高野軍

(北京航天長征飛行器研究所， 北京 100076)

0 引信系統(tǒng)定義、功能和組成

傳統(tǒng)的引信系統(tǒng)單指點火或起爆機構，而現(xiàn)代意義上的引信系統(tǒng)是指可以對目標進行探測和識別，并利用探測到的信息對彈道進行修正，控制導彈系統(tǒng)在最有利的時機和位置進行引爆，以充分發(fā)揮導彈威力的控制系統(tǒng)或裝置。

引信系統(tǒng)的主要功能：保險功能，即實現(xiàn)起爆通道的能量傳遞阻隔，以確保導彈系統(tǒng)在裝配、貯存、運輸、發(fā)射和飛行過程中不會被誤引爆；環(huán)境信息識別功能，即通過接收到的環(huán)境信息判斷識別所處的狀態(tài)；解除保險功能，即當導彈系統(tǒng)進入特定的飛行階段時，解除起爆通道的能量阻隔，使導彈系統(tǒng)處于待爆狀態(tài)；爆轟輸出起爆功能，即當系統(tǒng)接收到起爆控制指令時，能夠可靠引爆導彈系統(tǒng)。

引信系統(tǒng)主要由目標探測器、信號處理裝置、安全起爆裝置組成。目標探測器是引信系統(tǒng)中獲取環(huán)境信息的裝置；信號處理裝置是對目標探測器送進來的環(huán)境信息按既定目標和步驟進行處理，以完成真假信號識別；安全起爆裝置向?qū)椣到y(tǒng)主裝藥輸送引爆信號。

1 引信系統(tǒng)在國外的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀

20世紀80年代以前，引信系統(tǒng)對目標的特征信息無法進行處理，不具有識別目標的能力。其主要作用在于保證導彈運輸、貯存等過程的安全性，防止誤爆。該階段的引信按照作用方式不同可分為觸發(fā)引信、非觸發(fā)引信(亦稱為近炸引信)和時間引信三種基本類型。

1.1 觸發(fā)引信

觸發(fā)引信是指利用與目標接觸的信息而作用的引信，分為電觸發(fā)和機械觸發(fā)引信。

(1) 電觸發(fā)引信

電觸發(fā)引信主要特點是采用了彈丸頭部內(nèi)外錐形罩式碰合開關，提高了引信大著角碰擊目標時的作用可靠性。最具有代表性的是美國的M763試反坦克破甲彈引信。

(2) 機械觸發(fā)引信

機械觸發(fā)引信比較簡單，但存在很多缺點。美國陸軍系統(tǒng)使用的M739和M739A1為此種引信，目前已被多選擇引信取代。多選擇引信中最具代表性的是XM773引信(主要功能指標見表1)和M734引信。

表1 XM773引信主要功能指標

1.2 非觸發(fā)引信

非觸發(fā)引信是指利用引信周圍的物理場來感覺目標信息而作用的引信，分為無線電和非無線電引信。

(1) 無線電引信

無線電引信包括連續(xù)波多普勒無線電引信、調(diào)頻無線電引信和脈沖多普勒無線電引信。

連續(xù)波多普勒無線電引信的特點是定位精度不高，但結構簡單，工作可靠，被廣泛應用于炮彈、航空炸彈和火箭彈。如美國陸軍裝備的第三代無線電近炸引信M732；調(diào)頻無線電引信特點是定位精度較高，抗干擾性能好，但結構較復雜，造價高，一般多用于空空導彈和地空導彈；脈沖多普勒無線電引信，抗干擾性能好，目前多配合與航空炸彈使用。最具有代表性的是阿爾法M787近炸觸發(fā)引信。

根據(jù)不同的作戰(zhàn)需求，采用無線電引信的導彈還有美國“霍克”導彈、“不死鳥”導彈和PAC-1導彈、法國“海響尾蛇”導彈(主要功能指標見表2)、意大利“阿斯派德”導彈、俄羅斯S-300PMU1系統(tǒng)和48N6E導彈、S-300 V系統(tǒng)9M82導彈、道爾M1系統(tǒng)9M330導彈。

表2 “海響尾蛇”導彈引信主要功能指標

(2) 非無線電引信

非無線電引信有激光引信、紅外引信、電容引信。

激光引信是60年代后期開始發(fā)展的一種新型引信，激光引信在各類精確制導導彈，特別是地空導彈、空空導彈、反輻射導彈、巡航導彈上的應用極大地提高了導彈系統(tǒng)的精確命中率，增強了系統(tǒng)的毀傷效果，已被美國、俄羅斯、英國、以色列、巴西和南非等國在第四代空空導彈和反坦克導彈主要型號上廣泛使用。如在美國AIM-4H獵鷹、AIM-9L響尾蛇空空導彈、小榭樹地空導彈、瑞士瑞典共同研制的RBS-70地空導彈上均使用了激光引信；英國索恩伊美電子公司為英國輕型反裝甲武器NLAW1和NLAW4研制了激光引信,并成功地實現(xiàn)了飛行試驗；美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室研制出一種安全性能較好地新型安全起爆系統(tǒng)，該起爆系統(tǒng)由激光器、石英光纖和金屬片等構成。

電容引信開始于60～70年代，它作用可靠，抗干擾能力強，炸高穩(wěn)定，定距精度高，但作用距離較短。目前，從事電容研究的國家在英國、美國、瑞典和日本等。該引信多應用于空心裝藥炮甲彈戰(zhàn)斗部和航空炸彈上。

紅外引信是利用紅外光探測目標的光引信。采用紅外引信的導彈有法國“響尾蛇”R440導彈(引信主要功能指標見表3)、英國PK4空空導彈和美國AIM-9P空空導彈等。目前，紅外引信多與其它引信結合使用，近來發(fā)展的紅外-無線電復合引信、紅外-磁-振動復合引信、紅外-毫米波復合引信和聲/紅外復合引信等。其中，聲/紅外復合引信已用于多種靈活彈藥，如BAT智能子彈藥，還被應用于反直升機地雷和反坦克地雷。此外，美國紅外成像引信技術已從理論逐步走向?qū)嵤?，并結合可編程集成彈藥裝置，將紅外成像引信技術率先在中程空空導彈上進行了實驗。紅外成像引信技術憑借其諸多優(yōu)勢，將成為引信技術的發(fā)展趨勢和重要發(fā)展方向。

表3 “響尾蛇”R440導彈引信主要功能指標

1.3 時間引信

時間引信是指發(fā)射、投擲或布置后按照裝定時間而作用的引信，可以分為藥盤時間引信、鐘表時間引信和電子時間引信。

電子時間引信具有很多優(yōu)勢，如美國的M762引信精度較高，可達0.1 s；引信的正常作用率可達96%；環(huán)境適應性強，適用于各種地形和基本的冷熱氣候條件，可以承受電磁效應和電磁干擾的影響；可靠性高，操作簡單且成本低，因此該引信逐漸取代了前兩種時間引信。目前，電子時間引信已被廣泛應用于各類彈藥。如火箭彈用M455、M447，地地導彈用M811時間引信，以色列的迫彈用M7600和美國的迫彈用XM778。

1.4 半智能、智能引信

80年代以后，計算機技術、電子技術和數(shù)字化信息技術的飛速發(fā)展使新型智能引信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。它們不僅可以接收目標和環(huán)境信息，還可以對探測到的信息進行處理，自行確定作用方式。

(1) GPS引信

80年代后期，美國陸軍研究實驗室開始研制帶有GPS轉換器和GPS發(fā)射機的引信，并將相關GPS引信技術的研究歸入了美國陸軍低成本有能力彈藥(LCCM)技術基礎計劃。后期，英國陸軍與美國陸軍人體工程實驗室合作開展了一項為期3年的GPS接收機引信研究項目，相關研究表明該種引信只需要一半的彈藥量就能取得同樣的殺傷效果。

但80年代末出現(xiàn)的許多智能化引信產(chǎn)品只能稱之為半智能化產(chǎn)品，如瑞士的厄利空-比爾勒公司研制的用于35 mm-MSD054式發(fā)煙彈的KZD366式電子觸發(fā)/近炸引信，英國的L116式電子程控多選擇引信等都沒有真正的信息接收系統(tǒng)，沒有處理目標信息的能力。

(2) 智能侵徹引信

90年代中期以后，數(shù)字化技術和快速編程概念的引入，使引信朝著智能化方向邁進了一大步。首先出現(xiàn)的是聯(lián)合可編程引信(JPF)，它具有應目標侵徹能力,可以選擇在地面以上爆炸或者對地面進行穿透.并且在穿透選擇時，還可設定爆炸延時量，設定范圍在幾毫秒到24 h之間。代表產(chǎn)品有瑞典博福斯的40 mm 3P彈藥引信。后來，在可編程引信基礎上發(fā)展了硬目標靈巧引信(HTSF)。該種引信是一種多平臺硬目標智能侵徹引信。該種引信利用精確加速度計和微型控制器來探測多個空洞和分層，它可被設定在目標設施的一個精確層次上引爆。該引信已被決定用于戰(zhàn)術戰(zhàn)斧導彈、GBU-28饑荒指導炸彈(LGB)等的貫穿頭改型中。多事件硬目標引信(MEHTF)是HTSF的后繼引信，繼承了HTSF的空穴計算能力但長度縮小了1/3，只有50 mm，而且可以用于攻擊硬目標和深埋地下的彈藥目標[1]。目前，MEHTF引信已被應用于美國空軍的聯(lián)合空對地防區(qū)外導彈(JASSM)，聯(lián)合直接攻擊彈藥和靈巧炸彈。

90年代末，引信的智能化程度較高，典型產(chǎn)品有瑞士厄利空-康特拉夫斯公司防務公司研制的分別配用于40 mm×53 mm榴彈的40 mm-ABM式引信，配用于30 mm×173榴彈的30 mm-ABM式引信和配用于35 mm×228 mm榴彈的35 mm-ABM式引信，這三種引信均是高精度近炸引信，且結構緊湊、體積小、可靠性高。

(3) 直列式安全引信

直列式安全引信系統(tǒng)就是在沖擊片雷管的基礎上發(fā)展起來的。沖擊片雷管是美國勞倫斯利沃莫爾國家實驗室于1976年在美國戰(zhàn)備協(xié)會彈藥基數(shù)部引信分部會上首次公布的一種新型雷管。該種雷管的安全性類似于猛炸藥，沒有專門的底感、底阻、高能起爆電路無法將其起爆，只能利用高能電脈沖(典型參數(shù)峰值電流2 kA～4 kA，電壓2 kV～3 kV，功率4 MW～20 MW)引起金屬箔爆炸，這時雷管和戰(zhàn)斗部裝藥之間無需任何機械隔離機構，稱之為直列式傳爆序列。這種情況下，安全系統(tǒng)可全部使用電子器件組成安全與解除保險系統(tǒng)即ESA[2]。

該引信系統(tǒng)相對于機械式具有很多優(yōu)點，如安全失效率低，可達10-6以下；作用迅速、起爆時間小于1 μs、起爆能量高、體積小便于安裝等。這種集多種技術于一身，可以有效識別檢測飛行環(huán)境和目標信息，并按預定控制方法解除保險，最終有效完成引爆任務，已經(jīng)成為引信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。

國外在直列式引信系統(tǒng)上的發(fā)展大概經(jīng)歷了幾個階段。70年代末，美國埃格林(Eglin)空軍基地開始研究如何降低沖擊片雷管的發(fā)火能量和減少整個ESA的體積。80年代初期，美國陸軍哈里戴蒙德實驗室(HDL)、能源部桑迪亞國家實驗室(SNL)、英國皇家軍備研究和發(fā)展局以及德國迪爾公司(Diehl)等對ESA原理和器件，以及ESA在各武器系統(tǒng)中的應用探討研究。90年代，國外已經(jīng)完全掌握了ESA的關鍵技術，有資料顯示該技術已經(jīng)被廣泛應用于海、陸、空等各種導彈系統(tǒng)中，如陶氏導彈、海爾發(fā)導彈和愛國者導彈都應用了ESA技術；且美國哈利蒙戴德實驗室(HDL)已經(jīng)在安全控制電路的技術途徑方面引入了專用集成電路(ASIC)。

2 面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢

隨著導彈作戰(zhàn)范圍和目標范圍的不斷擴大，導彈與目標的交會條件變得越來越復雜，為適應未來戰(zhàn)爭的需要，急需提高導彈系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，這同時也對引信技術提出了更嚴峻的挑戰(zhàn)。

2.1 努力提高引信系統(tǒng)的抗輻射能力

核爆效應對電子器件會造成嚴重毀傷，因此，提高引信系統(tǒng)抗核輻射能力是必須解決的首要問題。美國與前蘇聯(lián)從60年代起就積極深入研究核爆效應對電子器件毀傷破壞機理，并探索加固措施。80年代初，美國對“和平衛(wèi)士洲際導彈”和“三叉戟”潛射導彈的各種電子設備大量使用抗核輻射加固部件，導彈系統(tǒng)抗核加固指標達到了相當水平。采取的措施主要有：一是改進電路設計，運用加固設計技術，增強抗輻射能力；二是采用回避技術，使易損件在遭受襲擊時，暫停工作；三是研制抗輻射能力強的半導體器件；四是從導體工作機理上進行改進，從根本上消除核輻射危害；五是利用光子器件和光纖技術進行抗核輻射加固。

2.2 努力提高引信系統(tǒng)的可靠性

引信系統(tǒng)對整個導彈系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能起著至關重要的作用，其可靠性指標極其重要：一是設計專門的可靠性管理機構，在組織上和技術上提供保證和支持；二是在設計上進行高可靠設計，采用冗余技術，復式結構技術、降額、抗干擾等措施提高可靠性；三是嚴格控制元器件的生產(chǎn)質(zhì)量；四是嚴格控制生產(chǎn)質(zhì)量，對產(chǎn)品進行嚴格的工藝考核和環(huán)境條件考核，確保產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和對環(huán)境的適應能力。

2.3 努力提高引信系統(tǒng)的引爆精度

引爆精度是引信系統(tǒng)的關鍵性指標，隨著目標防護能力的越來越強，提高引爆精度以實現(xiàn)對目標的精確有效攻擊已經(jīng)成為引信技術發(fā)展的重要課題。有研究表明，毀傷概率既決定于導彈的落點精度，也取決于彈頭引爆高度控制的精度，即CEP作為導彈精度的主要指標與引爆高度的控制是密切相關的[3]。隨著計算機技術、固體微波技術、集成電路技術等的發(fā)展，引信測高技術日趨成熟。目前，針對雷達引信在工作高度和突防能力方面的局限性，以及慣性引信單獨使用時測高誤差大等問題，將力學、電子學、制導技術與引信技術融為一體開發(fā)的智能型測高技術，引信測高精度可達10 m以內(nèi)，這也將成為未來提高系統(tǒng)測高精度，進而提高系統(tǒng)引爆精度的重要發(fā)展方向。

2.4 引信系統(tǒng)的模塊化和小型化

引信系統(tǒng)的模塊化主要體現(xiàn)在結構和功能的組合性、通用性和系統(tǒng)的高度集成性上。目前，具有代表性的模塊化程度較高的系統(tǒng)有“風暴影子”導彈和美國的聯(lián)合防區(qū)外導彈(JSOW)引信。導彈引信的小型化大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。50年代至60年代內(nèi)前期，可稱之為“電子管階段”；60年代后期至70年代，固體微波技術迅速發(fā)展，整個引信系統(tǒng)實現(xiàn)了晶體管化和集成電路化，這一階段可稱之為“晶體管-集成電路”階段；70年代初，由于集成電路和固體微波器在引控系統(tǒng)中大量使用，使得引信系統(tǒng)的體積大大減小，重量減輕1 kg～2 kg，如美國的“海神”和“三叉戟”等；80年代至今，美國正在研究將微機電技術應用在引信系統(tǒng)保險機構上，但還沒有成功應用的實例。隨著微電子技術、半導體技術以及新材料等技術的不斷發(fā)展，可以預料以后的導彈引信系統(tǒng)將向著小型化、微型化方向發(fā)展。

2.5 引信系統(tǒng)的智能化

隨著計算機智能技術，精確制導技術以及衛(wèi)星定位技術的開發(fā)應用，引信技術開始向著引制一體化和智能化方向發(fā)展。將引信作為導彈系統(tǒng)信息鏈的一部分，統(tǒng)一協(xié)調(diào)設計，開展制導引信一體化技術研究，綜合利用制導引信提供的彈目交會信息，實現(xiàn)自適應起爆控制，有效提高導彈系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能[4]；同時，導彈引信系統(tǒng)還可以借助衛(wèi)星定位技術、制導技術等根據(jù)戰(zhàn)場情況變化適時重新選擇摧毀目標，而且可以借助智能技術定位目標易損部位，從而進行定向引爆，最終提高導彈作戰(zhàn)效能；此外，利用多傳感器信息融合技術對引信信息的特征進行提取、關聯(lián)和融合，采用模糊技術和人工神經(jīng)網(wǎng)絡對引信目標進行識別、分類和跟蹤，從而可以自動判別敵我，判別要攻擊目標的真假，自動抗干擾等[5]。

3 結束語

隨著高新技術的飛速發(fā)展，未來的作戰(zhàn)環(huán)境將更加復雜化，作戰(zhàn)模式和載體將趨于多樣化，將面臨多種類、多層次、全高度、廣空域等目標，這些特點為未來引信技術的發(fā)展提出了新的要求。需要通過采用高強度材料和元件、加固技術、高過載試驗等方法，加快現(xiàn)代引信技術朝著高過載、模塊化、小型化、智能化和高可靠方向發(fā)展。而引信技術從數(shù)字化、信息化向智能化推進必然面臨著許多問題，如學習樣本的確定，智能引信的可靠性與容錯性矛盾的解決，智能引信算法與實時性的要求等問題。因此，必須高度關注新概念引信的研究發(fā)展，以期盡快解決可能出現(xiàn)的技術難題。