多模复合制导技术的发展现状与分析
作者： 魏政 杜勇 刘辉 郭鹏程 高希
摘 要：针对现代战争全天候、全天时和多任务的作战要求，多模复合制导技术逐渐成为近年精确制导领域的研究热点。相比传统单一模式的制导，多模复合制导技术发挥了各自单模的优势，弥补各自的劣势，提高了导弹对弱小目标、隐身目标及复杂背景的适应性，已成为精确制导领域的重要发展方向。本文简要介绍了单模及多模复合制导技术的基本概念，在此基础上，阐述了多模复合的特点和复合原则，列举了国外较为著名的几款多模复合制导武器，重点分析了多模复合制导技术的发展现状和趋势，并对多模复合制导技术面临的问题进行了总结。
关键词：单模制导；多模复合制导；复合制导武器；复合特点；复合原则
中图分类号：TJ765
文献标识码：A
文章编号：1673-5048（2022）06-0026-08
DOI：10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0138
0 引 言
随着科技的进步以及对抗手段的升级演变，精确制导武器遭遇到的干扰类型和干扰样式越来越多样化，这些都对精确制导武器的探测性能、反隐身和抗干扰能力提出了更高要求。传统的采用单一制导模式的导弹由于单模导引头固有的能力缺陷，难以应对复杂多变的战场环境，因而促使制导方式由单模向双模以及多模方向发展，以便多种制导方式优势互补。多模复合技术能够获取目标多个维度的信息，提高了导引头的反隐身、抗干扰和目标识别的能力，增强了导弹针对广域信息的感知能力和突防能力。
自20世纪70年代以美苏为代表的国家开始研制光学双色导引头以来，多模复合制导技术一直是国外精确制导武器的重要发展方向。欧美发达国家先后研制并装备了光学双色、红外/雷达复合、红外/激光等双模制导导弹［1］，例如苏联的SA-13防空导弹和法国的近程“萨德拉尔”均采用了红外双色体制，美国的“毒刺”和法国的“西北风”采用了紫外/红外双模复合体制［2］。这些复合制导技术的应用充分发挥了光学的成像识别以及雷达可穿透云雾等优势，大大增强了导弹末段的制导能力和适用范围。
1 精确制导技术
1.1 单模制导
单模寻的制导技术是指仅使用一种模式来探测、跟踪目标，并提取制导信息的制导技术。由于制导作用距离较短，单模制导较多地被用于末段制导，如红外单模制导、激光单模制导以及雷达单模制导等均属于末段寻的制导［3］。目前，国外技术较为成熟的单模末制导方式主要有以下几种：
（1） 电视制导
电视制导是利用目标反射的可见光信号，由电视摄像头捕获、定位并跟踪目标，形成并输出制导控制信号，从而引导导弹命中目标的制导技术，属于被动制导方式。电视制导的优点是利用目标的电耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）图像信息进行制导，隐蔽性好，分辨率高，成本低；缺点是不能获得目标的距离等信息，且较易受能见度、天气等影响，夜间无法使用。美国空军装备的AGM-65“幼畜”系列导弹中的A，B 型均采用电视制导体制，如图1所示。
（2） 红外制导
红外制导是利用红外探测器对目标的红外辐射进行探测，实现对目标的捕获、识别与跟踪，提取目标的角位置和视线角速度等信息， 控制导弹追踪并飞向目标， 波段一般选择3～5 μm的中波红外和8～12 μm的长波红外。随着技术的进步，红外制导技术已经从红外点源亚
成像制导、光学扫描成像制导，发展到凝视焦平面阵列成像制导，当前红外成像制导技术逐渐成为红外制导技术发展的主流［4］。其优点是灵敏度和分辨率高（角分辨率比雷达高出1～2个数量级），目标识别能力强，隐蔽性好，可昼夜作战；缺点是易受云、雾和烟尘等环境影响，无法获取弹目距离信息。采用红外制导的典型代表是美国的AIM-9X“响尾蛇”导弹，如图2所示［4］。其搭载的红外成像导引头采用了128×128像素的碲化铟中波红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array，IRFPA）。
（3） 激光制导
激光制导是由弹外或弹上的激光束照射目标，激光导引头利用目标表面漫反射回来的激光跟踪目标，控制和导引导弹对目标进行攻击的技术。激光制导通常分为半主动寻的制导、驾束制导和主动寻的制导等方式，目前技术最成熟、使用最多的半主动寻的制导，工作波长一般为1.06 μm和10.6 μm。激光半主动制导的特点是制导精度高，抗干扰能力强，结构简单；缺点是较易受云雨雾和烟尘等影响，无法全天候工作，且需他机照射。美国的“宝石路”系列炸弹和AGM-114“海尔法”导弹均是半主动激光制导的典型代表，如图3～4所示。
（4） 雷达制导
雷达制导有主动寻的制导、 半主动寻的制导和被动制导，使用较多的是主动制导和被动制导。主动制导是利用雷达发射电磁波，通过空间辐射照射到目标后产生回波从而发现和跟踪目标。主动雷达制导的优势是可以获取目标的距离、角度、速度等信息，能够在云雾及烟尘等环境下工作，具备一定的目标识别能力；缺点是设计和制造难度大，较易被敌方发现和受到干扰［5］。美国空军的AIM-120导弹是美军研制的第一款主动雷达制导空空导弹，如图5所示［4］。被动制导相比主动雷达制导虽然只接收不发射，较难被敌方发现，覆盖频段范围更宽，但无法获取弹目距离信息且无法抗目标关机［6］，通常与主动雷达复合使用。较为著名的有美国海军的AGM-88E导弹，如图6所示［7］。该导弹采用主动雷达/被动雷达双模复合导引头进行末制导。
1.2 多模复合制导
单模制导方式的技术成熟度高，成本较低，但是很难应对未来复杂多变的战场环境和干扰类型，特别是在提倡武器装备通用化、系列化理念的驱使下，研发跨平台、通用型的武器更是未来精确制导装备发展的现实需求。多种模式复合制导技术是解决该问题的一种思路，也是近年世界各国在制导技术领域一直坚持发展的重要方向。
多模复合制导是指由两种或两种以上的制导传感器按照一定的方式集成，形成一种整体性能更加优越的制导系统，共同完成寻的制导任务，常见的有红外/雷达、激光/雷达、主动雷达/被动雷达等。与单模制导相比，多模复合制导具有以下优势和劣势：
（1） 优势
a. 提升了末制导作用距离，提高了制导精度；
b. 发挥了不同频段、不同探测手段、不同探测体制的优势，提升了抗干扰和反隐身能力；
c. 可以获取更多维度的目标特征信息，提升了复杂战场环境中目标识别能力和截获概率；
d. 较易适配不同的武器平台，遂行多种作战任务，提升了跨平台使用的通用性和灵活性。
（2） 劣势
a. 结构设计较为复杂，制造加工难度大，设计和研发成本较高；
b. 对器件的体积、功耗和性能要求较高，电磁兼容难度较大；
c. 限制并降低了各自单模传感器的性能。
1.3 多模复合的准则
为了充分发挥多模复合制导抗干扰、反隐身、全天候等优势，各模式之间的复合应该遵循以下准则：
（1） 各模式的工作频段在电磁频谱上相距越远越好，这样既能增加目标在不同背景下的特征信息，也能增加敌方的干扰难度，同时，相互间的频谱干扰也较少，电磁兼容性较好；
（2） 各模式的作用距离尽量实现互补，可以充分发挥各模式在各个距离段的作用优势；
（3） 各模式在探测背景和条件、抗干扰能力方面应实现优势互补；
（4） 各模式间的探测器器件均应具备小型化条件，口径应能兼容，便于一体化设计。
2 多模复合制导武器
国外现役精确制导武器装备中已大量采用光学多模（多波段）、射频多模、光学与射频复合制导的导引头，如以色列拉斐尔（Rafael）公司研制的电视/红外复合的长钉（Spike）反坦克导弹，已发展成为系列化产品，包含迷你长钉（Mini-Spike）、增程长钉（Spike-ER）等［7］。目前，国外现役的多模复合制导导弹装备的导引头以双模为主，三模制导正处于研究和试验阶段，装备量较少。
2.1 双模复合制导
双模复合制导是在单模制导技术的基础上扩充和发展而来，实现方式多样，如美国正在研制的新一代远距空空导弹AIM-260，采用了红外/雷达双模复合制导体制，将替代现役的AIM-120 单模红外型空空导弹［4］。国外现役装备中较为著名的双模复合制导导弹及制导方式如表1所示，其中具有代表性的如英国的硫磺石和美国的LRASM导弹。
（1） 硫磺石导弹
硫磺石（Brimstone）导弹是欧洲导弹集团（MBDA）为英国空军开发的一款空对地反坦克导弹，外形如图7所示［7］。该导弹最初采用单模毫米波制导方式，2008年经过升级后采用了主动毫米波雷达/激光半主动的双模制导方式。2010年，英国空军对硫磺石导弹进行了再次升级，命名为硫磺石2［7］。该导弹采用了更加先进的毫米波/激光半主动制导技术，可以在更加复杂的环境中完成对目标的搜索和跟踪。如今硫磺石导弹的最新型号已发展到硫磺石3。相比硫磺石2，最新的硫磺石3采用了鸭式布局，续航时间增加了30%，最大射程达到80 km，且具备更小的光学和红外特征。
硫磺石系列导弹主要作战对象为地面装甲类目标，具备全天候作战能力，双模中的激光半主动模式主要针对地面静止目标，毫米波雷达模式主要针对地面移动目标。实际作战中，导引头首先根据地面或他机的激光指示在较远距离处截获目标，待稳定跟踪目标后切换至毫米波跟踪模式；如果雷达已锁定目标则无需激光指引，单靠主动雷达便可实现对目标的持续跟踪。
经过多年发展，硫磺石导弹已装备在AH-64E“阿帕奇”直升机、台风战斗机、鹞式战斗机以及MQ-9“死神”无人机等空中打击平台上；同时，也在水面舰艇和反坦克装甲车等多个海面和地面平台上进行过发射。2020年，在波兰的MSPO2020 国际防务展览会上，MBDA展示了一款新式反坦克导弹发射车，该发射车内置了8枚硫磺石导弹；2022年，俄乌冲突中英国先后向乌克兰援助了两批次共计数百枚陆基型的硫磺石导弹，用以增强乌军地面反装甲的能力［8］。
（2） LRASM导弹
超远距离反舰导弹LRASM（Long Range Anti-Ship Missile，即AGM-158C）是美国洛克希德·马丁公司在研的一款亚音速远程反舰导弹。该导弹采用隐身设计，突防能力强，被称为世界上第一款人工智能（Artificial Intelligence，AI）反舰导弹，外形如图8所示［9］。
LRASM的复合导引头由英国BAE系统公司研制，综合了红外成像和被动雷达的双模导引头。LRASM在飞行过程中利用双向数据链获取卫星、无人机、舰船等平台的数据进行中继制导，末段则依靠复合导引头自主探测并锁定目标。其复合导引头可探测和感知飞行航迹内的舰船，绕开威胁区域或无关舰船，并对探测局域的信号进行智能分类。LRASM的双模制导均属于被动制导，自身不发射电磁波，可以有效减少导弹被发现和侦测的概率，具备较强的抗干扰和突防能力，加上智能化技术手段，令其在全球反舰导弹中处于领先水平。