导来代替地形匹配制导, 可改善远程精确制导武器的性能。

(6) 复合制导

复合制导是采用两种或两种以上不同物理特性的探测器组成的制导系统。在制导时, 若探测器串行使用, 为复合制导; 若并行使用, 为多模制导或并联复合制导。

任何一种制导方式都有其优缺点, 如能取长补短则能趋利避害。一般, 远程精确制导武器都采用两种以上的制导方式构成复合制导系统, 这样不仅能提高制导精度而且也能增强抗干扰能力。如法国的“飞鱼”反舰导弹, 发射后先按惯性制导做超低空掠海飞行, 在接近目标时才转为雷达主动寻的制导; 前苏联的SA -4防空导弹, 发射后先用作用距离比较远的指令制导, 飞行末段转用精度较高的半主动雷达寻的制导; 美国的“战斧”巡航导弹, 在整个飞行过程中除用惯性制导外, 中段制导过去是用地形匹配制导, 而现在改用全球定位系统来修正惯性制导的误差。

复合制导系统虽然比较复杂、体积大、成本高, 而且因元器件多降低了系统的可靠性, 但是随着科学技术的发展, 复合制导系统的小型化、低成本、高可靠性会逐步得到解决。

3　精确制导武器的发展现状

制导武器诞生已有50多年历史, 科学技术的不断进步有力地促进了制导武器性能的提高和品种的多样化, 并在诸次战争中充分展示了其特殊的战斗力, 改变了传统战争的作战方式, 引起了战术原则的变化。

在现代战场中登台的有地地导弹、地空导弹、空地导弹、舰舰导弹、舰空导弹、反弹道、

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导弹、反坦克导弹、反辐射导弹、制导炮弹、制导炸弹、制导子弹(正在试验阶段) 等, 应有尽有。大型导弹有数十吨以上的, 需要多级火箭才能推动, 小的制导子弹只有数克重, 单兵携带便能使用, 射程远的可达数万千米, 射程近的用于单兵自卫; 威力大的核导弹一枚即可摧毁一座城市; 装有特殊功能战斗部的导弹可毁坏一个地区的计算机、雷达等电子设备。下面介绍几种精确制导导弹的发展状况。

3. 1　防空导弹

防空导弹发展始于50年代, 当时主要用于要地防空, 攻击对象是高空侦察机和轰炸机。如前苏联的SA -1、SA -2、SA -3, 美国的“奈基”、“波马克”防空导弹。当时的防空导弹制导方式单一, 都是采用无线电指令制导技术, 抗干扰能力差、导弹笨重、地面设备大、使用维护不便、机动性差。

70年代出现了一批性能较好的防空导弹, 如前苏联的SA -6、SA -8、SA -9, 法国的“响尾蛇”, 美国的“霍克”等典型的野战防空导弹。此时的防空导弹采用的制导技术种类较多, 有微波、激光、红外或光电复合制导技术, 抗干扰能力强, 自动化程度高, 维护使用方便, 机动性能好。由于制导技术的发展, 此时一些国家的防空导弹武器系统已构成远、中、近程, 高、中、低空的火力配系, 成为地面防空火力的主要组成部分。

80年代以后防空导弹又有了很大发展, 出现了第3代防空导弹, 特别是微电子技术和计算机技术的发展, 大大提高了导弹控制设备的性能, 加上计算机具有高速处理信息的能力, 控制系统抗干扰能力强, 具有对付多目标的能力。其中有代表性的有美国的“爱国者”防空导弹和俄罗斯的C -300防空导弹。3. 2　反舰导弹

反舰导弹是攻击水面舰艇的导弹, 根据, 、舰导弹和岸舰导弹, 至今已发展了3代。第1代反舰导弹飞行速度低, 容易防御, 加之导弹采用波束制导或无线电指令制导, 制导精度较低, 性能不够理想。随后很快研制出具有自动寻的装置的第2代反舰导弹, 如以色列的“迦伯列”、法国的“飞鱼”、美国的“鱼叉”等多种反舰导弹。

前苏联的反舰导弹突出优点是速度高, 多为跨音速和超音速(1. 3～2. 5倍的音速) , 但导弹笨重, 制导精度较低, 飞行高度较高。而西方反舰导弹的优点是轻小, 精度高, 可在10～15m 高度掠海飞行, 在飞行末段甚至可降至2～3m 的高度对目标进行攻击, 尽管西方反舰导弹的作战综合性能较好, 但飞行速度低, 导弹的飞行速度和高度直接影响到突防性能(速度高, 掠海飞行突防性能就好) 。

现代舰艇不断地改变它的防御系统, 配置先进的电子战装备, 组成严密的火力防护, 对反舰导弹具有一定的防御能力。为了适应现代海战要求, 一些发达国家从80年代初就开始研制第3代反舰导弹, 如法国的“安斯”、意大利的“奥托马赫2”、美国的“先进反舰导弹”、英国的“海鹰”和以色列的“迦伯列”等。第3代反舰导弹应具有以下特性:

·突防能力强, 飞行速度达到2倍音速, 使敌方防御系统的拦截时间大大减少;

·破坏力大, 由于速度的提高使导弹动能增大, 同样的战斗部可产生更大的破坏力;

·实现更远射程范围的“发射后不管”, 第2代反舰导弹“发射后不管”的最大距离为100km 左右, 而第3代反舰导弹可达200km 以上;

·机动能力提高, 导弹可按预编程序进行变向飞行, 能够选择不同方向对敌舰进行攻击。3. 3　空地导弹

空地导弹是现代战略轰炸机、歼击机、强。

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弹种类繁多、用途各异, 主要介绍通用型空地导弹和空地反辐射导弹。

3. 3. 1　通用型空地导弹

该导弹是由航空兵在对方防空火力区以外发射, 用以攻击地面小型坚固目标的进攻性武器。70年代发展的第3代空地导弹采用了红外、电视、雷达等末制导技术, 在弹上自动寻的制导系统控制下能自主制导至目标, 发射后载机离开。由于现代防空兵器射程不断增大, 重要目标的防御半径很大, 所以第4代空地导弹的射程一般达到100km 以上, 为提高命中精度, 通常采用地图匹配、“导航星”精确定位等制导技术作为中段制导。

在海湾战争中, 美军使用的“斯拉姆”远程空地导弹, 中段为惯性制导, 并通过弹上装的“导航星”全球定位系统接收装置修正惯导误差, 在导弹飞临目标约15km 时, 转为末段制导, 弹上的红外成像自寻的系统开始搜索捕获目标, 并将探测到的目标区红外图像信息通过数据传输装置发回到跟踪引导飞机上, 由飞行员根据实时红外图像选定目标要害部位, 通过遥控将导弹的导引头瞄准目标的要害部位。

美军对伊位克的一座水电站进行攻击时使用了“斯拉姆”空地导弹, 第1枚导弹先将水电站外墙炸开一个洞, 两分钟后第2枚导弹穿过该洞进入机房内爆炸, 充分显示了精确制导的高精度。

3. 3. 2　空地反辐射导弹

反辐射导弹又称反雷达导弹, 是利用敌方雷达波束进行被动式制导的精确制导武器。载体为飞机的称空地反辐射导弹, 以军舰为载体反舰载雷达的称舰舰反辐射导弹。

空地反辐射导弹主要用于攻击警戒雷达网、防空导弹的制导雷达、炮瞄雷达和舰载雷达。空地反辐射导弹主要用于攻击警戒雷达网、防空导弹的制导雷达、炮瞄雷达和舰载雷达目标进行侦察, 测定其坐标和辐射电波的参数, 当目标处于导弹有效发射区时即可发射。

反辐射导弹至今已发展了3代, 60年代装备的“百灵鸟”、“鲑鱼”、“玛特尔”等导弹对雷达频率的覆盖范围窄, 制导精度差, 不能对付突然关机的雷达。70年代初研制的如美国的“标准”、前苏联的AS -6、AS -9等导弹对雷达频率的覆盖范围加宽, 并装有记忆电路, 可攻击突然关机的雷达, 但结构复杂, 体积与质量大。发展的第3代雷达主要有美国的“哈姆”、英国的“阿拉姆”、法国的“阿玛特”、前苏联的AS -11和AS -12等, 这一代反辐射导弹由于采用了新的信号处理技术, 对雷达频率的覆盖范围进一步扩大, 而且结构紧凑、突防能力和命中精度大大提高。

随着电子技术的发展, 反辐射导弹作为一种电子战武器越来越受到重视, 它同红外、激光制导相结合, 并增大射程和增强抗干扰能力, 反辐射导弹的类型也在增加, 有些国家已开始着手研究对付预警机的反辐射导弹。3. 4　巡航导弹

巡航导弹也称飞航式导弹, 其飞行环境是在地球大气层内。第二次世界大战中德国研制的V -1导弹是最早的巡航导弹。二战后, 美国、苏联等国家将巡航导弹发展到一个新的水平, 出现了远程巡航导弹。巡航导弹同其他攻击性武器相比具有鲜明的优点:低空飞行, 突防能力强; 命中精度高, 威力大; 射程远, 机动性强, 隐蔽性好, 并可一弹多用, 改变了空袭的作战模式。

巡航导弹的关键技术是:计算机信息技术、信息处理及存储技术, 发动机技术和火箭分离、点火技术; 精确定位技术; 系统的抗干扰技术和导弹导引头对目标的探测跟踪处理技术。

现代远程巡航导弹可用不同的平台运载和发射, 既可带常规弹头, 也可带核弹头, 不,

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手段使用。巡航导弹也有远近程之分, 一般射程在300km 内的为近程, 大于300km 的为远程。由于目的不同和受技术水平限制, 目前具备研制和生产技术条件并装备近程和远程巡航导弹的国家只有美国和俄罗斯。

远程巡航导弹也有明显弱点, 如飞行速度低, 只能以亚音速飞行。如能解决对巡航导弹的预警、侦察及情报保障, 只须用现有的小口径高炮及近程防空导弹也能对其进行有效的拦截。另外, 现代远程巡航导弹的使用比较复杂, 要积累足够的目标数据, 发射前还必须根据选定的飞行路线向导弹的计算机输入大量信息, 准备时间长。

利用雷达、红外和声学等隐身技术, 未来巡航导弹的雷达反射截面、红外信号特征和噪声将进一步减小, 使防御系统对其进行探测和跟踪更加困难。

(3) 研制新的计算机算法, 提高制导武

器的进攻能力。如通过在任务规划系统采用新的计算机算法和建立导弹之间的通信链路, 未来的巡航导弹能够利用通信链路在飞行中进行数据交换, 识别特定目标和进行毁伤评价, 如果原定目标被摧毁, 能够重新选择航线攻击备选目标, 从而显著增加作战效能。

(4) 采用模块化设计, 提高不同军种间的通用性, 即一弹多用, 可降低研制经费, 缩短研制周期, 并且有利于使用和维修保养。

(5) 今后还要研制巡航导弹的领弹, 领弹在攻击时提供开路先锋, 对目标定位, 导引后续导弹对目标实施攻击。领弹可回收和重复使用。

4　精确制导武器的发展趋势

未来的精确制导武器除了进一步增大射程, 提高命中精度, 缩短任务规划时间, 增强攻击目标选择能力外, 提高抗干扰能力和全天候作战能力, 实现人工智能化、模块化、通用化和提高突防能力应成为今后重要的发展方向。

从技术和性能的角度分析, 精确制导武器未来的发展趋势主要是:

(1) 采用新的制导技术, 提高命中精度, 缩短任务规划时间和增强目标选择能力。未来的巡航导弹可能采用惯性加GPS 加红外成像制导, 这样可取消地形匹配和景像匹配系统, 进行任务规划就不需要大量的电子图像信息。激光雷达、合成孔径雷达和毫米波寻的技术将来也可能用于巡航导弹的制导。

(2) 采用新型发动机和高能高密度燃料, 大幅度增加射程。研制隐身性能更好的制导武器, 进一步提高突防能力。通过综合

5　结束语

总之, 从精确制导武器的发展趋势看, 制导技术中红外成像、毫米波、合成孔径雷达制导的综合性能较好, 是今后精确制导武器的主要发展方向。这些新技术的发展不会冲击或完全取代现有的制导技术。从对抗的角度看, 保持制导技术手段的多样性更有利于迫使反制导系统和电子干扰系统复杂化, 使对方防不胜防。参考文献

1　郭修煌. 精确制导技术. 北京:国防工业出版社, 1999

2　孙　钢. 巡舰导弹的发展方向. 海军装备, 2001(3) :9～10