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國外先進導彈的精確制導技術發展

軍工資源網 2022年04月13日

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導讀



武器系統向網絡化、協同化、智能化方向的不斷發展,以及日益復雜的戰場環境均對先進導彈制導系統的性能提出了更高要求。本文對“戰斧”Block V巡航導彈、JASSM-ER/JASSM-XR、向智能化發展的遠程反艦導彈(LRASM)、“鋯石”高超聲速導彈以及具備網絡化作戰能力的“標準”-6先進防空導彈的制導技術進行了梳理分析。其中,“戰斧””Block Ⅳ/Block V融合了自主制導、遙控制導與尋的制導技術,以提高打擊靈活性與打擊精度;JASSM-ER/JASSM-XR基于復合制導系統,并加裝先進傳感器與數據鏈,以提升導彈自主實施防區外精確對地打擊,乃至強對抗環境下的遠程穿透性打擊能力;LRASM的智能化主要體現在降低了復雜電子對抗環境下對中繼制導的依賴程度,并具備智能識別能力;“鋯石”將有望融合GPS、慣性制導、主動雷達和毫米波/紅外制導等技術與先進的人工智能數據鏈,以提升制導系統的作戰自主性與對抗水平;SM-6導彈則基于中段指令修正制導、主動/半主動制導技術、彈載數據鏈技術等具備網絡作戰能力。


“戰斧”Block Ⅳ/Block V巡航導彈的制導技術

“戰斧”是一型全天候、亞音速、多用途巡航導彈,其不同型號具有相同的基本構型,具備系列化與通用化特點,可由海、陸、空多種發射平臺發射,在此將該型巡航導彈的主要性能參數梳理如下表所示。

圖表:“戰斧”巡航導彈主要性能
要性能描述
發射平臺B-1BB-52轟炸機;陸基發射/潛射/艦載MK-41垂發裝置發射
彈長/彈徑/翼展,m6.17/0.52/2.62
發射重量,kg1452
動力系統Block Ⅳ采用J402-CA-400渦噴發動機
巡航速度,馬赫0.72
射程,公里BlockⅤ對陸打擊射程可達約2414
資料來源:調研整理

“戰斧”巡航導彈在海灣戰爭、伊拉克戰爭、利比亞戰爭以及敘利亞戰爭等實戰中得到了廣泛應用,戰果斐然,對敵方的防空設施等高價值目標造成重創,而這與其本身的高性能以及不斷升級的制導技術密切相關。在此主要將“戰斧”BlockⅢ、Block Ⅳ與Block ⅤB這幾個對地打擊型號制導技術的發展進行梳理,以期對美軍對地打擊巡航導彈制導技術的發展特點有所了解。


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其中:

Block Ⅲ型

任務規劃時間僅約10分鐘,可在巡航途中改變打擊目標,打擊精度約可達10~15米,盡管較之前型號已經升級了制導系統,但其仍然僅采用GPS、慣性制導、地形匹配制導、數字景象匹配等自主制導方式,導彈無法實現隨時發射以及對目標實施實時攻擊,并且在飛行途中難以改變預定的飛行彈道,由此使得其發射準備時間偏長,打擊目標類型同樣具有局限性,只能用于打擊高價值地面固定目標。

Block Ⅳ型

該型號導彈制導系統的主要特點在于其裝備了雙向衛星數據傳輸線和視頻數據傳輸線兩條衛星數據傳輸線。

  • 可與后方控制平臺通過衛星、預警機、無人機及岸基通信設備等傳感器進行戰區目標信息及控制指令的雙向傳輸,具備重新裝填目標數據的功能;

  • 可預先輸入15個不同目標,在飛行中途更改攻擊目標,轉而打擊預先設置的后備目標,或者按外部平臺所提供的目標坐標進行重新瞄準;

  • 可將導彈的飛行狀態和打擊情況傳回后方的指揮部門,從而具備較短的發射準備時間與較高的打擊靈活性。


該型號導彈配備了具反干擾能力的GPS接收器,還能在目標區域漫游的同時,通過所接收衛星鏈路傳輸的衛星圖像,進行打擊效果預估,加上其在制導末段采用紅外成像導引頭進行目標搜索與攻擊,在提升了導彈制導系統抗干擾能力的同時,能夠實現對目標更為精準的打擊,其打擊精度也比Block Ⅲ提高了約2.5倍,約可達5~10米。

Block ⅤB型

該型號的制導系統的主要特點則在于繼承了Block Ⅳ型號抗干擾能力的同時,采用了“超視距目標修正制導”技術,即可利用最新的通信系統架構對飛行狀態下的導彈重新定位對準,更換打擊目標,從而使得敵方難以根據其軌跡進行有針對性的部署。

梳理可知,美軍對于“戰斧”巡航導彈的制導系統不斷升級,并且不僅僅局限于早期型號所采用的GPS、慣性制導、地形匹配制導、數字景象匹配等自主制導技術,而是向融合自主制導、遙控制導與尋的制導的方向發展,以縮短發射準備時間,提高打擊靈活性與打擊精度,使該型遠程巡航導彈不僅能夠打擊地面固定目標,還能夠精確打擊即時目標以及移動目標。

當然,“戰斧”巡航導彈制導能力的升級與美軍強大的C4ISR作戰體系也密切相關,即由美軍先進的偵察體系提供即時目標信息,輔以指揮控制系統與先進衛星通信系統的技術支撐,方能實現該型導彈對目標的遠程靈活與精確打擊。

JASSM-ER/JASSM-XR的制導技術

聯合防區外空地導彈(JASSM)是洛克希德?馬丁公司為美國空軍與海軍所研發的新一代通用防空外對地打擊導彈,旨在提升美軍對高價值固定目標與移動目標的防區外精確打擊能力,備受美國重視。

對于JASSM導彈,美軍仍然采取系列化發展的思路,先后發展了JASSM、聯合防區外空地導彈增程型(JASSM-ER)與聯合防區外空地導彈極大射程增程型(JASSM-XR)。在此僅以JASSM-ER/JASSM-XR為例對其主要性能參數以及所采用的制導系統與相關技術進行梳理,二者的主要性能如下表所示。

圖表:JASSM-ER/JASSM-ER主要性能
主要性能描述
發射平臺(裝彈數量)F-16C/DF-15EF/A-18E/FF-35等,B-1BB-2AB-52H等,以及C-17運輸機
彈長/彈高/彈寬/翼展,m4.26/0.45/0.55/2.42.7
發射重量,kgJASSM-ER1023JASSM-XR2300
動力系統F107-WR-105渦扇發動機
巡航速度,馬赫0.8
射程,公里JASSM-ER925(也有資料顯示>1000);JASSM-XR:>1600
命中精度,米3
多模復合制導方式

JASSM-ER:GPS/INS(中制導)+紅外成像(末制導)+AN/ASW-55雙向數據鏈

JASSM-XR:GPS/INS,無末制導控制,通過數據鏈或衛星鏈路接收外部平臺所提供的目標信息
資料來源;調研整理

梳理可知:

JASSM-ER

該型導彈保留了JASSM原有彈體結構與尺寸,采用了JASSM約70%的硬件和95%的軟件,并采用了GPS/INS中制導+紅外成像末制導的復合制導體制,具備全天候、全氣象條件下作戰能力,抗干擾能力強,具備高打擊精度。

  • 以INS與新型抗干擾GPS系統(可能為使用M碼(M-CODE)的抗干擾全球定位系統(GPS)接收機)作為中段制導;

  • 采用了現階段靈敏度最高的彈載紅外成像傳感器,其采用了256×256凝視型前視焦平面陣列,瞬時視場角僅為12°(瞬時視場角越低,分辨率越高)的紅外成像系統,具備高搜索效率,與涵蓋150°~180°的動態跟蹤范圍;

  • 采用了基于提取目標特征,且可編程的第二代紅外成像探測(ATR)技術,該技術融入了人工智能技術,具備自適應與學習能力,使得該型導彈具備“發射后不管”的能力,并能夠提高導彈的命中精度;

  • 采用了先進的雙向數據鏈,使得該型導彈能在飛行中與聯合空中作戰中心(CAOC)建立安全的超視距通信的能力,可通過上行鏈路完成目標位置更新或更改信息,通過下行鏈路報告自身的位置和狀態,從而使導彈在發射后仍具有較大的使用靈活性,并具備打擊重新定位目標和時間敏感目標的能力。


據稱,該型號導彈已于2014年形成初始作戰能力,并于2018年實現了在F-15E戰斗機上的完全作戰能力。

綜合而言,JASSM-ER采用了融合自主制導、遙控制導以及尋的制導的復合制導系統與抗干擾措施,具備全天候、全氣象條件下自主實施防區外精確對地打擊的能力,以及3米之內的命中精度。美軍不僅計劃利用JASSM-ER打擊陸基目標,還計劃通過加裝先進傳感器與數據鏈,使得JASSM-ER能夠實現具備對水面艦艇等移動目標的打擊能力,并提升其在飛行中重新選定、確認、打擊目標,以及進行毀傷評估等的網絡化作戰能力。


JASSM-XR

美軍主要圍繞提升強國對抗下的突防能力這一目標對JASSM-XR進行研究,采用了GPS/INS制導方式,并采用了無末制導控制方案,利用數據鏈或衛星鏈路接收外部平臺所提供的目標信息,將有望進一步提升美國在強對抗環境下的遠程穿透性打擊能力。

總之,美國空軍早在2018年就開始計劃為JASSM導彈系列換裝使用M碼(M-CODE)的抗干擾全球定位系統(GPS)接收機,提高GPS抗干擾能力,并且洛克希德?馬丁公司已經針對基于地形與星光的導航技術開展了研究,還正在改進慣性測量單元,未來有望將相關技術用于JASSM-ER等導彈。


向智能化發展的遠程反艦導彈(LRASM)的制導技術


LRASM是美國國防部高級研究計劃局(DARPA)與美國海軍研究處(ONR)共同資助研發的一型隱身、亞音速遠程反艦導彈,有望具備對海/對陸打擊雙重任務能力,將是美國空海一體戰與分布式殺傷等作戰理念的重點裝備。

LRASM導彈長約4.27米,質量約1134千克,巡航速度約0.9馬赫,最遠射程約900公里,具備較為優異的隱身性能,可多平臺發射。針對該型導彈,美軍高度重視其在低數據支撐下的制導能力提升,以及高度自主作戰能力的構建。其核心技術如下圖所示。

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美國軍方宣稱LRASM導彈基于所融入的人工智能技術,能在航運密集的海面上從眾多艦船中準確地識別出預設的特定類型艦船目標,并可在飛行中自主規劃路徑,規避無關艦船,智能化程度和抗干擾能力在當前全球所有反艦導彈中處于領先水平,在智能化主被動制導系統支撐下,只需概略目標指示即可完成精確打擊,具備先進的末段生存能力與精確殺傷力。

  • LRASM可以自主規劃路徑,即使GPS中斷,也可立即切換到先進慣性導航以及外部數據鏈,以繼續導引至攻擊目標區域,再交由末段多模式傳感器實施末端搜索與識別;

  • LRASM可根據主被動傳感器探測到的目標回波及輻射源信息,與彈上預裝目標特征信號數據庫進行匹配分析,識別目標屬性,自主選擇預定打擊目標;

  • LRASM利用采用了自動目標識別技術的彈載紅外成像傳感器,基于圖像匹配算法,可自主鎖定艦船高價值或預定部位引導導彈實施精確攻擊以擴大攻擊效果;

  • LRASM彈載被動射頻與威脅告警接收機、主動雷達作用距離遠,加上導彈所具備的綜合隱身性能,可在敵方機載/艦載傳感器外先敵發現,具備較大范圍實施海上目標搜索、識別與定位的能力;

  • LRASM可利用傳感器作用距離遠和飛行精度高的特點進行圖形化搜索,拓展搜索范圍,確保在粗略目標指示信息和目標長時間快速機動的情況下也能捕獲目標。


作為備受美軍重視的先進遠程反艦導彈,LRASM未來能在傳感器及信息網絡中斷的情況下,依托多種衛星、直升機、艦船等多平臺進行中繼制導,在雙向通信的數據鏈支持下,導彈的飛行姿態可實時調整,確保中段能夠全天候實現自主導航制導與自控飛行,并能夠基于目標識別算法實現探測信號的分類以及敵方威脅位置等的及時確定。

綜合而言,LRASM的智能化主要體現在其在復雜電子對抗環境下對中繼制導系統的依賴程度大大降低,具備智能識別能力。并且該型導彈還融合了自動制導、遙控制導與尋的制導三種制導方式,依托先進的導航與制導控制技術使其能夠在反介入/區域拒止環境中使用概略目標指示信息發現、摧毀預定目標。

“鋯石”高超聲速導彈的制導技術

“鋯石”高超聲速反艦導彈(3M22)是俄羅斯近年來重點發展的一型反艦導彈,將具備多種平臺發射能力,包括艦載、潛射導彈,未來還可能出現陸基和空基版本。

普京曾宣稱,該型導彈的最大射程可達1000公里,最高速度約為9馬赫,會采用比“縞瑪瑙”導彈更為先進的導引頭,并將采用由慣導、“格洛納斯”衛星導航和末段主/被動雷達制導系統組成的復合制導系統。

“鋯石”構想圖

但有關該型導彈的制導方式并未見俄官方消息披露,在此僅結合普京所披露的信息,與所調研的部分公開資料對該型導彈的制導方式進行推測:

  • 在制導方面,考慮到該型導彈的巡航飛行階段處于萬米高空中的平流層,其巡航制導以慣性制導和衛星制導為主,輔以天文制導;

  • 在末制導階段,導彈要實現高超聲速下的攻擊,通常會采用俯沖滑翔的方式,為提升末端抗干擾能力與打擊精度,加上現階段基于主/被動雷達制導,融合紅外成像制導系統等的末段制導方式已經成為先進反艦導彈制導技術發展的趨勢之一,由此推測該導彈的末段制導方式很可能以主動雷達和毫米波/紅外制導為主;

  • 裝載先進數據鏈,配合雷達導引頭,使得導彈具備自主規避威脅的能力。

據稱,“鋯石”導彈也具備一定的智能控制能力,主要體現在其制導系統的自主作戰與對抗能力方面。該型導彈將在目標引導程序中集成人工智能數據,并在其彈載計算機中預先存入艦船目標的圖像,使得導彈在確定打擊目標時,其導引頭可通過搜索系統中載入圖像進行匹配,對目標進行再確認,從而既可以排除電子干擾,也可自主規避對手防空火力的追擊。并且,“鋯石”還具備根據任務重要程度劃分目標的能力,可依照慣有的程序自主確定打擊方式,攻擊任務重要程度最高的目標。

雖然俄方稱“鋯石”導彈將主要被作為反艦導彈應用,但調研可知,俄方已經針對沿海地面目標進行多次測試,并且還于2021年7月19日從戈爾什科夫海軍上將號護衛艦上試射了一枚“鋯石”高超音速巡航導彈,導彈擊中了巴倫支海沿岸的目標,射程為350公里,最高時速可達7馬赫。考慮到“鋯石”導彈采用了吸氣式發動機,具備較小的體積與重量,具備全程保持9馬赫的速度巡航飛行的能力,并且在飛行末段具備強大的機動能力,其對于現有的防空系統也將存在極大威脅。

綜合而言,作為俄羅斯先進的高超聲速導彈,“鋯石”可能會融合GPS、慣性制導,以及主動雷達和毫米波/紅外制導等技術,并裝備先進的人工智能數據鏈,向進一步提升其制導系統的作戰自主性與對抗水平的方向發展。

未來,俄方計劃將“鋯石”高超音速導彈主要裝備于22350型護衛艦和“白蠟樹”級多用途攻擊型核潛艇上。而“戈洛夫科海軍上將”號護衛艦有望于2022年底交付俄羅斯海軍,由此推測,“鋯石”可能在該型護衛艦交付之后進入服役階段。

具備網絡化作戰能力的“標準”-6先進防空導彈的制導技術

“標準”-6(SM-6)防空導彈,基于雷神公司“標準”-2(SM-2)Block IV導彈發展而來,采用了其彈體,重1.5噸,長6.55米,直徑533毫米,以1臺Mk 72固體火箭助推器與1臺Mk 104雙推力固體火箭發動機作為動力裝置,射程約370公里,射高可達33公里,速度可達3馬赫。其第一個版本的導彈早在2014年12月已經開始投入使用。

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SM-6導彈彈體結構圖

“標準-6”導彈采用了慣導+中段指令修正+末段主動雷達/半主動雷達尋的制導方式,還引入了先進的數字化信號處理技術與協同作戰軟件。

  • 引入了“中段指令修正”制導體制,通過集成到美軍協同作戰能力(CEC)系統中,利用預警機、衛星和F-35等外部傳感器,完成目標信息獲取或目標指示,從而解決了早期“標準”系列導彈使用艦載雷達探測距離有限的問題,以能夠滿足美海軍增程防空與遠距離攻擊的作戰需求。

  • 采用了雙向武器數據鏈技術,在美海軍的“一體化火控-防空系統”(NIFC-CA系統)的支持下,能夠實現導彈從發射到命中的全過程回路控制,具有制導控制的靈活性和制導精度,并能通過導彈回傳狀態與工作情況以及載艦雷達和艦載各類傳感器的觀測的結合,實時完成殺傷效果評估,提高武器決策和使用效率。


并且“標準”-6導彈還配置了功能更強大的處理器,信息處理能力顯著提升,從而能夠更快發現、識別和跟蹤目標,尤其是再入速度極快的彈道導彈目標,還能以大攻角轉彎攔截彈道導彈或低空飛行的反艦導彈,甚至超聲速巡航導彈,填補了“標準”-3導彈的攔截空白。

此外,該型導彈還采用了SM-2ER Block 4導彈的彈體及控制系統,與AMRAAM導彈的數字式自動駕駛儀技術,具有大攻角轉彎能力、高機動性,能夠攔截低空目標。

綜合而言,SM-6導彈采用了彈載數據鏈技術、CEC協同作戰技術、中段指令修正技術以及主動/半主動制導技術,具備網絡作戰能力,可將水面艦艇對空防御的范圍由視距擴展到370公里以上,具備超視距防空作戰能力,大幅提高了防御縱深,并能夠極大提升美軍水面艦艇自身的防御能力與區域協同防空能力。

小結:多型先進導彈正向著高速、高打擊靈活性與打擊精度以及強抗干擾能力等方向發展,因此融合GPS、慣性制導、主動雷達和毫米波/紅外制導等技術的多模復合制導技術,以提高打擊靈活性與打擊精度;利用采用了自動目標識別技術的彈載紅外成像傳感器,以提升導彈的智能識別能力,或向目標識別程序融入人工智能數據鏈以提升制導系統的作戰自主性與對抗水平;或融合中段指令修正制導、主動/半主動制導技術以及彈載數據鏈技術等提升導彈的網絡作戰能力,將是先進導彈精確制導技術發展的重點方向。(北京藍德信息科技有限公司 研究員 姜林林)

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