[科普中国]-复合制导

学术解释

复合制导是指由多种模式的导引设备参与制导，共同完成对导弹的制导任务。从广义上说，复合制导应包括多导引头的复合制导，多制导方式的复合制导，多功能的复合制导，多导引规律的串联、并联及串并联的复合制导。从不同的角度可以有以下几种解释：

1、复合制导是指由多种模式的导引设备参与制导，共同完成对导弹的制导任务。从广义上说，复合制导应包括多导引头的复合制导，多制导方式的复合制导，多功能的复合制导，多导引规律的串联、并联及串并联的复合制导

2、复合制导是指不同的任务阶段采用不同的制导方式交替工作。如雷达红外复合制导,在末制导初段主要利用雷达进行制导，可在中制导终点存在较大误差的情况下,首先在远距离进行大范围的搜索,在近战环境更加复杂

3、若在其中某一段或几段采用一种以上制导方式进行制导称为复合制导。按照复合制导与系统之间的工作时序不同，复合制导可以分为串联型复合制导、并联型复合制导和混合型制导系统1

阶段划分 复合制导可以按飞行过程三个阶段（初始段、中段和末段）的不同特点,各阶段分别采用不同的制导方式；也可以中段和末段共同采用一种制导方式。可以增大制导系统的作用距离,提高制导精度。有的导弹还可以在一个飞行阶段同时或交替采用两种制导方式以提高制导精度、抗干扰能力和全天候使用能力。

制导技术复合制导技术是不同制导方式和（或）不同信息源制导综合用于制导同一导弹的制导技术。制导是对飞行体按一定规律进行控制和导引的总称。按制导工作原理、制导可有多种方式，如自主制导、指令制导。驾束制导和寻的制导等。目前采用的复合制导技术主要有以下几种：

自主寻的制导：如法国的“飞鱼”初始段和中段采用惯性制导，中国的C-802反舰导弹初始段和中段采用程序制导，接近目标时二者都采用末段雷达主动寻的制导。

遥控寻的制导：如美国的“爱国者”地空导弹，采用的就是指令制导和半主动雷达寻的制导，制导精度高，抗干扰能力强。台军目前拥有3套“爱国者”PAC-2型导弹系统（导弹200枚），该系统由导弹、5～8辆四联装发射车、1辆多功能相控阵雷达车、1辆指挥控制车和电源车组成。其中多功能相控阵雷达可完成目标搜索、跟踪、识别，以及导弹跟踪、制导和反电子干扰等多种功能。

惯性、遥控寻的制导：台湾的“天弓”Ⅱ地空导弹采用初段惯性、中段无线电制令、末段主动雷达寻的复合制导。该导弹最大速度4马赫，最大射程100公里，射高25公里，目前台军拥有该导弹发射架4部，导弹50枚。1992年台湾和美国共同对“天弓”Ⅱ进行改造，提高其拦截战术弹道导弹的能力，1999年7月进行了实验，计划2000年后装备部队。美国的“宙斯盾”防空导弹和“标准”式舰对空导弹初始段和中段采用惯性加无线电指令制导，末段采用半主动雷达寻的制导。

惯性、地形匹配、GPS数字景象匹配制导：这种复合制导方式先是惯性制导，中段用地形匹配制导和GPS制导，接近目标时再由数字景象匹配进行末端制导。“战斧”BlockⅢ巡航导弹的初始段采用惯性制导，中段采用地形匹配制导，若导弹飞经大海、沙漠、平原时，采用GPS系统制导，最后一关是采用数字式景象匹配作末制导，使导弹导向目标。

制导方式对导弹在飞行过程中采用两种以上制导方式的制导系统。主要目的是提高制导精度，在命中精度相同的条件下，其作用距离比单一制导的作用距离更远，并可以增强导弹的抗干扰能力。

任何一种制导方式都有它的优缺点，采用复合制导可扬长避短，更好地满足作战要求。如惯性制导的优点是弹上设备简单，不易受外界干扰，但制导精度随射程的增大而降低，特别是攻击活动目标时误差更大。而寻的制导一般作用距离较短，但制导精度较高。两者结合运用，可以更有效地提高导弹的命中精度。对于一种导弹，当其彩不同的制导方式或不同信息源完成导弹制导时称为复合制导。复合制导应用二种或两种以上的制导方式或信息源，充分发挥各种制导的特点，在实战环境下实现导弹全程的优化制导。复合制导可分为串联复合制导和并联复合制导。串联复合制导主要是用来既增大导弹射程同时又确保导弹制导精度，有时也用来实现导弹的发射后截获，再转至导弹的主要制导方式。并联复合制导是导弹备有两种或多种信息源实现复合制导，根据作战环境选择制导形式，提高导弹抗干扰能力，必要时也可相互辅助完成导弹制导。

主要类型复合制导的类型多种多样，常用的复合制导技术有： 自主式制导+寻的式制导，自主式制导+指令式制导，自主式制导+指令式制导+寻的式制导，指令式制导+寻的式制导等，以上这些复合制导技术在地对空、空对地、地对地战术导弹中均被采用。以下以其中两种为例介绍。

寻的复合制导①自主-寻的制导。如法国的“飞鱼”反舰导弹，发射后先安装定的程序或惯性制导飞行,接近目标时转为寻的制导

②遥控-寻的制导。如美国的“波马克”地空导弹，飞行中段用无线电指令制导，末段用寻的制导。③惯性-遥控-寻的制导。如瑞典的RBS-15反舰导弹，飞行中段用惯性制导。而在整个飞行过程同时用无线电指令修正其飞行路线，末段用寻的制导，④惯性-地形或惯性-地图匹配制导。如美国的“战斧”巡航导弹。整个飞行过程都用惯性制导，中段用地形或地图匹配修正误差。⑤主动寻的－被动寻的制导。如美国的“黄蜂”空地导弹，发射后先用主动寻的制导，末段转为被动寻的制导。

此外,还有其他寻的复合制导形式，如“不死鸟”空空导弹发射后先用半主动寻的制导，末段转为主动寻的制导。2

惯性复合制导①惯性/天文复合制导。惯性/天文导航系统主要由平台式惯导和星光探测器构成。与只能在夜晚观测星体的六分仪相比,采用电荷耦合器件(CCD)的星光探测器具有在白天和黑夜都能观测星体的优点。安装于当地水平稳定平台上的星光探测器,借助于环架结构,在方位和仰角上有两个自由度。星光探测器只有极小的视界范围,通过环架驱动指令使其能对准于恒星,故也把它称作恒星跟踪器。在云层条件合适的情况下,该跟踪器在白天和夜晚都具有跟踪恒星的能力。设备安装时需在飞机的顶部开一个观察孔,以便于星光探测器观察;星光探测器惯性平台组件就直接装于观察孔之下。定位时所需的恒星星历是指恒星所在的位置和恒星亮度等级。这些参数以及星光探测器的校准系数都存储在导航计算机内。在给出精确的时间数据后,便能计算出恒星指向数据,并得到计算视角与测量视角之差。在导航滤波器中,这些角度之差当作惯性姿态基准误差进行处理。滤波器的输出既被用来修正导航系统的输出,也被用于修正惯性仪表校准系数。

②惯性/GPS复合制导。将GPS的长期高精度性能特性和惯导的短期高精度性能特性有机地结合起来，使组合后的导航性能比任一系统单独使用时有很大提高。目前，惯性/GPS复合制导多采用卡尔曼滤波器的组合方法。美国的SLAM巡航导弹在巡航阶段就是采用的此种制导方式。另外,法国正在研制一种新的型号阿帕奇也采用惯性/GPS导航,制导精度为几米。2

此外还有惯性/多普勒雷达复合制导，惯性/图像复合制导等。

发展情况在导弹武器的发展过程中很早就在采用复合制导技术。例如，50年代前苏联研制的远程防空导弹SA-5，美国地空导弹“波马克”均采用无线电指令+雷达主动寻的复合制导。法国60年代研制的低空近程防空导弹“响尾蛇”采用雷达制导，但为了导弹截获初始段采用了红外制导。瑞士和美国联合开发的防空反坦克两用导弹ADATS采用激光驾束制导，其导弹截获采用了指令制导。这些都是串联复合制导。

随着技术的发展，为了满足不断提高的作战需求，复合制导技术也在不断改进和发展。其主要发展趋势是适应导弹武器增大射程，提高命中精度，增强抗干扰能力和反隐身等作战需求。例如，为了增大射程和提高精度，美国最新的“战斧”巡航导弹已由过去的性制导+地形匹配制导改成全球定位系统/性制导+数字景象匹配制导。爱国者远程防空导弹已由原来的指令+TVM制导改成性制导+毫米波主动雷达寻的制导。为了提高精确打击能力，美国正在开发的小型巡航导弹“雪豹”将采用毫米波雷达/红外成象复合导引头。

近程防空导弹武器系统为了提高抗干扰能力和反隐身能力正在采用并联复合制导。例如法国的新一代的响尾蛇NG/VT-1和以色列的ADAMS都采用了雷达和光电复合制导。英国的“星光”便携导弹采用无线电指令/激光驾束复合制导。法国的“西北风”导弹将采用可工作在两个红外波段的导引头等。

技术难点

(1)复合制导总体技术

随着制导模式的增加,单一制导体制的导引头设计制造方法已经难以适应复合制导模式的要求,对复合制导总体技术的研究变得更加迫切,需要对以下几方面进行研究:

a)环境应力;

b)总体指标;

c)模式交接班;

d)多模式对战场环境覆盖率;

e)制导信息形式及利用方法等。

具体化导引头技术指标,使得指标可考核,可覆盖多模探测器各个方面的性能,并且可与单一模式的设计方法兼容,为设计方案提供指导性和可行性的建议。

(2)多模复合探测器集成制造技术

多模复合探测器集成制造技术主要体现:

a)紧凑的小型化结构设计;

b)低功耗设计;

c)高处理能力的处理器设计等。

多模复合探测器并不是简单的将两个单模探测器放在一起,必须根据实际情况,探测器之间的相互约束性以及应用场合在结构、安装位置、分系统布局等方面作统筹规划,此外还应考虑随着传感器的增加,系统总功耗上升;随着探测信息量的增加,信息处理器的负担加重等问题。

(3)多模头罩材料及设计技术

不同频谱的探测器对导弹头罩材料特性的要求不同,比如微波头罩不易用金属材料制作,而红外头罩一般都用含有金属成分的材料来成形,因此材料的研究对多模复合制导来说是一个难点。虽然某些合成材料可以满足电气性能要求,如蓝宝石,但是在生产成本、材料强度等方面存在较多问题,此外由头罩引起的视线角偏斜、探测距离衰减、导弹弹头形线限制、高速导弹气动加热等问题都需要通过头罩设计来研究解决。

(4)信息融合技术

多模复合制导可以看作是一种利用多传感器感知目标信息,然后通过信息综合来获得更加精确的信息的一种方法,该方法是以信息融合技术为基础,结合导引头制导信息提取的特殊性,为导弹的生存能力和抗干扰能力提供更好的保障。3

发展趋势由于高新技术的大量涌现及其在精确制导技术中的广泛应用,如成像制导技术、GPS技术等的广泛采用,将不断提高精确制导武器的信息化含量和智能化水平,从而带动多模复合制导技术向以下几个方向发展。

(1)加强多模复合导引头设计、研制、生产。目前单模导引头的设计、研制和生产技术已经成熟,可以在2～3年内完成导引头的工程化研制和靶试,但是在多模复合导引头方面还没有一套完善的研制方法,同时在技术综合性人才方面、系统工程的综合应用方面过于薄弱,需要进一步加强。此外,多种模式的导引头生产加工工艺差异较大,测试方法迥异,产品配套、安装和调试方法也是有待进一步研究的一个主要方面。

(2)继续发展导引头与GPS+INS复合制导。一体化的GPS/INS组合制导系统重量轻、体积小,具有良好的抗干扰性能,可以使导弹在大多数情况下按预定弹道运动,但是其所产生的制导偏差是不可避免的。GPS+INS提供的制导信息有相对精度高的特点,充分利用制导信息来完善和提高导引头的工作性能是一项有利可图的工程,在技术成熟度上更甚于多模式导引头复合技术,有较现实的应用前景。

(3)重视光学制导技术对微波制导技术缺陷的补偿。光学制导技术的优势在于能够对目标成像,相对来说雷达成像技术难以应用到导引头中,即使要应用在目前的弹道设计、信号处理能力、信息融合技术等方面都存在较大的问题。光学成像技术以其探测器轻巧的结构,可以较容易地加装到雷达导引头上,实现光学和微波制导复合。

(4)拓展制导技术的新领域。随着高新技术领域的拓展和进步,新的制导技术将不断涌现,如发达国家已经开始光学制导技术新频段红外多光谱、超长波红外、亚毫米波等方面的研究,并取得一定进展。这些技术将在多模复合制导技术中得到新的突破和应用。3