楊凱 盧鶯

摘 要：?????? 本文介紹了典型多模復(fù)合制導(dǎo)空地導(dǎo)彈的制導(dǎo)模式設(shè)計， 對復(fù)合導(dǎo)引頭的結(jié)構(gòu)組成、 工作原理、 制導(dǎo)信息融合技術(shù)、 制導(dǎo)信息過渡銜接切換技術(shù)、 制導(dǎo)信息智能補償技術(shù)作了闡述。 最后， 闡述了雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)設(shè)計方案及典型雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)組成原理及工作方式。

關(guān)鍵詞：????? 多模復(fù)合制導(dǎo); 信息融合; 導(dǎo)引頭; 仿真系統(tǒng)

中圖分類號：???? TJ765.3 文獻標(biāo)識碼：???? A? 文章編號：???? ?1673-5048（2018）01-0020-07

0 引? 言

隨著現(xiàn)代社會智能化、 網(wǎng)絡(luò)化、 信息化技術(shù)的發(fā)展， 光電干擾技術(shù)、 隱身技術(shù)和反輻射導(dǎo)彈技術(shù)在軍事上得到應(yīng)用， 單一制導(dǎo)體制的武器裝備受到日益嚴(yán)重的電子戰(zhàn)挑戰(zhàn)， 其固有弱點和局限性大大降低了制導(dǎo)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能， 甚至難以適應(yīng)未來復(fù)雜、 惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境，? 這就促使武器制導(dǎo)體制由單模導(dǎo)引向多模導(dǎo)引發(fā)展。 多模復(fù)合制導(dǎo)方式成為必然選擇， 其優(yōu)勢在于， 可充分發(fā)揮各頻段或各制導(dǎo)體制的特長， 相互彌補， 極大地提高武器系統(tǒng)的抗干擾能力和作戰(zhàn)效能， 已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器實現(xiàn)全自動化和智能化的主要技術(shù)途徑， 引起了各國的廣泛重視。

目前國外正在研制采用毫米波/激光半主動、 毫米波/紅外成像、 毫米波/激光半主動/紅外成像等多模復(fù)合制導(dǎo)體制的空地導(dǎo)彈。 最典型的多模復(fù)合制導(dǎo)空地導(dǎo)彈有英國研制的“雙模硫磺石”（DMB）導(dǎo)彈， 其采用毫米波/激光半主動雙模制導(dǎo)體制， 以及美國研制的聯(lián)合空地導(dǎo)彈（JAGM）， 其采用毫米波/激光半主動/紅外成像三模制導(dǎo)體制。

1 多模復(fù)合制導(dǎo)空地導(dǎo)彈制導(dǎo)模式設(shè)計

多模復(fù)合制導(dǎo)空地導(dǎo)彈能夠適應(yīng)全地域、 全天時、 復(fù)雜氣象及電磁環(huán)境條件下的作戰(zhàn)使用要求， 武器系統(tǒng)采用火控雷達、 晝夜觀瞄系統(tǒng)、 綜合通訊系統(tǒng)進行目標(biāo)定位， 由載機在敵低空火力區(qū)域外發(fā)射空地導(dǎo)彈， 精確攻擊防空單元、 主戰(zhàn)坦克、 野戰(zhàn)指揮車等高價值目標(biāo)， 還可用于攻擊其他重要技術(shù)兵器， 如步兵戰(zhàn)車、 裝甲運兵車和小型艦船等地（水）面目標(biāo)。 采用多模復(fù)合制導(dǎo)的空地導(dǎo)彈普遍具有以下特點：? （1）遠(yuǎn)距離攻擊能力; （2）精確制導(dǎo)能力; （3）發(fā)射后不管能力; （4）全天候攻擊能力; （5）多目標(biāo)攻擊能力。

對于毫米波/激光半主動/紅外成像三模制導(dǎo)的空地導(dǎo)彈， 主要設(shè)計如下五種制導(dǎo)模式：

（1） 毫米波自尋的“發(fā)射后不管”制導(dǎo)模式， 見圖1。

導(dǎo)引頭毫米波模式工作， 自主截獲和跟蹤目標(biāo)， 載機發(fā)射導(dǎo)彈后即可撤離， 可完全實現(xiàn)“發(fā)射后不管”。

（2） 激光半主動“指哪打哪”制導(dǎo)模式，見圖2。 使用本機或非本機激光指示目標(biāo)， 導(dǎo)引頭激光半主動模式工作， 利用激光模式“指哪打哪”的特點， 實現(xiàn)對多種地面目標(biāo)的精確打擊。

（3） 激光毫米波“復(fù)合接力”制導(dǎo)模式， 如圖3所示。

首先使用導(dǎo)引頭激光半主動模式， 為導(dǎo)引頭毫米波模式提供初始指向， 提升目標(biāo)捕獲與識別概率， 當(dāng)導(dǎo)引頭毫米波模式捕獲目標(biāo)后， 使用毫米波信息進行末制導(dǎo)， 實現(xiàn)激光毫米波“復(fù)合接力”制導(dǎo)模式。

（4） 紅外成像自尋的“發(fā)射后不管”制導(dǎo)模式， 如圖4所示。

使用導(dǎo)引頭紅外成像模式， 攻擊近距離靜止或運動目標(biāo)， 可采用“發(fā)射前鎖定”攻擊方式， 實現(xiàn)“發(fā)射后不管”; 攻擊遠(yuǎn)距離較簡單背景下的特定固定目標(biāo)時， 可采用“發(fā)射后鎖定”攻擊方式， 也可實現(xiàn)“發(fā)射后不管”。

（5） 激光與紅外成像“復(fù)合接力”制導(dǎo)模式， 如圖5所示。 首先使用導(dǎo)引頭激光半主動模式， 將導(dǎo)引頭光軸引導(dǎo)到待攻擊目標(biāo)點附近， 再進入紅外圖像可探測距離內(nèi)， 轉(zhuǎn)入紅外圖像模式制導(dǎo)， 實現(xiàn)激光與紅外成像“復(fù)合接力”制導(dǎo)模式。

2 毫米波/激光半主動/紅外成像三模導(dǎo)引頭方案設(shè)計

毫米波/激光半主動/紅外成像三模復(fù)合導(dǎo)引頭各分系統(tǒng)采用共用穩(wěn)定平臺位標(biāo)器系統(tǒng)的共口面復(fù)合方案， 導(dǎo)引頭由以下部分組成：? （1） 主動毫米波探測系統(tǒng); （2） 四象限激光探測系統(tǒng); （3） 凝視紅外焦平面成像探測系統(tǒng); （4） 穩(wěn)定平臺位標(biāo)器及控制系統(tǒng); （5） 信息融合處理器; （6） 多波段頭罩。 導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成見圖6～7。

毫米波分系統(tǒng)采用平板陣列單脈沖天線、 毫米波收發(fā)模塊、 頻率源、 信號源、 雙通道中頻接收機和信號處理器; 激光探測系統(tǒng)與激光照射器協(xié)調(diào)工作， 采用四象限激光探測器， 接收和識別約定碼型的激光回波信號， 可穩(wěn)定跟蹤目標(biāo); 紅外探測系統(tǒng)采用制冷凝視紅外焦平面成像， 提高對地目標(biāo)的探測距離與識別能力。

激光半主動/紅外成像探測系統(tǒng)采用共光路設(shè)計， 紅外探測系統(tǒng)與激光探測系統(tǒng)共用一個通道， 通過分光板將紅外與激光信號在通道后端分開， 分別送入相應(yīng)探測器進行后續(xù)處理。

位標(biāo)器采用速率陀螺穩(wěn)定平臺技術(shù)方案， 毫米波探測器、 紅外探測器和激光探測器安裝在同一個位標(biāo)器上， 且光軸、 電軸、 機械軸重合。

復(fù)合導(dǎo)引頭信息處理硬件平臺接收不同波段傳感器的輸出信息， 按照基于特征層的決策層信息融合策略， 開展多傳感器信息處理及融合， 確定目標(biāo)相對導(dǎo)引頭的角偏差信息， 將控制指令輸出到導(dǎo)引頭控制回路， 經(jīng)放大轉(zhuǎn)換后， 作用在導(dǎo)引頭平臺框架力矩器， 力矩器輸出力矩驅(qū)動外框及內(nèi)框， 平臺實現(xiàn)兩個方向的運動， 從而完成對目標(biāo)的實時跟蹤。

3 毫米波/激光半主動/紅外成像三模導(dǎo)引頭工作原理及信息融合處理方法

使用三模導(dǎo)引頭對目標(biāo)進行探測、 識別和跟蹤， 主要目的在于多種傳感器進行互補以便得到更多的目標(biāo)信息。? 三模復(fù)合制導(dǎo)的空地導(dǎo)彈采用比例導(dǎo)引規(guī)律進行末制導(dǎo)， 因此， 本文主要從制導(dǎo)控制大系統(tǒng)角度針對導(dǎo)引頭測量得到的彈目距離、 彈目視線角速度等信息進行信息融合算法設(shè)計， 而不是針對目標(biāo)本身特征信息（如目標(biāo)成像特性、 目標(biāo)起伏噪聲等）進行相關(guān)信息融合算法設(shè)計。 同時， 結(jié)合相關(guān)工程應(yīng)用介紹了不同制導(dǎo)信號之間的過渡銜接技術(shù)、 制導(dǎo)信息智能補償技術(shù)。

3.1 制導(dǎo)信息融合技術(shù)

復(fù)合制導(dǎo)信息融合技術(shù)是指利用計算機技術(shù)， 對復(fù)合導(dǎo)引頭工作在不同制導(dǎo)模式下按時間順序觀測得到的目標(biāo)信息， 在一定的準(zhǔn)則下加以自動分析、 綜合， 從而形成決策級融合制導(dǎo)信息的先進技術(shù)。 信息融合有數(shù)據(jù)層融合、 特征級融合和決策級融合三類。 復(fù)合導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息融合采用基于特征層的信息融合策略。 信息融合的一般步驟分： （1） 數(shù)據(jù)預(yù)處理， 包括空間對準(zhǔn)、 時間對準(zhǔn)、 野值處理等; （2） 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)， 采用的算法包括最近鄰域算法、 K鄰域算法、 加權(quán)統(tǒng)計距離檢驗法、 概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法、 基于灰色關(guān)聯(lián)的概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法等; （3） 信息融合， 采用的算法包括Bayes推理法、 表決法、 D-S推理法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合法等。

信息融合一般分為集中式信息融合和分布式信息融合。 集中式處理能夠得到最優(yōu)的處理結(jié)果， 但是對數(shù)據(jù)預(yù)處理的要求較高， 分布式處理較為靈活。

3.1.1 集中式信息融合方案

設(shè)三模導(dǎo)引頭中， 激光制導(dǎo)模式輸出信息為X1（k1， …， kn）， 紅外制導(dǎo)模式輸出信息為X2（k1， …， kn）， 毫米波制導(dǎo)模式輸出信息為X3（k1， …， kn）， 采取集中式信息融合的結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.1.2 分布式信息融合方案

設(shè)三模導(dǎo)引頭中， 激光制導(dǎo)模式輸出信息為X1（k1， …， kn）， 紅外制導(dǎo)模式輸出信息為X2（k1， …， kn）， 毫米波制導(dǎo)模式輸出信息為X3（k1， …， kn）， 采取分布式信息融合的結(jié)構(gòu)如圖9所示。

3.2 制導(dǎo)信息過渡銜接切換技術(shù)

以激光毫米波“復(fù)合接力”制導(dǎo)模式為例， 說明多模復(fù)合制導(dǎo)接力及制導(dǎo)信息過渡銜接切換技

術(shù)， 導(dǎo)引頭接收制導(dǎo)控制計算機“解鎖”指令， 導(dǎo)引頭解鎖并按給定掃描規(guī)律首先進行激光回波搜索， 捕獲并跟蹤激光回波信號， 此時導(dǎo)引頭由激光回路控制跟蹤目標(biāo)。 毫米波雷達隨“解鎖”指令開機， 探測雷達回波信號， 捕獲目標(biāo)回波信息后， 導(dǎo)引頭進行目標(biāo)確認(rèn)并根據(jù)切換條件判斷是否切換跟蹤狀態(tài); 滿足條件后切換為毫米波跟蹤， 此時導(dǎo)引頭由毫米波回路控制跟蹤目標(biāo)。 制導(dǎo)信息由激光制導(dǎo)信息過渡銜接到毫米波制導(dǎo)信息， 切換到毫米波雷達跟蹤后， 若出現(xiàn)目標(biāo)丟失， 不再切換回激光搜索目標(biāo)， 導(dǎo)引頭按制導(dǎo)控制計算機給定掃描規(guī)律利用毫米波雷達重新搜索目標(biāo)， 如果不能再次截獲目標(biāo)， 則制導(dǎo)信息切換為理論視線角速度信息。 空地導(dǎo)彈末制導(dǎo)段制導(dǎo)信息過渡銜接、 切換以及智能補償傳遞流程如圖10所示。

理論視線角速度信號計算方法如下：

3.3 制導(dǎo)信息智能補償技術(shù)

導(dǎo)彈在末制導(dǎo)段飛行過程中， 由于目標(biāo)姿態(tài)突然變化、 目標(biāo)閃爍以及其他諸多因素的干擾， 都可能引起導(dǎo)引頭輸出不穩(wěn)定， 經(jīng)制導(dǎo)信息融合后， 仍可能出現(xiàn)導(dǎo)引頭輸出信息跟蹤目標(biāo)時出現(xiàn)短暫丟失或頻繁丟失等不穩(wěn)定跟蹤現(xiàn)象。 當(dāng)導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時， 設(shè)截獲狀態(tài)位D0為1， 導(dǎo)引頭輸出視線角速度穩(wěn)定;? 當(dāng)導(dǎo)引頭丟失目標(biāo)時， 設(shè)截獲狀態(tài)位D0為0， 導(dǎo)引頭輸出視線角速度為0。 導(dǎo)引頭截獲狀態(tài)位D0與導(dǎo)引頭輸出視線角速度的關(guān)系曲線見圖13。 如果制導(dǎo)控制系統(tǒng)采用此視線角速度信號對導(dǎo)彈進行末段比例導(dǎo)引控制， 將會導(dǎo)致導(dǎo)彈飛行姿態(tài)擺動， 進而影響命中精度。 在此可能引起導(dǎo)引頭輸出不穩(wěn)定， 經(jīng)制導(dǎo)信息融合后，仍可能出現(xiàn)導(dǎo)引頭輸出信息跟蹤目標(biāo)時出現(xiàn)短暫丟失或頻繁丟失等不穩(wěn)定跟蹤現(xiàn)象。 當(dāng)導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時， 設(shè)截獲狀態(tài)位D0為1， 導(dǎo)引頭輸出視線角速度穩(wěn)定;? 當(dāng)導(dǎo)引頭丟失目標(biāo)時， 設(shè)截獲狀態(tài)位D0為0， 導(dǎo)引頭輸出視線角速度為0。 導(dǎo)引頭截獲狀態(tài)位D0與導(dǎo)引頭輸出視線角速度的關(guān)系曲線如圖13所示。 如果制導(dǎo)控制系統(tǒng)采用此視線角速度信號對導(dǎo)彈進行末段比例導(dǎo)引控制， 將會導(dǎo)致導(dǎo)彈飛行姿態(tài)擺動， 進而影響命中精度。 在此導(dǎo)引頭輸出的視線角速度信號作用下， 導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)曲線如圖14所示。

為了解決導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)不穩(wěn)定時輸出視線角速度信號跳零， 導(dǎo)致導(dǎo)彈姿態(tài)擺動、 命中精度降低的問題， 制導(dǎo)控制系統(tǒng)采用導(dǎo)引頭輸出視線角速度信號智能補償技術(shù)， 對導(dǎo)引頭輸出視線角速度信號進行處理， 處理結(jié)果如圖15所示。 采用智

能補償技術(shù)處理后的視線角速度平滑， 接近真實視線角速度輸出。 通過智能補償技術(shù)處理后的視線角速度信號進行末段比例導(dǎo)引控制， 姿態(tài)角擺動現(xiàn)象明顯得到抑制， 且能夠保證導(dǎo)彈命中精度。 姿態(tài)角仿真結(jié)果如圖16所示。

4 多模復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)仿真技術(shù)

4.1 雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方案研究與設(shè)計

為驗證雙模復(fù)合制導(dǎo)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計， 需要進行半實物仿真驗證。 雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)設(shè)計主要包括系統(tǒng)建模與驗?zāi)！?軟件設(shè)計、 系統(tǒng)連接和環(huán)境支持仿真技術(shù)、 半實物仿真試驗方案設(shè)計等。

搭建雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)首先需要建立系統(tǒng)仿真模型并檢驗其正確性。 雙模復(fù)合制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實物仿真建模主要包括彈體空間六自由度數(shù)學(xué)模型、 導(dǎo)彈-目標(biāo)相對運動學(xué)模型、 制導(dǎo)控制部件模型、 自動駕駛儀數(shù)學(xué)模型、 干擾噪聲模型和系統(tǒng)誤差模型等。

仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計包括模型程序設(shè)計、 服務(wù)程序設(shè)計和系統(tǒng)集成程序設(shè)計。 通過對彈體飛行運動學(xué)、 動力學(xué)特性的分析， 按照“構(gòu)件”組裝原理， 依據(jù)通用、 可剪裁拆裝的要求進行模塊化設(shè)計， 并通過對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 組成和傳遞函數(shù)的分析， 按設(shè)備組成單元對模型程序進行模塊化設(shè)計。 設(shè)計支持仿真系統(tǒng)構(gòu)成的功能軟件模塊， 包括原始數(shù)據(jù)處理模塊、 I/O連接模塊、 剪裁控制模塊等; 設(shè)計支持仿真系統(tǒng)運行監(jiān)控的功能軟件模塊， 包括交互控制模塊、 結(jié)果數(shù)據(jù)處理模塊、 參數(shù)顯示模塊、 數(shù)據(jù)辨識和分析模塊、 運行監(jiān)測模塊等; 各種算法程序的設(shè)計， 包括數(shù)值積分算法程序、 數(shù)據(jù)處理算法程序， 函數(shù)生成算法程序等。 系統(tǒng)集成程序的功能是按照系統(tǒng)組成原理的要求， 將系統(tǒng)“構(gòu)件”組裝成可以控制、 可以測試、 可以運行的仿真試驗系統(tǒng)。

半實物仿真試驗系統(tǒng)由參試部件、 仿真模型、 仿真設(shè)備及各種接口裝置等組成。 其中仿真設(shè)備包括仿真計算機， 角運動仿真設(shè)備， 各種單軸、 三軸轉(zhuǎn)臺， 角速度仿真設(shè)備， 各種加速率轉(zhuǎn)臺， 線加速度仿真設(shè)備以及伺服機構(gòu)負(fù)載仿真設(shè)備等。 各種接口裝置為A/D， D/A， D/D， TTL接口及專用接口等。

針對雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真試驗， 需要研究制定相應(yīng)的試驗方案， 主要包括數(shù)字仿真試驗方案、 半實物仿真試驗方案、 程控仿真試驗方案、 閉環(huán)仿真試驗方案等。 試驗方案的設(shè)計依據(jù)有： 考核制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性; 考核彈載計算機實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的正確性; 考核各制導(dǎo)控制部件工作的協(xié)調(diào)性、 可靠性及接口的匹配性; 考核命中精度、 抗干擾能力、 邊界條件、 載機發(fā)射條件等技術(shù)指標(biāo)。 同時， 半實物仿真系統(tǒng)的設(shè)計方案要涵蓋雙模復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)的各種工作模式， 為雙模復(fù)合導(dǎo)引頭提供不同的目標(biāo)模擬系統(tǒng)。

4.2 典型雙模復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)

某空地導(dǎo)彈采用激光/毫米波復(fù)合導(dǎo)引頭尋的制導(dǎo)， 具有“發(fā)射前鎖定”和“發(fā)射后鎖定”攻擊方式。 （1）發(fā)射前鎖定攻擊： 導(dǎo)彈上電自檢正常后， 地面照射器啟動激光照射， 射手置“發(fā)射前鎖定”， 導(dǎo)引頭解鎖掃描， 當(dāng)捕獲到激光回波后， 轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)， 系統(tǒng)提示“鎖定好”， 射手按下發(fā)射按鈕， 導(dǎo)彈發(fā)射離軌， 導(dǎo)引頭繼續(xù)跟蹤激光信號， 到達預(yù)定時刻， 導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)入毫米波跟蹤， 導(dǎo)彈按照比例導(dǎo)引彈道飛行， 直至命中目標(biāo)。 （2）發(fā)射后鎖定攻擊： 導(dǎo)彈上電自檢正常后， 射手按下發(fā)射按鈕， 導(dǎo)彈發(fā)射離軌， 地面照射器按照時序啟動激光照射， 導(dǎo)彈按照預(yù)定中制導(dǎo)控制程序飛行， 導(dǎo)引頭按照預(yù)定時序解鎖、 掃描， 當(dāng)捕獲到目標(biāo)的激光回波后， 轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)， 到達預(yù)定時刻， 導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)入毫米波跟蹤， 導(dǎo)彈按照比例導(dǎo)引彈道飛行， 直至命中目標(biāo)。 復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)框圖如圖17～18所示。

5 結(jié)? 論

為了解決單一制導(dǎo)體制的局限性， 目前各國正在紛紛研制采用多模導(dǎo)引頭的復(fù)合制導(dǎo)體制。 本文介紹的五種復(fù)合制導(dǎo)模式， 利用各制導(dǎo)模式的優(yōu)點， 取長補短， 充分發(fā)揮武器系統(tǒng)的最優(yōu)性能。 復(fù)合制導(dǎo)信息融合可采用集中式信息融合和分布式信息融合方案， 集中式信息融合能夠得到最優(yōu)的處理結(jié)果， 但是對數(shù)據(jù)預(yù)處理的要求較高， 分布式信息融合較為靈活。 文中還提出了制導(dǎo)信息過渡銜接切換技術(shù)、 制導(dǎo)信息智能補償技術(shù)， 這兩種技術(shù)方案應(yīng)用于多模導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息過渡銜接切換、 數(shù)據(jù)異常或融合信息難以滿足制導(dǎo)精度需求時， 對比例導(dǎo)引段控制系統(tǒng)有良好的改善作用， 姿態(tài)異常擺動現(xiàn)象得到抑制， 控制品質(zhì)明顯提升。

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