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智能反舰导弹发展需求及其关键技术

智能反舰导弹是指在某种程度上具有模仿人类智能的本领的反舰导弹,具体地说,就是利用传感器对战场情况进行自动探测、跟踪,根据获得的信息进行比较、分析、推理、判断,达到识别目标、背景和威胁的目的,进而制定出正确的对策,实施必要的机动动作,如躲闪、规避、施放干扰、自卫、攻击等。未来海上反舰作战环境更为复杂,对抗更加激烈,反舰导弹面临着敌方协同防空体系、新概念反导武器等严重威胁,目前反舰导弹的能力已难以满足作战需求,必须发展智能反舰导弹。 实现“智能化”的反舰导弹,一是可以真正实现“发射后不管”;二是可…

智能反舰导弹是指在某种程度上具有模仿人类智能的本领的反舰导弹,具体地说,就是利用传感器对战场情况进行自动探测、跟踪,根据获得的信息进行比较、分析、推理、判断,达到识别目标、背景和威胁的目的,进而制定出正确的对策,实施必要的机动动作,如躲闪、规避、施放干扰、自卫、攻击等。未来海上反舰作战环境更为复杂,对抗更加激烈,反舰导弹面临着敌方协同防空体系、新概念反导武器等严重威胁,目前反舰导弹的能力已难以满足作战需求,必须发展智能反舰导弹。

实现“智能化”的反舰导弹,一是可以真正实现“发射后不管”;二是可以简化导弹的指挥控制过程,实现快速反应;三是可以提高反舰导弹在激烈攻防对抗条件下的突防能力;四是可以提高效费比,用较小的弹药消耗量达成较大的作战效果。

智能反舰导弹是未来反舰导弹的发展方向,本文归纳国外智能反舰导弹的发展现状及特点,分析发展智能反舰导弹的必要性,探讨智能反舰导弹的能力需求,进而提出相应的主要关键技术,旨在为未来反舰导弹建设规划和发展提供有益启示。


1. 国外智能反舰导弹发展概况

国外已着手智能反舰导弹的研发,有的型号已经批量生产,虽然离真正意义上的智能导弹还有较大差距,但已初具智能反舰导弹的雏形,典型代表主要有以下三型。

1.1 美国LRASM远程反舰导弹

在美国国防部预先研究计划局(DARPA)和海军研究办公室(ONR)的资助下,洛马公司作为主承包商于 2009 年开始新一代远程反舰导弹(Long Range Anti-Ship Missile,简称为LRASM)的初始设计,提出了亚声速和超声速两个方案,分别称为 LRASM-A 和 LRASM-B方案。经综合评估,2012年 LRASM-B 方案被取消,LRASM-A 方案成为“进攻性反水面战”增量 1 的重点资助武器化项目。LRASM-A导弹射程为600~1000公里,装载有 GPS 接收机、高性能双向数据链通信系统,采用基于数据链的 CEC 技术,可由不同平台对导弹进行中继制导。目前,LRASM-A 已成功进行多次空射、舰射试验,计划于2018、2019 年分别进入美国空军(首装 B-1B)、海军(首装 F/A-18E/F)服役。

LRASM导弹的智能化主要体现在减少了对中继制导的依赖,具有智能识别能力。LRASM 导弹的核心技术是通过类似无源射频器件的设备感知敌方空警雷达开机时的电磁信号,并利用目标识别算法对探测的信号进行分类,从而在岛岸背景下及时确定威胁位置和覆盖区域,避开岛岸的影响,曲向机动至敌目标。同时,能在传感器及信息网络中断的情况下,依托先进的惯导装置、弹载传感器、雷达高度计以及数据处理技术,实现自主导航制导,降低对情报、侦察系统以及 GPS、ISR信息源的依赖。

1.2 俄罗斯锆石导弹

“锆石”高超声速反舰导弹(3M22)由俄罗斯战术导弹集团下属的俄罗斯机械制造科研生产联合体(NPOM)负责研制。飞行速度可达6马赫、飞行高度 30 km、射程约400 km。“锆石”反舰导弹包括三种型号:舰载型、陆基型和潜射型。2017 年4 月,“锆石”导弹又一次成功完成试射,测试过程中飞行速度达到了8马赫,预计将于 2018 年进入批量生产,计划装备于俄“彼得大帝”号及“纳希莫夫海军上将”号核动力巡洋舰。

“锆石”反舰导弹智能化水平主要体现在制导系统作战自主性和对抗水平方面。在“锆石”导弹的目标引导程序中集成了人工智能数据,使得导弹不仅能够对抗敌电子干扰手段,而且还能够自主规避敌防空火力的打击。为了消除对目标的误判,在导弹的弹载计算机中预先储存了现代主要舰艇的图像,可供导引头在选择机动方式和攻击指定目标时进行校正。“锆石”导弹能够按重要性对目标进行分类,然后根据预定的程序自主选定攻击战术和攻击实施方案,攻击其中最重要的目标。

“锆石”导弹上不仅可安装雷达自导头,还可安装用于搜索和探测目标的光电系统,并可加装数据链,具备了自主规避威胁能力。

1.3 挪威NSM导弹

NSM(Naval Strike Missile,海军打击导弹)采用成型弹体,正常气动布局,折叠式上翼,4个尾舵的结构布局;包括助推器在内的弹体全长为3.96 m,翼展为1.36 m,弹径0.69m。该导弹发射质量为 407 kg,飞行质量为344 kg,战斗部质量125 kg,射程180~200km,主巡航弹道速度0.95马赫,采用红外隐身外形设计,末段可进行三维迂回机动,有可达200个途径点的航路规划能力。NSM 导弹于 2010 年服役,主要用来装备挪威海军南森级护卫舰和导弹快艇。

NSM采用了高清晰度成像红外成像导引头,能够清晰分辨远处目标的外轮廓,制导系统的目标分类软件可进行自动目标识别。这样,就可以通过发射前的程序设计,选择目标的薄弱部位或者关键部位进行攻击。当导弹处于攻击的不利阵位时,智能软件可以控制导弹通过战术机动,占领有利攻击阵位,对目标实施最佳效果的攻击。在对目标实施多弹攻击时,可对每枚导弹的攻击飞行路线进行设定,并可设定不同的攻击部位,可使一枚或几枚导弹从对方拦截的盲区对目标舰发起攻击。这种攻击方法,可使导弹达成一定意义的协同,互相配合,达成最好的攻击效果。


2. 智能反舰导弹发展需求

2.1 反舰导弹智能化是适应未来战场复杂电磁环境的客观需要

未来战场“陆、海、空、天、电”五维空间一体,战场电磁环境复杂。敌舰艇电子对抗时,被动侦察告警、雷达有源干扰、无源干扰诱饵等多种手段并用,可形成远、中、近程层层设防的完整体系,并可通过综合电子战系统提供完整的战场态势信息,结合优化匹配的软硬兼施干扰措施,在较短时间内快速拦截反舰导弹。除电子对抗环境外,复杂电磁环境主要还包括通信环境、导航电磁环境等。另外,未来海战场可能涉及到海洋、港湾、岛屿、部分陆地和采用隐身、伪装的特种设施,且军用舰船与民用船只、商船混杂在一起,敌我友态势复杂。发展智能反舰导弹使其能够自动识别所遭受的各种电磁干扰,并可根据电磁环境的类型、影响和战术态势等因素相应做出最优决策。

2.2 反舰导弹智能化是实现远程精确打击的紧迫需求

随着反舰导弹射程向“远程化”发展,导弹飞行时间增大,目标机动散布范围和各种射击误差都随之增大。因此,必须增大导引头的搜索范围,但反舰导弹的末制导系统作用距离有限,难以完全覆盖目标的可能散布区。目前普遍采用中继制导解决该问题,但中继制导也有制导距离有限、牺牲导弹攻击的隐蔽性、中继平台的安全性难以保证等问题,不易满足对抗激烈的未来海战要求,必须发展对中继制导系统依赖程度低的智能反舰导弹。

2.3 反舰导弹智能化是实现目标高效毁伤的必然趋势

未来反舰作战,目标多元化、电子干扰强,仅靠单一的引信-战斗部系统难以对各类目标实施高效毁伤。反舰导弹应具备智能杀伤能力,导弹能根据目标特征、遭遇条件信息和环境条件信息等的不同,自适应地调整引信启动点和战斗部起爆方式,自动选择攻击目标的要害部位,充分发挥战斗部的威力。此外还要具备区分真假目标的功能,引信获取的信息不能仅限于无线电回波信号,还应包括红外信息、图像信息等信息。

2.4 反舰导弹智能化是破击协同防空体系的必由之路

舰艇编队协同防空体系的建立,使得反舰导弹突防更加艰难。如美军的分布式协同防空体系,以CEC网络为基础,将侦察卫星和预警飞机、超视距雷达、国土超低空监测网、舰载雷达及光电系统等和防空导弹联网,实现战术图像和武器系统信息共享,使防空导弹具备超视距作战能力,实现完全网络化分布式远程协同防空,实现目标拦截的最优化。采用传统的没有协同能力的反舰导弹及相应作战模式,很难完成作战任务,必须发展具有多弹协同攻击能力的智能反舰导弹。


3. 智能反舰导弹作战能力需求分析

智能反舰导弹不仅要具备现役反舰导弹的普遍能力,还要具备信息感知、智能毁伤、战场自适应、自主突防、主动电子对抗、多弹协同作战、实时通信等体现智能化特征的先进能力,如图1所示。

图1 智能反舰导弹作战能力示意图

3.1 信息感知能力

信息感知能力主要包括目标场景信息获取能力和感兴趣目标自动识别能力。目标场景主要指反舰导弹所面对的战场环境,不仅包括感兴趣目标,还包括大量自然干扰(如海面背景、雨雪、岛屿、无关目标等)与人为干扰。目标场景信息获取能力指对伴有噪声、自然干扰、人为干扰信息的场景信息进行精确处理与分析的能力。感兴趣目标自动识别能力指结合目标先验知识,按需求给出目标的不同层次(特定目标检测、类型识别、关键部位识别)的状态信息与识别结果的能力。

3.2 智能毁伤能力

智能毁伤能力指针对不同的目标类型尤其是低可观测目标,反舰导弹能根据战场环境、目标特征、导弹与目标交会条件和目标要害等的不同,自适应地调整引信工作方式、选择炸点或起爆方式,改变战斗部的杀伤方式,达到最佳的引信-战斗部配合效果,实现对不同目标的最佳毁伤。因此,智能反舰导弹要具有敏感目标类型、环境及其特性的能力,并能自动识别目标要害或脆弱部位,适时引爆战斗部,给目标以重创,并将附带毁伤降到最低。

3.3 战场自适应能力

智能反舰导弹能根据战场态势变化,自主形成相应的对策,具备灵活的任务在线规划和自适应能力。一是自主选择飞行航迹的能力。反舰导弹能够根据目标信息、对指定目标实施打击。二是电子对抗和智能抗干扰能力。反舰导弹能够克服战场地理、气象与电磁环境带来的不利影响,防止被敌方干扰信息中断、诱偏、欺骗,实现复杂战场环境中的有效作战。三是智能目标打击能力。反舰导弹能够接收指控系统的指令,重新确定打击目标,在飞行中可改变方向,打击新的机动目标。

3.4 自主突防能力

自主突防能力主要包括自主规避机动(威胁判断、告警,实时规避)、自主改变速度(亚声速-超声速突防)、自主改变高度(多种飞行高度、跃升-俯冲)、自主改变方位(方位发射、蛇行机动)等能力[4]。反舰导弹在海上飞行过程中能够根据战场态势、所受电磁干扰和火力对抗情况,进行威胁判断,综合做出最优的对抗决策,并控制导弹采取相应的对抗措施,如改变飞行高度、飞行速度,进行弹道机动,以对抗敌方拦截,提高突防概率。

3.5 主动电子对抗能力

智能反舰导弹对所遭受的多种干扰应具有主动电子对抗能力,即能够根据干扰类型、时机、效果以及导弹所处的战术态势等因素及时主动地对硬拦截进行干扰、对软对抗进行反干扰。一是当探测到舰空导弹、舰炮等硬拦截威胁时,控制诱饵释放装置自主释放诱饵或有源干扰机选择最佳工作模式等;二是面对各种有源、无源、诱饵等软对抗时,综合判断各个方向受到电子干扰的强弱,为导弹选择最佳突防方向提供有利参考;三是迅速进行频率捷变,拓宽反舰导弹导引头的频谱范围,利用超宽谱雷达在大范围内进行捷变,实施主动对抗。

3.6 多弹协同作战能力

少量反舰导弹参与齐射、分波次攻击、对单目标实施饱和攻击等方式已经不能满足作战需要,反舰导弹应具备多弹协同作战能力。根据作战任务,多枚智能反舰导弹可组成一个协同攻击编队,编队由1~2枚装备智能化远距离大扇面导引头的导弹担任领弹,其它导弹充当从弹。领弹负责整个编队中各导弹作战任务的协调分配。领弹可通过数据链向从弹或指挥控制平台传输信息及作战指令,引导从弹进行多方向或多波次攻击。多弹协同作战时导弹可从不同方向、不同发射平台,沿着不同路径飞行,同时到达某一目标区域,按系统作战原则对单个或多个目标实施攻击,通过领弹来判别导弹攻击效果,决定是否实施下一波攻击。

3.7 实时通信能力

前述能力,离不开信息实时相互传输,有的信息需要在导弹与指挥平台之间相互传输,有的信息需要在导弹与传感器平台之间相互传输,有的信息需要在导弹与导弹之间相互传输。因此,通信能力是隐含上述能力要求之中、且必不可少的能力。


4. 智能反舰导弹发展的关键技术

发展智能反舰导弹是一项复杂的系统工程,涉及到的关键技术很多,这里提出智能导引头、智能杀伤、智能决策、智能突防、多传感器信息融合、微机电、数据链和弹群攻击智能协同等主要关键技术。

4.1 智能导引头技术

反舰导弹智能导引头一个发展方向是发展高分辨率成像制导导引头。成像制导技术以目标成像为基础直接探测目标的外形或基本特征,获取的目标信息更为全面,可实现对目标特征的有效识别,是提高目标辨识能力、抗干扰能力、制导精度等的有效手段。另一个发展方向是发展多模、多波段复合导引头。反舰导弹可应用的智能导引头技术如表1所示。


4.2 智能杀伤技术

反舰导弹对目标的智能杀伤需要利用导引头和(或)引信对目标类型、环境及其特性的智能敏感,弹头、战斗部起爆和弹上安全执行机构解除保险过程的智能控制来实现。智能杀伤技术主要包括智能引信技术、智能战斗部技术和安全执行机构的智能化技术。其中智能引信技术最为关键。采用智能引信技术可自适应地对付不同目标,适应超低空地物或海面背景的影响和对抗人为干扰。反舰导弹可应用的智能杀伤技术如表2所示。


4.3 智能决策技术

发展智能决策技术,实现反舰导弹真正意义上的“发射后不管”。一是自主决策技术:导弹在飞行过程中针对复杂的、不确定的作战条件,根据决策数据库的决策信息,对导弹的战术意图和行为进行实时决策,使导弹从探测、跟踪、寻的、拦截到最后摧毁目标的整个作战和制导过程实现完全自主。二是智能任务规划技术,在给定的约束条件下制定攻击计划,为导弹找出一条从发射区到攻击目标的令人满意的飞行航迹。随着目标信息的不断变化,智能反舰导弹能随之调整打击任务,对航迹进行必要的局部修改或进行重新规划。

4.4 智能突防技术

智能突防技术包括反识别智能突防技术和反拦截智能突防技术两类。反识别智能突防技术包括智能隐身技术、诱饵技术等。智能隐身技术是在智能材料(如纳米材料)技术以及自适应电子技术的基础上发展起来的新型技术。它所采用的隐身材料同时具有感知功能(传感器功能)、信息处理功能(处理器功能)、对信号做出最佳响应的功能(作动器功能),具有自动适应环境变化的优点。诱饵技术包括电磁诱饵技术、红外诱饵技术、抗复合制导诱饵技术等。反拦截智能突防技术主要包括弹道机动技术、掠海超低空突防技术等。

4.5 多传感器信息融合技术

多传感器信息融合是指反舰导弹从本身或异地多传感器获取不同信息,按不同层次进行信息融合。多传感器信息融合有三个层次,按照层次高低分别为决策层融合、数据层融合和特征层融合。智能反舰导弹的发展方向是运用决策层融合,即通过不同类型的传感器观测同一目标,每个传感器在本地完成基本的处理,包括预处理、特征抽取、识别或判决,以建立对所观察目标的初步结论,然后通过关联处理进行决策层融合判决,最终获得联合推断结果。

多传感器信息融合通过双模/多模复合、分布式融合、时空融合等融合手段,扩展监视探测的时空覆盖范围,消除或降低非目标物体的欺骗和干扰,改进系统工作的可靠性,可最大程度地提取目标信息,有效地识别真假目标。

4.6 微机电技术

将微机电(MEMS)技术运用到反舰导弹,一方面可使导弹弹体体积减小、质量减轻、生产和使用成本降低,导弹的小型化为导弹智能化创造有利条件。另一方面可以实现复杂功能的系统集成,对智能反舰导弹研发极为有利。

现阶段智能反舰导弹可能应用的微机电技术主要包括微惯性测量技术和微型智能引信技术。微惯性测量技术是利用MEMS惯性测量元件进行运动载体加速度和角速度直接测量,配以相关电路,计算出载体所需的位置、姿态等导航信息,可用于智能反舰导弹的精确制导,对反舰导弹的飞行弹道进行弹道修正,还可应用于反舰导弹的飞行控制、姿态控制、偏航阻尼控制及导弹导引头的稳定等。微型智能引信技术是采用MEMS技术在硅片上集成制作传感器、定时器、开关及控制元件,最终形成质量好、可靠性高、更安全的电子引信,为智能反舰导弹提供更安全可靠的引爆方式并实现爆炸点的精确控制,提高反舰导弹的威力。

4.7 数据链技术

数据链技术是使导弹具备目标选择与重瞄、目标毁伤效果评估、多弹协同作战等多种作战能力的关键性基础技术,是提高反舰导弹作战效能的倍增器。作为网络中心战的一个环节,数据链将反舰导弹动态链接到整个作战网络中,整个战场变成由信息栅网、传感器网和交战网组成的互连互通、无缝连接、动态开放的综合网络。反舰导弹通过网络可实时获得目标信息,了解上级指挥员的意图和指令,高度自主地实施作战协同。数据链技术可以帮助导弹完成通讯、指控和精确制导三个方面的功能。导弹间通讯功能可保障多弹协同作战的顺利实施。战场指挥控制功能使反舰导弹实现平台中心战向网络中心战的转变。按与其交换信息的平台类型分类,反舰导弹的数据链主要有三种形式:点对点数据链、网络数据链和人在回路数据链。人在回路数据链远距离传输有一定的时延并容易受干扰。网络数据链是智能反舰导弹数据链的主要发展方向。

4.8 弹群攻击智能协同技术

敌舰艇编队具备较强的体系化综合防御、攻击能力。为提高反舰导弹的突防和生存能力以及对敌方目标的有效摧毁能力,发展弹群攻击智能协同技术。多弹协同攻击可以克服单枚导弹导引头探测体制局限与性能瓶颈,通过弹群中不同体制导引头在不同距离、不同角度下对目标的多条件联合探测,以实现比其中独立个体更优的目标识别、抗干扰能力。在“弹群”攻击模式下,开展多弹间信息交互与协同处理技术研究,实现群体的分布式智能化协作,以及“弹群集体智慧决策”。


5. 结束语

智能反舰导弹代表了未来反舰导弹的发展方向,国外先进国家已经开始智能反舰导弹的研发,我们发展智能反舰导弹也是势在必行。当然,发展智能反舰导弹是一项复杂的系统工程,文中所分析的智能反舰导弹能力和所提出的主要关键技术可能不够全面、系统,旨在为智能反舰导弹的发展提供一点有益的启示。

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