引信的三大基礎技術與發展要求

施坤林，黃 崢，牛蘭杰，鄒金龍，劉忙龍，梁 軻

(西安機電信息技術研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

引信是武器彈藥的起爆控制系統，它既要保證彈藥的使用安全，又要在最佳炸點可靠起爆彈藥，以實現對敵目標的高效毀傷[1-2]。武器裝備毀傷效能取決于戰斗部的自身威力和引信的最佳毀傷控制能力，因而，引信是武器系統有效發揮毀傷效能的核心控制系統，其性能優劣對陸、海、空和火箭軍武器裝備的實戰效能具有極其重要的影響。

現代先進引信要在嚴酷力學、復雜電磁以及強光電對抗等實戰環境下確保安全，致力于大幅度提升炸點控制能力，實現彈藥爆炸及能量釋放過程可控，從而大幅度提升武器裝備毀傷效能[3]。因此，從重要特性看現代引信的三大基礎技術是引信高安全性技術、引信抗干擾技術、毀傷控制技術。從目前要求的迫切性看，引信的抗干擾技術應排在首位。

1 國外引信三大基礎技術的發展情況

20世紀90年代美國就將引信技術列為國防七大關鍵基礎技術之一。經過數十年的持續重視和發展，美國等發達國家的引信已經從實現簡單起爆功能的機械引信、精確炸點控制的光電近炸引信[4]，向自適應炸點控制引信和最佳毀傷控制引信不斷進行升級換代，其抗干擾能力、毀傷控制能力、安全控制能力得到大幅度地跨越提升。

近年來，國外先進引信技術在三大基礎問題的發展中具有以下突出特點。

1.1 強電子對抗能力成為引信的強制要求

美軍已經把引信的電磁防護能力和電子對抗能力提到了一個非常高的高度，從上世紀90年代的“強電子對抗能力”定性要求發展到21世紀初的“抗干擾能力提高100倍”量化要求，進入21世紀又提出了“絕對的電子對抗安全”的電磁防護能力和電子對抗能力的極高要求。同時，美國在研究和發展強電磁能量武器時,十分重視武器裝備電磁環境效應，從20世紀60年代的防射頻危害已經發展到明確提出“對電磁干擾和電磁脈沖的安全性”要求，已形成檢驗引信系統抗強電磁脈沖能力的標準。

表1 美軍引信電磁防護要求發展脈絡

1.2 最佳毀傷控制能力成為引信的發展方向

美軍已經從精確起爆范圍控制發展到最佳炸點控制，如美陸軍加榴炮多選擇引信對地炸點高度能控制在9～10 m范圍內，使彈藥實戰毀傷效能提高5～10倍[5]。同時，美軍利用微慣性測量單元和全球定位系統(GPS)組合導航測量引信空間運動并進行彈道一維或二維修正[6]，提高了傳統無控彈藥的命中點和炸點精度，目前集成了彈道控制、起爆控制和作用方式控制的二維彈道修正引信已經正式列裝，作用可靠性達到97%。美軍正在加速向自適應炸點控制、最佳毀傷控制方向發展，提出了基于彈藥終點殺傷概率最優計算系統，在判別目標類型的基礎上，確定易損部位，從而動態計算出最優起爆點所對應的位置、姿態、速度等參數，實現命中點調整和精確起爆控制相結合的毀傷元素投送與釋放。

1.3 全彈道、全壽命周期、不敏感安全控制能力成為引信的新標準

此外，美國在2001年即制定了《不敏感彈藥大綱》，并在2007年啟動了聯合不敏感彈藥技術項目(JIMTP)，制定了《不敏感彈藥戰略規劃》，其中明確了對不敏感引信技術的需求和重點[7]。目前，美國在海、空武器彈藥的不敏感引信技術方面進展很快，已經完成大量型號的研制、生產和庫存改造。主要歐盟國家在新型彈藥引信方面也已完成了不敏感技術的開發，而英國更是從2014年開始規定其生產的彈藥(引信)應全部具有不敏感特性。

2 國內引信三大基礎技術的現狀

2.1 引信抗干擾技術發展現狀

目前，我國引信采用的抗干擾策略與方法，主要從體制選擇和信號選擇、能量選擇、時間選擇、頻域選擇、極化選擇、距離選擇、空間選擇等方面尋求解決辦法，達到抑制干擾信號，增大有益信號的目的，從而提高引信的抗干擾能力。與國外同類引信相比，國內現有引信在抗干擾策略方面與國外引信大體相當，但在抗干擾方法和技術實現方面與國外還有很大差距，許多抗干擾措施只是針對干擾采取的適應性改進?？傮w來說，我國引信的抗干擾能力普遍欠缺，尚未形成統一的抗干擾能力評定方法，設計定型中的量化考核不全面，致使我國的引信在抗干擾能力測試和規范方面已與美國形成不對稱的格局。

此外，我國引信在研制當中并沒有專門考慮對高功率電磁能量的防護，強電磁防護技術才開始研究，試驗與考核手段欠缺。多次強電磁能量武器對引信干擾實驗表明，當前的高功率微波武器能夠有效干擾我國幾種型號的引信，干擾有效率達50%以上。與美國對比分析可知，我國在引信對高功率電磁脈沖的防護要求和能力上遠遠低于美國，而美國的高功率微波武器水平又高于我國?？梢?，我國引信正面臨美國強電磁能量武器的嚴重威脅。

2.2 引信毀傷控制技術發展現狀

國內引信毀傷控制技術水平多數處于第一代引信和第二代引信階段，少量處于第三代引信階段。對地殺爆彈藥引信主要以連續波多普勒引信為主，抗干擾能力和毀傷效能低；雖然裝備了少量調頻引信，但在探測頻段上采用特定波段，定高精度差。對空攔截導彈引信主要采用無線電或激光探測，通過引信制導一體化提高了引戰配合效率，但引信抗干擾能力和方位識別能力差。反地下深/多層硬目標侵徹引信實現了定時、計層起爆功能，但適應著靶速度不高，引信存在高速侵徹下抗沖擊過載能力不夠、無法精確識別混疊信號導致計層不準等問題。此外，與引信毀傷控制技術密切關聯的目標精細成像、易損部位識別、引信與指控平臺信息交聯、引信自組網協同攻擊等技術還處于跟蹤研究階段。

此外，國內引信毀傷控制技術在具體設計和技術指標要求上與國外始終存在較大差距，如國內近炸引信炸點控制精度的技術指標僅提到±幾米的散布范圍，且在有利炸高范圍內的正常作用率指標偏低，而國外主要裝備的性能指標已經達到±0.5 m，正常作用率可達95%以上。

2.3 引信高安全性技術發展現狀

目前國內引信高安全性技術已經能夠滿足勤務處理安全和發射周期內的安全要求，但是與國外已經推行的全彈道安全和全壽命周期安全方面的要求還存在較大差距。同時，國內對不敏感彈藥(引信)的研究尚處在起步階段，在某些高價值武器上已經提出不敏感彈藥的試驗要求，但目前僅是參照國外相關要求對不敏感引信的基本原理進行了探索研究。

對于不同類型的引信安全系統：機械式安全系統在陸軍彈藥的機械引信、機電引信和第二代無線電引信中大量應用，通過強制執行GJB373-1997《引信安全性設計標準》后，炮口安全距離內的安全性得到了有效提高，但安全系統的抗復合增程彈藥的彈道干擾能力還有待提高。機電式安全系統在導彈和高價值彈藥中大量應用，基本上靠彈藥控制系統直接給出解保信號驅動安全狀態轉換，其解保激勵信息的可信度有待提高。全電子安全系統已經開始在多種型號中獲得應用，在導彈中的全面推廣應用還未形成；同時，全電子安全系統抗高過載技術、高壓電容/高壓開關等核心元器件的國產化、小型化技術還沒有完全突破，其成本和小型化尚不能完全滿足炮彈等彈藥大規模裝備的需求。

3 現代引信三大基礎技術的要求和發展方向

引信技術始終被世界各國作為軍事核心技術，不可能通過技術引進獲得，只有通過不斷地自主科技創新，借鑒國外發達國家的發展經驗，不斷將最先進的科學和技術與引信技術融合，加速在引信抗干擾技術、毀傷控制技術、高安全性技術等核心基礎技術領域取得重大創新性突破，才能確保在未來發展中獲得領先優勢，占領世界引信技術發展的制高點。

優良的社會管理環境，安定團結的政治局面是開展一切社會管理活動的前提，因為“沒有穩定的環境，什么都搞不成，已經取得的成果也會失掉”［1］284。

3.1 引信抗干擾技術

對引信的干擾主要分為信息型干擾和能量型干擾兩大類：信息型干擾主要是當前對無線電引信戰場生存能力威脅較大的引信干擾機，干擾方式包括由偵察機引導的窄帶掃頻式干擾，以及基于數字射頻存儲技術的轉發式干擾；能量型干擾主要包括窄帶高功率微波和超寬譜高功率微波武器，大功率雷達和通信設備等干擾。

在抗干擾技術中，要求引信能夠在遭受中等或強電磁干擾環境(連續波干擾平均場強400～700 V/m，窄帶高功率微波峰值場強5～10 kV/m，寬譜高功率微波峰值場強50～100 kV/m)時，在到達預定炸點前不早炸、不損壞，干擾區外仍能正常工作；在遭受各種極惡劣電磁干擾環境(連續波干擾平均場強1000 V/m，窄帶高功率微波峰值場強20 kV/m，寬譜高功率微波峰值場強200 kV/m)時，引信不早炸。

未來發展中，引信抗干擾技術可以根據彈目交會物理過程給引信探測回波信號帶來的固有信號特征和規律，充分利用干擾信號無法完全模擬具有特定引信天線波束形狀、特定落速、落角等彈目交會條件下的真實目標回波信號變化規律，特別是真實目標回波譜分布特征等弱點，以及射頻存儲轉發式干擾技術難以干擾非周期編碼工作的近程探測器的弱點，采用天線空間濾波技術，減小偵察捕獲概率和被干擾強度；采用時頻分析數字信號處理技術，對干擾信號和真實目標回波信號進行辨識，有效提高引信的抗電磁干擾能力。在引信探測器與信息裝定接口電路中強制采取強電磁防護設計。

3.2 引信毀傷控制技術

引信的核心使命是實現彈藥毀傷效應的最佳控制，最大程度地實現對目標的高效毀傷，并降低附帶毀傷。

在毀傷控制技術中，要求引信提高毀傷控制能力，可以根據作戰使命實時裝定或自適應確定炸點控制要求，實現最佳毀傷控制；可根據彈目交會條件自適應控制炸點，實現在各種情況下的最佳引戰配合；可實現引信對戰斗部的二維起爆控制，具備三種功能：其一，對定向戰斗部，引信能實現炸點控制和起爆方位控制；其二，對多模戰斗部或效應可調戰斗部能實現炸點控制和起爆模式控制；其三，對對地彈藥，通過彈道修正引信技術，實現彈藥落點和起爆點控制。引信炸點落入最佳毀傷區的概率優于95%。

未來發展中，引信可以利用隨機脈位脈沖調頻定高或測高、擴譜或超寬帶沖激雷達探測實現對地精確定高，利用窄波束無線電或激光引信實現對空精確定位，利用引信和武器系統的信息交聯實現炸點分檔裝定。對地引信通過多波束復合探測器的信號融合處理，獲取彈丸落角、落速信息，根據引戰配合模型實時計算最佳起爆高度，并控制引信在該高度準確起爆，實現對地面目標的最佳毀傷。對空引信通過引信自身或導引系統獲取彈目交會信息，實時計算最佳起爆延時時間，實現對空中目標的最佳毀傷。對彈道修正引信，通過低成本衛星定位模塊及簡易舵機控制，實現對彈藥的一維或二維修正，并依靠近炸引信實現最佳炸點控制。對定向戰斗部，通過多分圓激光或無線電探測技術，完成對目標軸向位置和徑向方位的識別，實現最佳起爆時機與起爆方位控制。對多?；蛐烧{戰斗部，通過引信成像探測器完成目標類型及位置的識別，實現最佳炸點和起爆模式控制。

3.3 引信高安全性技術

目前引信已經實現了勤務處理、發射周期和安全分離距離內的安全，要在此基礎上進一步向全彈道安全和全壽命周期推進。

在高安全性技術中，要求在現役引信已經基本解決勤務處理、發射直至解除保險距離內的安全性的基礎上，使未來引信在快烤、慢烤、子彈撞擊等極端環境下滿足不敏感彈藥要求；解決引信在強電磁環境下的安全性問題。為滿足一體化聯合作戰模式，要求引信在飛行彈道直至遇目標前的安全性，并且具有任務中止恢復保險的功能。為應對國際輿論對戰后平民安全的關注以及集束彈藥國際公約的限制，要求引信具有自失能、自失效功能，實現戰后未爆彈藥的“鈍感化”；要求引信實現全壽命周期安全狀態監控和安全授權管理，大幅降低彈藥意外丟失造成的安全隱患。

未來發展中，可以通過研究熱、沖擊應力作用下引信的失效機理，通過隔熱、緩沖、泄壓等能量緩解技術，實現引信的不敏感特性；通過多點起爆、爆轟波增強等技術實現不敏感彈藥的可靠起爆技術；通過電磁加固技術實現引信安全系統在強電磁環境下的適應性?？梢酝ㄟ^研究引信在全彈道復雜力學環境下的失效機理，進一步提升機械式安全系統在全彈道的安全性能，通過采用具有感應裝定功能的機電式安全系統實現近目標解除保險，廣泛采用電子安全系統并結合嵌入式數據鏈實現任務中止恢復保險的功能。可以采用基于高壓起爆和激光起爆的直列式引信、對熱及沖擊不敏感的傳爆序列等技術，降低戰后平民未爆彈藥可能造成的安全風險；可采用基于RFID技術的遠程網絡化技術，實現引信全壽命周期的安全監控；可采用基于MEMS安全密碼鎖引信安全系統技術，實現特殊授權安全管理，防止彈藥的非授權使用。

4 結束語

引信技術是集成多學科、多領域中最先進科學與技術的創新和結晶，作為國防科技關鍵基礎技術，引信在充分發揮武器彈藥終端毀傷效能方面的關鍵作用和重要地位已得到國內外軍事領域的普遍認同和肯定。世界兵器科技發展的實踐證明，引信技術的歷次重大突破都給武器裝備發展帶來重大變革。因此，可以預見，引信技術的創新發展，將使彈藥的毀傷效能發生革命性的飛躍，大幅提升武器裝備的作戰能力和毀傷效能。

面對未來作戰模式、多樣化武器系統平臺、新威脅目標和復雜作戰環境等對引信的新需求，迫切需要加速引信抗干擾技術、毀傷控制技術、高安全性與可靠性技術的創新發展，努力在引信復雜戰場環境下目標多維信息精細探測識別、全彈道安全狀態可逆控制、最佳毀傷控制與毀傷效應可調等前沿領域取得重大創新性突破，并驅動我國引信行業在設計理論、試驗方法、測試技術、評估準則和工程化驗證等方面取得突破性成果，實現引信技術與裝備的跨越式發展。

[1]馬寶華. 堅持自主創新，實現我國引信技術與裝備的跨越式發展[J]. 探測與控制學報，2007,29(1):1-4.

[2]馬寶華. 現代引信的控制功能及特征[J]. 探測與控制學報，2008,30(1):1-5.

[3]施坤林，黃崢，馬寶華，等. 國外引信技術發展趨勢分析與加速發展我國引信技術的必要性[J]. 探測與控制學報，2005,27(3):1-5.

[4]崔占忠. 引信發展若干問題[J]. 探測與控制學報，2008,30(2):1-4.

[5]牛蘭杰，施坤林，趙旭，等. 微機電技術在引信中的應用[J]. 探測與控制學報，2008,30(6):54-59.

[6]Liang Ke, Huang Zheng, Zhang Jingmin. Optimal design of the aerodynamic parameters for a supersonic two-dimensional guided artillery projectile[J]. Defence Technology, 2017,13(3):206-211.

[7]鄒金龍，雷雅茹. 不敏感彈藥對引信技術的要求內涵[J]. 探測與控制學報，2016,38(1):1-6.