防空导弹精确制导技术发展的几点思考

沈昱恒 刘 鑫 张 迪

1.上海机电工程研究所，上海201109 2.上海航天技术研究院，上海201109

精确制导技术是指利用目标散射、辐射特性或运动特性等信息，通过自主探测、识别与跟踪等方式获得与目标的相对关系，利用惯性基准和支援保障信息获取自身导航信息，导引和控制制导武器精确命中目标，同时又能满足过程约束和终端约束等性能要求的技术。

精确制导技术最早使用于防空导弹武器，经过数十年发展，现广泛应用于防空、反舰和对地打击等各类制导武器[1-3]，已成为现代导弹武器的核心技术，对武器系统的射程、威力和单发杀伤概率等性能起着至关重要的作用。对摧毁同样的目标而言，制导精度越高，所需的战斗部威力越小。据军事专家统计分析，战斗部威力增加8倍时，杀伤力只增加4倍；但制导精度提高8倍时，杀伤力可增加64倍[4]。因此，如何进一步提升导弹制导精度已成为提高武器打击效能的核心问题。

在防空作战领域，随着现代空袭作战模式的深度演变以及航空航天科技的高速发展，新型空袭体系呈现立体化、网络化及智能化特征，空中作战群拥有更高效的协同作战与电子对抗能力[5]；新一代空中作战平台体现出强隐身、超高速及大机动等能力特征；高性能制导弹药具备更远的投放距离与更强的突防能力等[6-7]，一系列新作战理念和作战平台的变化对防空导弹精确制导技术提出了更高的要求[8-10]。

首先，从当前防空作战形势的演变分析入手，梳理本领域对精确制导技术能力提升的需求；然后，结合防空导弹精确制导技术发展现状，与国外先进技术进行对比分析、寻找不足；最终，提出我国防空导弹武器领域精确制导技术的若干发展重点及思路。

1 防空武器对精确制导能力提升的需求

1.1 当前空中军事威胁分析

随着作战理念的更新和武器装备技术的发展，空袭模式形成了以“空中为主体、网络为中心、空间为支援和临近空间为补充”的格局，体现出“空天一体、跨域融合、多维联动和体系协同”的特征。防空导弹武器将要面临的主要作战对象及特点如下：

1)体系对抗是现代战争的主要表现形态。以预警机、电子支援飞机等为主的空中指挥控制和支援保障平台是体系化、信息化和网络化空袭作战的关键节点，是空袭效能的“倍增器”，发挥至关重要的作用。

2)隐身作战飞机作为主战装备已投入实战并持续升级改进，具备更强的电子(光电)对抗能力和隐身能力。挂载AIM-9X和AIM-20空空导弹的F-22是四代机的主要代表，与三代机相比，其空战能力提高6倍。而F-35相比三代机，其对地打击能力则提高5倍以上，遭受防空打击时的生存能力提高了4倍。

3)无人作战飞机逐渐成为空战主力装备，已具备侦察预警、打击评估等多任务能力，还将进一步实现智能化、隐身化。以“蜂群”所体现的无人机自主与协同作战能力达到新高度；高速无人侦察机、RQ-180高空隐身无人机等高端无人机与低成本微小型无人机并行发展。

4)新一代巡航导弹、远程精确制导导弹及精确制导炸弹在空袭武器中所占的比重进一步提升，大量的低空小目标饱和攻击模式将极大地降低防空武器的作战效能。

5)弹道导弹将被更多的周边国家和地区所部署，且可变轨机动、多弹头分导，精确末制导等先进技术的大力发展将使其具备更强的突防能力与精确打击能力。

6)高超声速武器实战化进程加速。助推-滑翔式与吸气式高超声速导弹的性能超越了当前防空导弹的极限作战能力，给未来的防空作战模式带来了颠覆性的挑战。

1.2 防空导弹精确制导能力需求分析

空袭与防空作战是一场矛与盾的博弈。威胁样式及空中目标的演变对防空武器提出了新要求，精确制导系统作为导弹武器核心，其技术能力提升问题日益凸显，主要需求体现在以下几方面：

1)应具备支撑武器装备形成体系对抗作战的能力。精确制导系统应能够充分利用空、天、地、海多基和多维传感器信息，支持防空导弹适应网络化作战和体系对抗的需求。

2)应具备更强的截获、跟踪低可探测目标的能力。雷达散射截面积(RCS)0.001m2数量级的强隐身飞机和巡航/反舰导弹目标，微小型、慢速无人机目标等空中威胁的微波和红外隐身性能越来越强，导引头必须能够有效地截获、跟踪这一类低信噪比目标。此外，导引头应具备更强的自动目标截获、识别能力，提升精确制导导弹的发射后不管的作战能力。

3)应具备更强的抗干扰能力。由于作战飞机和各类导弹所具备的电子、光电对抗手段越来越先进，精确制导系统必须采取多波段、多模复合及先进的信息处理等手段，以期显著提高精确制导导弹的抗干扰能力。

4)应具备更为先进的高精度导引控制能力。在应对诸如临近空间高超声速导弹、弹道导弹及超音速巡航导弹等高速、大机动目标时，能实现高精度拦截(直接碰撞)。

5)应具备良好的经济性。军事斗争的持久性很大程度上取决于敌对双方经济实力，降低导弹武器研制、生产、装备和维护成本，有效降低作战装备的费效比并可以大批量使用，方可在执行拦截精确制导导弹、制导炸弹等饱和攻击时完成其赋予的拦截任务。

2 防空导弹精确制导技术现状与不足

从未来防空作战需求出发，与国外防空武器精确制导技术相比较，我国在该技术所涉及的不少领域仍存在某些不足之处，具体表现在以下几个方面：

1)在精确制导技术总体应用领域。我国防空反导武器系统主要采用单一武器系统作战模式，精确制导系统信息化、网络化水平有待进一步提高。应对未来空袭作战体系，精确制导技术支撑防空武器体系破击能力欠缺。

2)制导探测技术领域。多模复合制导技术尚处于应用起步阶段，导引头仍以单模制导模式为主。考虑到未来实战需求，在应对未来高性能隐身作战飞机远程探测能力仍欠缺，对复杂背景下的目标自动识别截获能力较弱，普遍存在复杂光电、电磁环境下的实战化抗干扰能力不足的问题。在导引头关键性能方面，以美、俄为首的欧美国家一直走在世界前列，国外典型防空导弹导引头情况见表1。

表1 国外典型防空导弹导引头情况

国外现役装备已大批量采用红外成像(双波段)、毫米波主动和多模复合制导导引头[11-12]，相控阵技术也已在导引头上实现工程应用[13]。此外，在导引头的低成本实现方面，国外具有很大优势，如：美国国防高级研究计划局(DARPA)资助研发了微机电(MEMS)电子扫描天线阵(ESA)导引头，作为低成本巡航导弹拦截器的探测制导单元，成本降低了1个数量级，功耗降低了2个数量级；美国的高速远程空空导弹，采用Ku波段相控阵雷达/宽带共形被动雷达双模复合导引头，应用了瓦片式T/R组件、射频与数据网络一体化设计等技术，实现了一体化、低成本设计[14]。当前阶段，国外导引头在关键性能实现、低成本控制、多用途设计方面仍具有明显的优势。

3)导引控制技术领域。在对体系协同作战的多源信息支持方面，导引控制技术研究尚处于起步阶段；多维、多约束高精度控制技术研究相对滞后，难以满足迅速发展的拦截空中高速目标、大机动隐身目标、临近空间目标和空间来袭等全域目标的需求[15]。

特别是在拦截临近空间来袭目标的技术方面差距更大。据悉，美军正在研制的助推-滑翔“空射快速响应武器”(ARRW，正式编号AGM-183A)预计2025年前后列装，该型导弹射程1000 km左右，配备主动雷达导引头，可打击地、海面慢速移动目标。此外，美军“吸气式高超声速飞行器”(HAWC)也已进入工程研制阶段。为应对临近空间目标威胁，随着被控对象、控制目标向高维、多约束方向发展，更需要加快步伐研究相应的拦截弹制导控制技术。

4)精确制导仿真技术领域。虽然国内已建立起了一批红外成像寻的制导仿真、射频制导仿真试验室，但是在精确制导全流程、全系统的验证评估能力上仍有不足。

而国外目前已经形成较为完备的精确制导技术全系统、全流程、网络化的仿真验证与评估能力，支撑精确制导技术快速、准确和全面的验证与评估[16]。如隶属于美国陆军装备司令部(AMC)的先进仿真中心(ASC)，拥有红外成像仿真系统(IIRSS)、射频仿真系统(RFSS)和多光谱仿真系统(MSSS)。 “中国湖”(China Lake)海军空战武器中心拥有最尖端的导弹攻防体系对抗模拟场，导弹能够在安全可控的环境中得到测试，完全拦截攻防环境也可以在不受天气和其他环境的影响下得到模拟和测试。目前我国的精确制导仿真验证与评估多数为按单一导弹武器系统独立开展，精确制导全流程、全系统验证评估能力较弱，总体上试验的置信度、试验验证的覆盖性有待大幅提升。

5)关键元器件研制生产和采供领域。由于我国的基础工业相对薄弱，用于精确制导核心产品生产的关键元器件、组件迄今未能全部实现完全国产化，软件开发环境仍依靠进口[17]，核心元器件生产成本相对较高。

3 未来重点发展方向与思路

通过分析，在未来防空导弹武器装备精确制导技术领域需要特别注重以下几个发展方向的研究：

1)在总体应用方面，精确制导技术应重视适应武器装备向体系化发展的新需求。现代战争作战模式正在从单一武器的使用向基于多维信息支持的空、天、地体系化作战模式转变。

在防空导弹领域，应更加强调对空、天、地一体、星弹协同及弹间协同等新的作战模式的研究。相应的精确制导技术应重视“外部协同、内部融合”的技术发展特征。多平台/多弹协同制导、高性能协同数据链等精导技术是支撑防空导弹体系化、协同作战的关键。

2)在制导探测技术方面，体制上需重视发展相控阵、多维、多谱及多模复合制导技术；频段上需加快向3 毫米、亚毫米及太赫兹等频段扩展。传统频段的单一制导体制已经在精确制导武器装备上得到了大量的应用，与之相应的干扰对抗技术也已经发展到了一个较高的水平。后续应重视对新体制弹载相控阵技术的研究，发展多维、多谱、多极化及多模复合制导技术，以适应当前的复杂战场环境，增强导弹武器的抗干扰能力。加快3毫米 、亚毫米等新频段制导技术研究，以满足拦截高超声速目标、空间目标的迫切需求。

近年来，前沿技术发展呈现出革命性突破的态势，对未来精确制导武器装备与技术发展将产生重要影响。应密切跟踪以激光探测技术、多色/多光谱识别技术、石墨烯技术和相变技术等为代表的光学前沿技术以及以多输入多输出(MIMO)相控阵雷达技术、太赫兹探测技术等为代表的射频前沿技术在反隐身、目标识别、抗干扰和信息获取等方面的应用研究。

3)在导引控制技术方面，加快末端快响应和多操面1控制技术的工程应用研究；加强多源组合导航技术、多源信息融合技术研究；重视高维、多约束、强耦合先进控制技术研究。为提高对高隐身、高速、高机动目标的拦截精度，需要继续加大力度研究、优化直接力/气动力复合控制技术；加快北斗/惯导组合导航技术研究，提高导弹的远程攻击和信息自主保障能力。同时，开展弹载多基、多源信息融合技术研究，支撑导弹形成自主协同作战能力。

在临近空间攻防等新领域，全新的作战环境、被控对象必然带来控制算法、控制系统设计软硬两方面的更新换代，需要密切跟踪人工智能、大数据等新概念技术，同时推动具有高性能计算能力的软硬件设备的工程应用，从而支撑高维、多约束、强耦合先进控制技术研发和关键技术攻关。

4)在精导仿真技术方面，急需突破雷达/红外成像等多模复合制导仿真验证与评估技术。研究新体制精确制导仿真技术，拓展试验系统功能。随着多模复合制导技术的广泛应用，急需突破主/被动雷达/红外成像复合制导、毫米波/红外成像/激光复合制导、光学多模复合仿真和实时协同控制仿真等技术，构建射频/光学多模复合仿真试验系统。将复合制导仿真试验系统进一步向更低频段和更高频段拓展，构建宽频带下多种制导体制组合的复合制导半实物仿真试验平台。

同时，随着精确制导技术发展，多光谱成像、偏振光成像、MIMO制导和太赫兹制导等先进体制制导技术逐步得到工程应用，需要有针对性地开展对高温、高分辨率红外成像转换技术、红外双波段成像转换技术、偏振光成像转换技术和射频/光学波束合成技术等仿真技术的研究，并拓展试验系统功能，以支撑新体制制导技术的研发与验证。

5)在关键元器件、组件方面，提升国产化水平和产品性能，同时降低成本。首先，红外探测器组件、雷达导引头所使用的FPGA、DSP处理器等器件应尽快实现全部国产化，彻底摆脱对进口产品的依赖。其次，随着防空导弹远程高速化和多模复合制导技术的应用，加快耐高温、超宽带、多模复合天线罩的研制。最后，在战时，导弹武器将是最大的战争消耗品，核心元器件、关键元器件价格昂贵将使得整弹成本过高，造成“好用却用不起”的局面，因此“保性能、降成本”必须双管齐下。

4 结束语

随着作战理念、作战模式与武器装备日新月异的发展，防空导弹武器装备所面临的作战形势也将更加严峻。客观地说在未来的一段时间内，防空导弹武器装备精确制导技术的整体水平，无论是在满足自身应用需求方面，还是与国外先进水平相比仍会存在一定的差距，因此，作为防空导弹装备技术的核心——精确制导技术，需要更有针对性地加快其发展步伐。