发布时间 : 星期六 文章智能化引信更新完毕开始阅读
智能化引信,越来越“聪明”的引信
半个世纪以来,随着“三论”(控制论、信息论、系统论)的应用及信息产业的发展,形成了多学科交叉融合的智能科学,并从基础理论、技术方法和实际应用三个方面构成体系框架。智能化技术及产品大量涌现,大的如智能建筑、智能C3l系统,小的如智能玩具。智能化武器从中异军突起。
智能化武器的特征
智能化武器既具有智能科学研究对象的一般特征,又具有机电产品的典型特征。主要体现为: (1)复杂性。智能化武器具有高功能、高适应性,高可靠性,是多学科集成、优势互补的产物,技术和结构上相当复杂。智能化武器系统通常由机、光、电、化等装置构成,计算机硬件和软件在其中占着重要位置。
(2)交叉性。智能化武器技术广泛应用以“三论”为中心的各种现代理论,综合应用了机械、微电子、信息、自动控制、传感测试、计算机接口及软件编程等多学科集成的群体技术。例如,以微机电传感器、数字化信号处理电路、数字通讯为基础,用现代统计算法辅助决策和报告毁伤效果,用运筹学方法选择目标和下达攻击任务,用生物工程算法全球卫星定位+惯性测量来锁定和接近目标,用现代控制技术和相关的专用技术(全电子安全技术、定向起爆技术、毫米波或激光识别目标技术等)控制起爆,选择最佳的引信作用方式(近炸、触发或延时),在最有利的时机、瞄向目标的薄弱部位,以最大限度地毁伤目标。
(3)拟人性。在武器作用过程中,高级智能化的武器可模拟人的思维功能。例如,有学习和判断功能,能分析出目标的种类或性质,根据已有的知识(数据)和实时探测的结果判定是何种目标,从而决定起爆准则(以何种方式、在什么时机起爆)。又例如,可模拟人的思维,利用模糊处理技术,在不确定、不典型、不完整、有干扰、多目标的情况下,识别和选择目标、迅速做出正确的起爆决策。
智能化引信的内涵和技术水平也应按以上3个特性来衡量和评判。引信经历发射的全过程,但最主要的功能是在弹道终端,使弹药最大限度地毁伤目标。判定引信的智能化程度,应特别强调在飞行末段和目标近区对目标信息的
几种典型的智能化引信
钻地弹智能化引信
为了对付深埋的地下目标,美同研制并装备了高性能的FMU-152/B联合可编程引信,它可识别不同的介质,在预先编程指定的目标空穴层数或侵彻深度起爆,有20种延时起时间和16层控穴数可供选择。侵彻开始时,首先判定目标类型、选择起爆准则,在侵彻中不断计算空穴数和侵彻深度,并根据起爆准则在最有利的位置起爆。这种智能化的钻地弹引信首次用于1991年的海湾战争,又在阿富汗用于对付塔利班武装藏匿的洞穴。配用该引信的GBU-28径157毫米,可钻透1.8米加固混凝土。由于实现了小型化,可适应F117-A、F-22、F-35等隐身飞机的装弹需求,由外挂式改为弹舱装载。
美、德于2004年11月签订合同,研制攻击深埋目标的引信,发展智能化程度更高的BFT引信,用于KEPD 350“金牛座”(Taurus)空对面导弹上的“麦菲斯托”(Mephisto)弹头上。这类引信适应的钻地弹能侵彻18米厚的加固混凝土和90米厚的硬土。引信能实时发回毁伤信息,以便作战指挥部门对目标毁伤情况进行评估,能适应多弹头同步起爆的需求,使毁伤效力提高5—6倍。
对付硬目标(如土壤、混凝土、钢甲、多层工事,多层建筑)的智能引信,按时序实现如下逻辑
功能:①发射前装定起爆空穴数,②碰到目标时首先检测碰击力是否过大,弹头强度是否不足,如是,弹头立即起爆,以免丧失效力;③开始侵彻,检测着速和着角作为初始条件,实时检测轴向加速度以便计算侵彻行程,④根据检测的数据,将目标分为强;中强、中弱、弱等类,分别选择不同的起爆准则,⑤侵彻中进行计行程的计算,并检测、记录空穴数,⑥同时,实时检测是否符合起爆准则。是,则发出起爆指令,否,则看是否到达规定的自毁延时时间,以便决定自毁起爆还是继续侵彻。
空射可编程精确时间引信
瑞士厄利孔-康特拉夫斯防务公司研制的可编程高精度时间引信,是一种智能化程度比较高的引信。其代表产品是配用于40 × 253毫米榴弹的40毫米ABM式引信,以及其他两种相同结构的30毫米、35毫米引信。
这种引信可实时利用目标信息,进行快速装定和编程,精确计时,具有数字化电路,自带物理电源,是一种比较典型的、智能化程度较高的引信。它从火控系统得到目标信息,实时计算出标准初速下的装定信息,当弹丸经过炮口时,发射平台实时地测出初速,在几十微秒内进行修正计算,得到实际的装定时间;然后进行数字化编码、调制、放大,传输给炮口的电磁感应发送线圈,引信接收信息,完成可编程时间装定。引信的炮口保险时间64毫秒、装定时间精度2毫秒、自毁距离4000米,具有自动温度补偿功能,可靠度在98%以上。该引信可对付各种点、线、面目标,特别是有效地毁伤高速空中点目标。 广域地雷用智能引信
美军的XM93广域智能引信地雷安装有多功能声阵列和红外复合探测器。工作时用微功耗的声值班,一旦发现目标即启动并使用符合探测体制,判断目标真伪、进行目标分类、锁定并跟踪目标、确定目标的方位和距离。当目标进入最佳距离时,引信作用,主动攻击目标。例如,当坦克进入100米地域范围时,引信控制发射子弹药,子弹以35°仰角飞向目标,而后打开阻力伞,边缓慢下降边用复合探测器对地面进行螺旋线扫描。一旦发现坦克,引信控制子弹对准坦克薄弱的顶甲中心;引信起爆,子弹形成自锻成型弹丸,以2000米/秒以上的速度击穿坦克顶甲。美军还在研制反直升机的广域地雷。
广域地雷引信是引信与子弹控制器的一体化设计、一体化结构的典范。在这里,引信实际上就是一个控制器,它担负着探测值班、符合探测识别目标、判断目标真假、目标分类、选择起爆准则、探测目标方位和距离、控制瞄准、发射,开伞、对地进行螺旋线扫描、识别目标、对准目标薄弱部位、起爆子弹药等一系列任务。
广域地雷虽然有很多优点,但结构和作用过于复杂,声阵列的边距展开时过大(达1米),距离探测的精度低,造价较高(研制阶段2万美元/发、生产阶段1万美元/发),这些都是有待改进的地方。
火箭弹末敏子弹智能引信
在1990年2月的亚洲防务展览会上,俄罗斯首次展出了方面军和集团军炮兵师属的BM-30大口径火箭炮。这种“龙卷风”火箭炮号称是全球综合性能最强、俄罗斯口径最大的压制火箭炮。弹径为300毫米,12管装,最大射程90
千米,齐射时间38秒,射程误差小于0.21%,密集度指标达1/300 × 1/300。配用9M55K杀伤子母弹、9M33K3/4布雷弹、9M55S/S1云爆弹、9M55K1末敏子弹、R-90无人机等7种供发射的弹药或侦察器材。其中,末敏子弹直径186毫米、弹长284毫米、质量15千克,使用自锻成形战斗部,带有阻力伞,可攻击坦克薄弱的顶部,母弹装5发子弹。
末敏子弹所用的MOTIV-3M智能引信作为控制器,指挥子弹用双频红外探测器进行对地螺旋
线扫描,探测1000米内的装甲目标。当发现目标后,马上分析是否为装甲目标,如是,即瞄准薄弱的装甲顶部,距目标130米时起爆战斗部,形成白锻成形弹丸,以2000米/秒的速度击毁目标。其威力可穿透倾角30°、厚度70毫米的装甲钢板。这种末敏弹智能引信与美国的广域地雷智能引信在技术上是相似的。
智能化引信将如何发展
实现引信起爆的高级控制
引信起爆控制经历了从初级控制到高级控制、从单一功能到复杂功能的发展过程,有5个发展阶梯。第一阶段属于单一起爆功能的初级阶段,引信只能在目标区自动选择炸点,第二阶段的引信可根据与目标交会的情况,自动选择着发或近炸作用方式,我国目前的引信基本上属于该阶段;第三阶段的引信具有定向起爆功能,第四阶段的引信能选择目标,第五阶段的引信能识别易损部位,已具有相当的智能。
引信的起爆控制要经历确定性控制、随机控制、自适应控制和智能控制4个技术阶段(见表1)。世界引信发展目前处于完善自适应控制、进入智能化控制的技术阶段。
(1)确定性控制。确定性控制即固定延时。这种模式是基于大量统计、使用常见目标的平均数据来确定固定延时时间的。长期以来,大量的延时着发引信都用这种控制模式。它是以到达预定时间为起爆准则,起爆准则单一。不论目标的厚薄、强弱,都使用
相同的延时时间,显然不能很有效地毁伤目标。
(2)随机控制。随机控制即自动调整延时。当目标厚度和强弱在不大的范围内变化时,能达到较佳的起爆控制效果。例如,穿过不同厚度的钢甲或混凝土墙后立即起爆。苏联DVR式引信、美国M739A式引信使用了这种控制起爆模式。采用单一起爆准则,看是否会产.生负加速度(运动严重受阻)。
(3)自适应控制。自适应控制是近年得到重视和发展的一种起爆模式,对于几种常见的目标分别有相应的起爆方式,是一种初级的智能控制。美国海军在20年前开始研究这种引信。它的作用具有逻辑功能,有多个起爆准则供碰击和侵彻时实时选择。具体地说,它可以在弹药碰击目标时,实时检测到目标的大概性质、对目标分类,并从多个起爆模式中选择一种来实现起爆:甚至可以计算弹药穿过的空穴数和侵彻行程,实现侵彻的定层数或定距起爆。
(4)智能控制。智能控制是理想的控制起爆模式,能对付所有可能遇到的司标,包括选择最需要毁伤的目标,识别目标的类别、尺寸和强度,使弹药对准目标的薄弱部位,实时计算弹药与目标的交会过程。总之,可以针对最需要毁伤的目标及其易损部位、采用最有利的起爆方式和最适宜的起爆时机来实现起爆。
应用“多艾真体系统”技术
近年智能科学领域最活跃的几个前沿课题中,“多艾真体系统”对于引信的发展至关重要。“艾真体”(英文agent的音译)是由传感器、信号处理器和执行器构成的一种独立单元。由传感器感知环境(含目标)并产生信号,由信号处理器对信号进行处理,产生一系列的识别、分类、锁
定、跟踪信号和控制指令,并将控制指令传输给执行器,最终由执行器作用于环境、毁伤环境中的目标。显然,弹丸引信系统就是一种典型的“艾真体”。
当前在智能科学领域中,研究与使用分布式“多艾真体系统”的技术非常活跃。引信技术应参与这个智能化发展的潮流,尽可能应用已有的技术成果。特别应该关注的是:①分布式智能雷/弹技术,具有雷/弹间通讯能力、可大幅度提高探测精度,②同步起爆和毁伤效果反馈技术,用于多弹头侵彻和摧毁深埋地下目标,③系统一体化设计、作用技术(不只是弹药与引信的一体化)。弹丸、引信之间没有明显的物理界面,弹药与弹药之间可以交换信息、实现互补,以提高测试精度和起爆控制精度;而且每发精确打击用弹药均纳入战区的“指挥、控制、通信、计算机、情报、杀伤、监视和侦察”(C4IKSR)
系统,实现全系统武器的统一应用和自动协调。