智能雷發展現狀及關鍵技術*

李翰朋，宣兆龍

(陸軍工程大學 彈藥工程系，河北 石家莊 050003)

0 引言

智能雷是新概念彈藥，在20世紀60年代開始出現[1]。首先是出現了利用聲、振動、紅外等技術探測目標的地雷。到了20世紀90年代，傳感技術、計算機技術、人工智能與自動化技術蓬勃發展，復合型傳感器在地雷中的應用得到實現，這使其不僅能探測目標，而且還能識別、跟蹤目標[2]。隨著EFP(explosively-formed projectile)戰斗部的應用，使得地雷有了摧毀各類裝甲目標的能力。

當今，世界各軍事強國均把智能雷作為工程兵主站裝備加以重點發展，著力提高其智能化與信息化水平，根據用途可分為反坦克裝甲車輛智能雷和反武裝直升機智能雷。

1 智能雷作用原理

反坦克智能雷與反直升機智能雷作戰流程不同，但基本原理相似。一般主要由中央控制系統、發射裝置與子彈藥系統組成。

作用流程如下：當有目標在智能雷有效范圍內出現時，控制系統內的敏感器系統就會感受到目標的噪聲和振動識別目標，并為微波定位探測器供電，使其進入工作狀態；微波定位探測器開始工作后，它會定位、跟蹤目標，并計算攻擊參數，向發射裝置發出信號。發射裝置接收控制系統發出的攻擊方位角，激活發射熱電池，解除伺服機構；在發射器轉動到位后，點燃藥盒，發射末敏子彈藥。很多智能雷產品的末敏子彈藥都是裝備的末敏子彈，這里就以末敏子彈為例介紹。末敏子彈被發射后，激活彈上熱電池，彈載計算機上電，延時解除安全起爆裝置的電保險，起爆爆炸螺栓；打開降落傘，解除安全起爆裝置的機械保險；末敏子彈在降落傘的帶動下，過渡到穩態掃描狀態，開始對地面進行螺旋掃描；在掃描過程中，復合敏感器對地面目標進行識別、定位，一旦識別目標就引爆EFP戰斗部，從頂部攻擊目標[3]；若下落到一定高度仍未發現目標，或者彈上熱電池電壓低于一定值后末敏子彈自毀。

由此可以看出智能雷已經不再是靜止、被動防御武器，而成為攻防兼備的作戰武器。

2 反坦克智能雷

現代戰爭中，坦克裝甲車輛仍是地面戰場上的主戰裝備[4-5]。隨著坦克防護能力的提高、進攻能力的加強、行進速度的加快，如何對付大規模坦克裝甲車輛的進攻仍是能否取得地面戰場勝利的關鍵，基于此反坦克智能雷成為各國重要研究課題。

在反坦克智能雷的發展中，美國處于領先地位，其知名產品便是“大黃蜂”(XM-93)廣域地雷(如圖1所示)。美國陸軍在1986年開始論證“廣域彈藥”的概念，1990年進行工程與設計生產，1999年曾因可靠性問題而暫停生產，最終在耗費了8億美元并經過15年的研制時間后，于2001年1月29日美軍第18空降軍第20工兵旅接收了110個“大黃蜂”反坦克智能雷[6]。該雷呈圓柱形，直徑188 mm，高度為330 mm，質量為35 lb(15.855 kg)。該雷采用聲-震動-紅外復合傳感器，能在600 m遠的距離內探測、識別和跟蹤目標，當目標行進至100 m的范圍內時，雷體頭部對準目標，并向其上方發射帶有降落傘的子彈，子彈通過內裝的傳感器計算攻擊目標的最佳高度和位置，并用EFP戰斗部主動攻擊和摧毀目標。該雷可由人工、火炮、多用途布雷車輛系統布設，目前已裝備美軍。

德國ADW智能雷于2002年7月在法國國際防務展上展出了樣機，外觀和結構上與美國的XM-93式廣域地雷類似，最大特點是其采用的SMArt末敏子彈藥。該雷拋出子彈后，子彈藥在旋轉傘導引下，對地面以阿基米德螺旋線形式掃描[7]，一旦發現目標，即引爆EFP戰斗部，攻擊坦克頂甲。

俄羅斯研制并生產了一種TM-83反坦克側甲雷(如圖2所示)。該雷呈圓柱形，直徑為250 mm，高為440 mm，質量為20.4 kg，如圖2所示。其殺傷半徑為50 m，戰斗部能夠侵徹100 mm的鋼板。它可以通過一個可調整的框架，將其固定在指定的位置。該雷使用紅外-震動傳感系統，當有坦克行駛到附近時，由于產生震動，震動傳感器開始識別、探測、跟蹤目標，然后紅外傳感器尋找最佳機會來發出信號，引爆智能雷戰斗部，形成EFP戰斗部攻擊目標，該雷使用壽命為30 d。

波蘭制造商BZE Belma公司于2010年9月在波蘭凱爾采舉行的第18屆國際防務工業展覽會期間，展出最新研制的“尤卡”(MPBK-ZN)反坦克側甲雷[8]，其具有聲響和熱傳感器，可導引定向并使其爆炸成形彈丸戰斗部攻擊目標。另外，“尤卡”反坦克側甲雷也可以一直處于休眠狀態，直到接收到信號遙控起爆。

美國阿連特技術公司2011年6月開始為美國陸軍研制代號為M4A1的多用途輕型攻擊地雷(selectable lightweight attack munitions，SLAM)。它是一種小型多用途智能雷，采用了被動紅外傳感器和磁感應傳感器，該智能雷主要用于攻擊裝甲車輛、飛機、輕型坦克和彈藥庫等。

目前，隨著網絡化概念與技術的發展，美國正在探索、研究一種未來型智能彈藥系統IMS或稱XM1100“蝎子”[9]。智能彈藥系統主要由聲-震-磁地面預警探測器、精確定位脈沖雷達、反裝甲子彈藥、反步兵子彈藥和GPS定位/通信模塊等組成，可以多種方式布設，能夠自行組網、自動報告位置，自動接受作戰指揮系統的控制，是一種無人值守的具有網絡化控制功能的智能區域障礙武器[10]。2006年10月9～11日，在華盛頓會議中心舉辦的美國陸軍協會(ASUA)年會暨展示會上，展示了IMS原理樣機。2010年1月19日，德克斯特朗防御系統公司宣布該公司XM1100“蝎子”網絡傳感器與智能雷體系在新墨西哥州白沙導彈靶場成功完成一系列嚴酷苛刻試驗。

3 典型反直升機智能雷

武裝直升機可以在目前防空系統雷達盲區機動，因為它可以進行超低空甚至貼地飛行，這對地面防御作戰造成了極大威脅[11]。為保障坦克和裝甲車輛的戰場生存能力，各國一直在尋找攻擊武裝直升機的有效手段，反直升機智能雷便是在這種背景下誕生的。為了保證己方直升機的安全，反直升機智能雷裝有敵我識別系統，可以根據發動機頻率判斷敵我雙方，讓友方直升機順利通過。目前俄羅斯和保加利亞在這方面的研究發展較為領先。

1996年5月28日在保加利亞的普羅迪夫舉辦的“海穆斯” 96裝備展覽會上，由保加利亞科學院研究制造的AHM-200型反直升機智能雷首次亮相，亮相后不久就裝備保加利亞陸軍。AHM-200智能雷殼體呈平行的凸圓形，寬700 mm，高400 mm，厚150 mm，全重35 kg，由三腳架支撐固定。有AHM-200-1和AHM-200-2 2種型號，均采用人工方式布設。每種型號戰斗部均有2種方案，其中AHM-200-1型為單EFP和球形鋼珠，AHM-200-2型為MEFP和方形鋼塊。前者攻擊高度為100 m，后者攻擊高度為200 m，它們的火力覆蓋寬度為5 m，破片散射角為20°，采用聲-壓力敏感器系統探測目標。

當直升機飛至距其500 m以內時，聲傳感器就能夠探測到其發出的特定聲音。當聲音信號強到一個特定值時，多普勒雷達啟動并開始測量，同時壓力傳感器開始工作，其保險解除，處于待發狀態，這時會出現2種情況：第1，如果聲音信號減弱消逝，則表明直升機距其距離變遠，智能雷恢復保險，重新開始監聽；第2，壓力傳感器達到其預定值的壓力變化值時，說明直升機已離智能雷很近并達到其有效攻擊范圍，此時智能雷立即起爆破片戰斗部攻擊目標。AHM-200型反直升機智能雷取得了很好反響，保加利亞先后又研制出如AHM-100，PMN-150，PMN-250等多種型號的反直升機智能雷。

俄羅斯研制的“旋律”(TEMP-20)反直升機智能雷(如圖3所示)于2003年首次展出，是世界上第一個能在實戰中攻擊直升機的地雷。它的質量為12 kg，采用的是聲-紅外敏感器系統。當直升機與其距離在3 200 m內時，聲音傳感器能夠從坦克裝甲車輛發動機、爆炸等復雜聲響條件下識別出其發動機發出的聲音。當直升機距其1 000 m時，智能雷啟動紅外敏感器來跟蹤、鎖定目標，同時將發射裝置轉向目標方向，當目標進入其毀傷范圍內，發射裝置射出2 500 m/s的EFP戰斗部，可將飛行高度200 m的直升機擊毀。如果目標沒有進入其殺傷范圍，并飛行到與其距離超過1000m的范圍，紅外傳感器關閉，智能雷重新進入等待目標的階段。當超過3個月的使用期或電源電壓降到工作電壓以下時，智能雷自毀。“旋律”反直升機智能雷主要用于保護軍用設施、封鎖敵野戰機場跑道以及阻止敵直升機開展掃雷作業等，它可以由人工或車輛布設。

4 關鍵技術

4.1 傳感器技術

現役智能雷武器系統克服了傳統地雷被動的作戰模式，能夠探測識別目標、主動跟蹤并自尋的的擊毀目標。智能雷被動與主動探測技術是其有效發揮作戰效能的關鍵[12]，它的實現離不開各種傳感器的應用，目前主要型號的智能雷系統及特性，如表1所示。由表1可見目前預警、探測搜索系統主要由聲或聲-震復合敏感器組成，二次尋的敏感器大多是紅外敏感器。

目前戰場環境復雜，各種電磁環境、煙霧環境都極有可能出現，并且目標種類較多，戰場運動目標引起的地震動信號特征與地質特征、各種聲音交織，還有各種無法預知的干擾信號源存在，這對敏感器系統探測目標是極大的挑戰，所以單一的敏感器已經無法很好的滿足目前的復雜戰場環境。如紅外探測器受煙塵影響較大，毫米波雷達探測器受大氣和雨水影響較大，毫米波輻射計探測器則無法進行測距、測速，且受溫度影響大[13]。復合探測體制可避免上述單一探測體制的弊端，因此如何將各種敏感器很好地復合在一起使用是未來智能雷實現全天候、多環境作戰的主要發展方向。此外，隨著各種隱身等偽裝技術的出現，未來還需進一步研發新的高性能探測器件，探索新的更易于準確獲取不同類型目標特征的傳感器。在提高現有毫米波器件、紅外器件、激光器件等性能并降低成本的同時，加強其他傳感器器件的開發，提高探測器的抗干擾能力。

4.2 戰斗部技術

為了能適應戰場目標的多樣化和目標防護能力的不斷增強，必須要不斷改進現有彈藥的戰斗部結構和探索發展新型戰斗部，這樣才能提高彈藥對目標毀傷能力。由表1可見，當前大多智能雷使用的是EFP戰斗部，對此提高其威力最直接的方法就是從戰斗部的設計上著手[14]。

對于反坦克智能雷，設計戰斗部時可以增大裝藥直徑及采用新的藥型罩材料。要增大戰斗部裝藥直徑，只有減薄彈體壁厚，并且對于智能雷沒有較長的發射身管武器來說，這是極大的挑戰，因此必須研制能夠滿足彈丸在高過載下發射強度的彈體材料與身管材料。隨著新材料的研究，必定會出現滿足這些要求的材料。

對于反直升智能雷戰斗部，目前多數使用鋼珠、預制破片等，較少使用MEFP。相比于鋼珠，EFP威力更大、速度更快，對于目前更加靈活機動的直升機威脅更大，但是單枚EFP終點毀傷率不高，所以MEFP是反直升智能雷戰斗部的新寵，并且隨著新材料的出現，由于形成多枚EFP戰斗部而導致的威力損失能夠得到彌補。

表1 各國典型智能雷武器特性

4.3 布雷技術

對于智能雷來說，目前大多數采用人工方式布設，這很難滿足現代戰場瞬息萬變的態勢，并且也會消耗大量的人力資源。并且隨著各種偵查手段的提升，預先布設的雷場很可能被發現并清除，這也降低了智能雷的作用效果。為了適應未來戰場需要，智能雷應設計成能夠通過車輛、火箭彈、飛機等途徑布設[15]。

目前研究方向主要在以下幾方面:一是提高智能雷的機動布設能力，目前很多智能雷仍是通過人工布設，在這方面，反直升機智能雷的機動布設技術是研究重點。二是加大遠距離精確布雷技術的研究，由飛機、火炮布撒地雷，布雷距離很遠也很迅速，但是布設精度較差，且受到天氣等影響較大，所以如何保證能在各種天氣、地形和作戰時機將智能雷布撒在正確位置是研究重點。

4.4 智能雷場技術

目前大多數智能雷還處于單一作戰的模式，雖然其防御范圍、作戰效能與戰場生存能力較傳統地雷有了極大提高，但它們相互之間沒有通信聯系，隨著網絡技術與無線通信技術的發展和運用，智能雷也會發展為由單獨作用向多功能化、網絡化與自修復化方向發展[16]，這樣會使其作戰效能、攻防范圍和效果更進一步提高。

未來雷場區域內的每個智能雷能夠互相聯絡，使整個雷場構成一個信息網絡，彼此能夠互相提供收集到的情報、戰場信息，并協調攻擊時機，經過計算智能優化處理，選擇最佳作戰方案，指揮智能雷作戰，達到最大障礙、毀傷效能。并且未來智能雷場內的智能雷能夠自動移動位置，可以根據相互之間交流的信息，使其移動到最合適的的位置，從而使雷場得到一個最合理的防御布局。智能雷場是未來智能雷的發展趨勢，但有很多技術需要解決，比如無線傳輸可靠性與實時性、軟硬件的可靠性、互相之間通信的可靠性等。

5 發展趨勢

5.1 感應單元多功能化

隨著傳感器、信息處理等關鍵技術的發展及其在智能雷中的應用，未來智能雷感應單元對于目標的識別能力會越來越強，能夠通過聲、震動、紅外、磁等多種特性信息確認不同種類目標，從而達到敵我識別與精確攻擊的目的。并且除了具備識別目標之外，通過復合傳感技術及信息處理技術，其感知單元還能夠感知戰場態勢，從而實現智能雷向戰場態勢感知等多領域發展。

5.2 戰斗部多模式化

未來隨著戰斗部技術的發展，智能雷應能夠對付多種目標。比如反直升機智能雷，其能夠根據探測到的目標，采用不同的戰斗部模塊，使之達到對超低空飛行目標均有障礙、封鎖和攻擊能力。再比如反坦克智能雷，其戰斗部可采用殺傷人員彈藥和摧毀裝甲目標裝藥組合使用，則其既可以對付人員目標，也可對付裝甲目標。

5.3 服役時間可控化

隨著自毀自失能、遙控等關鍵技術的發展與在智能雷中的廣泛應用，未來智能雷服役時間可控制與調整，這樣隨時可以根據戰場需求改變工作狀態或者自毀自失效，使其能夠更好的適應未來瞬息萬變的戰場形勢，迅速轉變攻防角色，既能警戒、阻礙、殺傷敵軍，又能保護己方部隊的安全，且不影響己方的戰術機動。這也解決了戰后雷場清理困難與誤傷平民的問題。

6 結束語

介紹了智能雷的作用原理和具有代表性的典型產品，并總結了智能雷今后的發展方向。智能雷集各種高新技術于一身，克服了傳統地雷的各種弊端，已經從防御性武器變為具有自主攻擊能力的武器，廣泛用于戰場偵察、封鎖和攻擊。在未來的戰爭中，智能雷必將扮演重要角色，以積極主動的進攻態勢控制有利地形和地域，殺傷有生力量，給坦克等裝甲車輛以及直升機以巨大威脅。

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