涂林峰

自主制導

自主制導就好比是士兵（導彈）在整個尋找僵尸（敵方目標）的過程中都不經過指揮官（雷達）這一環(huán)節(jié)，士兵完全憑借自身的能力找到并拍死僵尸。自主制導方式包括程序制導、慣性制導、GPS制導、地形匹配制導、景象匹配制導、星光制導、地磁制導等等。

自主制導之程序制導 程序制導，顧名思義就是預先將導彈的飛行路線設計成程序存儲在導彈的控制系統(tǒng)內，導彈按預先安排好的飛行方案飛向目標。套用前面的場景劇就是，士兵是一個機器人，在預先探查清楚野外的地形、地貌后，這個機器人士兵按事先設定好的路線出發(fā)，在避讓開野外的各種障礙物后，找到最終的目標——僵尸。程序制導作為自主制導方式的一種，它的整個制導過程都沒有后方指揮官（雷達）什么事。程序制導多用于各類巡航導彈、無人機或靶機等飛行器，主要作用是進行飛行器的航路規(guī)劃，比如遠程對陸巡航導彈要保證突防成功率，事前一般都要經過周密的飛行路線規(guī)劃，以避開敵方偵察系統(tǒng)和防空系統(tǒng)設防的區(qū)域，從一條有漏洞的路線鉆進去，攻擊敵方縱深區(qū)域的高價值目標。但程序制導一般不能單獨使用，往往要有其它制導方式與之配合才能有效，比如慣性制導、地形匹配制導、GPS制導等制導方式。這就好比是前面場景劇中的機器人士兵，如果要按預先設定的程序繞開一個水溝，前提條件是它要認得路，否則便無從談起。一個著名的例子就是伊朗俘獲美軍RQ-170隱身無人機事件。據(jù)稱RQ-170無人機的GPS導航被伊朗人干擾了，于是乎RQ-170在程序控制下稀里糊涂地在它自認為的“美軍機場”降落了，不明不白就投敵了。這個案例說明了程序制導是無法單獨使用的，這與其它任何一種制導方式都不同，因此有些資料并不將其單獨看作是制導方式的一種。另外，程序制導只適用于攻擊固定目標。道理很簡單，一個隨時可能會移動的目標是不可能給你提前規(guī)劃航路的機會的，目標只要一移動，預先設定程序的導彈就會撲空。程序制導的優(yōu)點是設備簡單，導彈的制導與外界沒有關系，具備了很好的抗干擾性，并且程序制導可以作用于導彈的全程飛行階段。

自主制導之慣性制導 慣性制導，引用百科的定義就是：“利用慣性測量裝置測出導彈的運動參數(shù)，形成制導指令，通過控制導彈的飛行狀態(tài)，把導彈自動引導到目標區(qū)?！碧子脠鼍皠斫忉尵褪?，士兵出發(fā)后在心中牢記自己走了多少步，走的速度有多快，中途繞了幾個彎（對應導彈對自身運動參數(shù)的測量與計算），從而可以自我推算出目前所處的方位，進而決定下一步該怎么走。由上可見，慣性制導從頭到尾都是士兵一個人的行動，沒有任何外部因素參與，不與外界發(fā)生聯(lián)系（尤其是與“指揮官”/雷達的聯(lián)系），所以它的抗干擾性和攻擊隱蔽性非常好，不容易受到外部因素的影響，并且可以全天候工作。但它的缺點也是很明顯的，再聰明的士兵走的時間長了也會走暈，從而搞不清楚自身所處的狀況，現(xiàn)實中就是導彈的飛行距離越遠，則慣性制導的誤差就越大，而且誤差是逐漸積累的，當積累到一定程度后制導也就不再有效了。所以慣性制導一般會引入其它制導方式加以彌補，其在單獨使用時的精度會比較差。而且慣性制導與所有的自主制導方式一樣，都有一個通病，就是在不引入尋的制導或遙控制導方式時只能用于攻擊固定目標。

事實上，慣性制導存在的真正價值往往不在于其本身的制導能力，而在于作為一種輔助制導方式參與到導彈的復合制導中（這一點與指令修正很像）。為什么這么說呢？因為導彈在引入慣性制導后，在飛行過程中可以對自身的飛行姿態(tài)有所了解，并具備了一定的自主控制能力，使導彈即使在沒有外部力量的引導時（比如后方雷達受到干擾），也能按照預定的飛行彈道正常、穩(wěn)定的飛行。尤其是很多艦空導彈都采取了高拋彈道這類比較特殊的飛行彈道，在沒有慣性制導的情況下，雷達必須要持續(xù)不斷地向導彈發(fā)送控制指令。而如果有了慣性制導的相助，雷達則可以在很多時間內都脫手不管，任憑導彈進行自主飛行，只在目標出現(xiàn)大幅機動或者慣性制導出現(xiàn)累積誤差的時候才發(fā)送一下修正指令。這樣帶來的好處是巨大的，雷達不需要持續(xù)不斷為導彈提供引導服務，而可以采取間斷引導的方式，對導彈的末段攻擊精度也影響不大，從而極大減輕了雷達的負擔，并間接提升了整個防空系統(tǒng)的抗干擾能力和對抗多目標能力。因此，我們可以看到慣性制導廣泛參與了各類艦空導彈的復合制導方式。而如果在打擊機動性不高或者距離較近的低難度目標時，導彈甚至完全不需要雷達的外部引導，全憑慣性制導完成中段自主飛行，進入末制導后再由其它制導方式接手，完成最后的精確一擊。

自主制導之GPS制導 GPS（全球定位系統(tǒng)）制導，引用百科的定義就是“利用彈上安裝的GPS接收機接收4顆以上導航衛(wèi)星播發(fā)的信號，來修正導彈的飛行路線，提高導彈的制導精度”。套用前面的場景劇來解釋就是，當士兵在迷路或走錯方向時，可以將地圖或指南針拿出來確認一下自己所處的位置，從而找回正確的前進路線?？梢娺@也是一種自主制導方式，其優(yōu)點是定位精度高，受外部因素影響小，價格適中，為廣大用戶所接受。缺點是數(shù)據(jù)輸出頻率低，在受到干擾或姿態(tài)變化時容易丟失信號，在高動態(tài)環(huán)境下不易捕獲信號，不適合用于高速導彈的長時間穩(wěn)定制導，而更適合作為一種輔助制導方式提供間斷性的誤差修正。GPS系統(tǒng)的定位頻率是10～100Hz左右，也就是說每秒更新10～100次位置信息。而對于高速飛行的導彈來說，一秒就可以飛出成百上千米的距離（彈道導彈可以達到每秒幾千米），顯然這種更新速度是滿足不了導彈的要求的，因此GPS制導難以用于導彈的主制導方式，通常只作為一種輔助性的制導方式。GPS制導可以與多種制導方式組成復合制導，用的最多的就是GPS/INS組合，即GPS制導與慣性制導的組合。這兩者可謂是一對完美搭檔。前文講了，GPS制導的定位頻率是較低的，而慣性制導的頻率可以達到1 000～10 000Hz，正好可以彌補GPS制導更新速率慢的缺點。慣性制導的缺點是，隨著距離的增加慣性制導的誤差會逐漸增大，而GPS制導則正好可用于修正這個誤差。因此GPS制導和慣性制導的優(yōu)缺點是互補的，兩者結合后可以成為一種非常理想的復合制導系統(tǒng)，可謂是自主制導方式中的經典之作，目前GPS/INS已經成為一些制導武器的主制導方式。

自主制導之“地景星磁” 所謂“地景星磁”，即地形匹配制導、景象匹配制導、星光制導、地磁制導的合稱，這四種制導方式的制導原理非常相似，因此歸為一類進行介紹。這四種制導方式共同的特點是，利用某種自然環(huán)境特征對自身所處的坐標位置進行確定，如果發(fā)現(xiàn)存在偏差，則制導系統(tǒng)發(fā)出控制信號，修正導彈的飛行路線。這四種制導方式對應的自然環(huán)境特征分別是：地形匹配——地形起伏特征；景象匹配——地面景象特征；星光制導——恒星方位特征；地磁制導——地磁場特征。當然了，要識別這些自然環(huán)境特征的一個重要前提是，導彈必須要“認識”并“熟悉”這些環(huán)境特征，因此導彈發(fā)射一方事前必須要對相關的環(huán)境特征進行偵察與測繪（從這一點來看“地景星磁”也只適合用于攻擊固定目標），并將相關數(shù)據(jù)儲存在導彈的彈上制導系統(tǒng)中。這樣一來，導彈在發(fā)射后就能通過彈上儲存的環(huán)境特征數(shù)據(jù)與現(xiàn)實環(huán)境特征進行比對，如果兩者相符，那么飛行軌跡就沒有問題，如果出現(xiàn)偏差，那么彈上制導系統(tǒng)就有活干了。套用場景劇來解釋就是，士兵事先對戰(zhàn)場進行踩點，將戰(zhàn)場環(huán)境特征牢記于心，尤其是戰(zhàn)場上的一些特殊的標識性環(huán)境特征——比如哪里有棵樹，哪里有口井，哪里豎了一面標記牌等等。如此一來士兵在野外的行動就很簡單，如果走錯路了，就尋找標識物（樹、井、標記牌），這樣士兵就可以輕車熟路地找到僵尸然后一磚拍死。

當然，這種制導方式的缺點也很明顯。假如士兵進入一片森林中，在一排排長得沒什么區(qū)別的大樹中，沒有任何特殊的標識能為士兵提供信息提示，那么士兵就要傻眼了。對應到現(xiàn)實中就是，如果地形匹配制導和景象匹配制導用于海洋、沙漠、平原等環(huán)境特征變化不明顯的區(qū)域時，輕則精度下降，重則出現(xiàn)誤識別、誤匹配的現(xiàn)象，導致導彈的攻擊成功率大幅下降；如果星光制導或地磁制導因為環(huán)境因素而導致無法識別外部的環(huán)境信息，比如星光制導受氣象條件和能見度的限制，地磁制導受地磁場變化等限制時，就可能導致制導失效。因此“地景星磁”這四種制導方式都不適合單獨使用，而應該與其它制導方式配合。由于這四種制導方式一般多用于攻擊固定目標（多用于對地攻擊的巡航導彈或彈道導彈），因此它們大多數(shù)時候都是與其它自主制導方式配合使用的。比如在與慣性制導配合使用時，就好比士兵在沒有標識物的森林中，仍然能通過推算自己的行動路線和所處方位而保持一個大致正確的方向，直到走出森林，進入正常環(huán)境中；再比如與GPS制導配合使用時，就好比士兵在森林中迷路時，可以靠地圖和指南針來找回正確的方向，繼而走出森林，回到正常環(huán)境中。當然，復合制導中的制導方式越多，導彈的性能就越優(yōu)秀，制導精度也就越高，比如美國“戰(zhàn)斧”block3巡航導彈就同時采用了地形匹配+景象匹配+GPS/INS的復合制導方式，從而實現(xiàn)了3～6米的命中精度，這對于射程超過1 000千米的遠程導彈來說是非常難得的。

尋的制導

尋的制導好比是用一道光束把僵尸照亮，從而使士兵可以循著光亮過去，把僵尸一磚拍死。這支光束可以來自指揮官（后方雷達），也可以來自士兵（導彈），或者是來自僵尸自身（敵方目標），分別對應尋的制導方式中的半主動制導、主動制導和被動制導。由上可見，尋的制導是利用目標輻射或反射的某種能量，從而使導彈可以利用彈上探測設備（導引頭）對目標進行測量和計算，并形成制導指令控制導彈飛向目標。雖然尋的制導往往可以實現(xiàn)“發(fā)射后不管”，表面看上去和自主制導比較相似，但兩者卻有著本質區(qū)別。尋的制導是導彈在飛行過程中自行探測目標的運動信息，因此非常適合用于打擊各類運動目標，如飛機、艦船等，因此多用于空空導彈、艦空導彈、反艦導彈等；而自主制導一般都是事先設定好的導彈飛行路線，因而多用于攻擊固定目標，比如各種對地攻擊的彈道導彈、巡航導彈等。而且尋的制導的作用距離較近，多用于導彈的末制導階段，而自主制導則可以作用于導彈的全程飛行階段，這使得它非常適合用作各類遠程導彈的主制導或輔制導方式。尋的制導可細分為雷達制導、紅外制導、激光制導、可見光制導、聲制導等等，實際上這些制導方式作為尋的制導的制導原理都大同小異，只不過是利用了不同的能量而已。比如被動紅外制導和被動雷達制導就是一樣的制導原理，一個利用的是紅外輻射，另一個利用的是微波輻射。尋的制導從制導原理上看包括主動尋的制導、半主動尋的制導、被動尋的制導和TVM制導（指令-尋的制導）等。

尋的制導之半主動制導 半主動制導，引用百科的定義就是：“在武器上面裝置追蹤特定訊號的尋標頭，武器在發(fā)射出去之前會透過射控系統(tǒng)與訊號發(fā)射裝置取得協(xié)調，發(fā)射之后尋標頭會搜索目標反射回來的訊號，在比對這個訊號的特征、方位以及頻率變化之后，透過修正姿態(tài)與航向的方式持續(xù)地追蹤目標的動向?！卑倏频亩x有些高深莫測，讓人捉摸不透。那么引用前面的場景劇來解釋就是，一個視力正常的士兵，當他處在一片漆黑的野外戰(zhàn)場上時，如何才能發(fā)現(xiàn)并定位在黑夜中到處亂竄的僵尸呢？答案是后方的指揮官用一支強光探照燈將僵尸全身照亮（對應后方的火控雷達照射目標），并且僵尸移動到哪里，探照燈的光束就跟到哪里，這樣士兵就可以循著光亮而去。這就是全程半主動雷達制導的原理，注意“全程”兩字，也就是說這里指的是單純的半主動制導，如果半主動彈引入中段引導的話，那就屬于串行復合制導了。從上面對半主動制導的介紹中我們已經可以大致看出尋的制導方式的優(yōu)缺點了。其優(yōu)點就是制導精度高，可用于攻擊高機動目標（只要探照燈的光束纏住僵尸不放，則僵尸不管怎么躲閃最終也是逃不掉的），所以現(xiàn)在主流的防空導彈清一色都采用了尋的制導作為末制導方式，如前面文章曾談到過的主動彈和半主動彈。

尋的制導的缺點則在于它的作用距離較近，一般只能用于導彈的末制導，就好比士兵雖然有外部探照燈為其照亮僵尸，但士兵畢竟不是千里眼，視力有限，不可能看到遠在戰(zhàn)場另一端被照亮的僵尸，除非通過其它方法先將士兵引到僵尸附近（對應其它輔助制導方式），士兵才能循著光亮與僵尸相會。無論是哪一種尋的制導方式（主動、半主動或被動），其在單獨使用時的作用距離都是有限的，只有在引入復合制導后才能彌補這個缺陷。對于全程半主動雷達制導來說，它其實是一種比較簡單的制導方式，僅比無線電指令制導的導彈多了一部雷達波接收器，其優(yōu)點就是彈上設備簡單、成本低、維修保養(yǎng)容易，技術也較為成熟可靠。它的缺點是不具備“發(fā)射后不管”的能力，即后方火控雷達對目標的照射不能中斷，且傳統(tǒng)火控雷達一次只能照射一個目標，應對多目標的能力差。所以全程半主動雷達制導多見于老式防空導彈或空空導彈，新型半主動彈引入復合制導方式將是大勢所趨。

尋的制導之主動制導 主動制導，引用百科的定義就是：“導彈在彈頭上裝有信號發(fā)射機和接收機，發(fā)射機發(fā)射信號照射目標，接收機接收目標反射的信號，從而引導彈命中目標。”可見，主動雷達制導相比上文中提到的半主動雷達制導而言，導彈上多了一部雷達波發(fā)射器（半主動彈只有雷達波接收器），既能接收雷達信號，同時也能發(fā)射雷達信號。套用場景劇來解釋就是，前線的士兵不需要后方指揮官為其照亮僵尸，而是自己攜帶一支手電筒照亮僵尸（對應主動雷達導引頭），然后順著光亮沖上去將其拍死。顯然，全程主動雷達制導相當于將半主動雷達制導需要的外部照射雷達直接搬到了導彈上，其優(yōu)點在于導彈的攻擊過程中不需要外部雷達的照射，可以實現(xiàn)“發(fā)射后不管”、全程自主攻擊，因此對付多目標的能力強。主動雷達制導也是有缺點的，很明顯的是，士兵自帶的手電筒功率有限，所以照射距離較近，對應的是彈上主動雷達導引頭的探測距離較近，一般只有數(shù)十千米左右。因此主動雷達制導如果單獨使用其作用距離會比較近，需要在導彈飛行中段引入其它制導方式加以補充，它也是導彈的一種末制導方式。另外，主動彈的彈上系統(tǒng)遠比半主動彈要復雜，造價也更昂貴，尤其是那支“手電筒”（主動雷達導引頭）的設計難度相當高，既要保證照射距離遠，還要控制尺寸和重量以方便士兵隨身攜帶，同時成本還不能太離譜。

總結來說，主動雷達制導是成也導引頭敗也導引頭，就看導彈設計人員如何取舍了。不過主動雷達制導仍將是艦空導彈未來的發(fā)展趨勢，這是因為隨著科技的進步，主動雷達導引頭的探測距離將會越來越遠，而重量和尺寸則會更加輕小，而且在大規(guī)模應用后其成本也將逐步下降。現(xiàn)在的一些新型近程防空導彈也有往主動雷達制導方向發(fā)展的趨勢。以我國為例，先是發(fā)展了主動雷達制導的“紅旗”-9系列導彈，隨后“紅旗”-16B也引入主動/半主動雷達復合制導方式，新一代的國產中近程導彈如DK-10A、FM-3000等也都采用了主動雷達制導方式。

尋的制導之被動制導 被動制導，引用百科的定義就是：“導彈的彈頭上裝有信號接收器，信號接收器在接收到目標發(fā)射或輻射的信號后，引導導彈命中目標?！北粍永走_制導的彈上設備與半主動雷達制導相似，只有雷達波接收器，彈上設備較為簡單。但與半主動雷達制導不同的是，被動雷達制導的雷達波接收器的頻率覆蓋范圍更廣，接收靈敏度更高。套用場景劇來解釋就是，同樣是長了一雙眼睛的士兵，但這個士兵的眼力比普通士兵要強的多（對應被動雷達導引頭的接收頻率范圍和靈敏度），在沒有任何外部光照的幫助下，士兵能憑借超強的眼力發(fā)現(xiàn)黑暗中微弱的光，但前提條件是目標自身要發(fā)光（對應現(xiàn)實中敵方戰(zhàn)機或導彈主動發(fā)射或輻射的雷達波信號和電磁信號），然后士兵循著這點光找到僵尸并一磚拍死。被動雷達制導的一大特點是具備了較強的攻擊隱蔽性，士兵自身不攜帶手電筒，也沒有外部的指揮官用探照燈照射僵尸，因此僵尸直到被攻擊前都不會知道在黑暗中危險已經悄悄逼近自己。被動雷達制導的另一個特點是抗干擾能力強，而且具備了專打干擾源的能力。僵尸若想用強光手電筒干擾我方指揮官的視線，則等于主動暴露自身的位置，士兵正愁它不主動發(fā)光呢，因此照的越亮越有利于士兵在黑暗中逮住僵尸。此外，被動雷達制導也繼承了尋的制導精度高、適于攻擊機動目標的優(yōu)點，并且也可“發(fā)射后不管”。被動雷達制導的缺點是，僵尸如果不開手電，那士兵就一點轍沒有了。現(xiàn)實中對應的就是只要目標的雷達或電子設備不開機工作，或者采取了間斷性開機工作的方式，那么被動雷達制導導彈就無法發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤目標，也就談不上精確打擊目標了?？梢姳粍永走_制導的正常工作必須建立在目標存在電磁輻射、并且這種輻射達到一定功率的基礎上，其對目標的依賴性較大，而且很容易受到目標的欺騙，因此被動雷達制導在防空導彈上的應用范圍是比較窄的，多用于一些特殊作戰(zhàn)用途的防空導彈。

而且各種被動制導方式也繼承了尋的制導的一個主要缺點，那就是作用距離偏近。這是因為被動制導的導彈由于用途和成本的限制，通常都不會采用復合制導方式，也很少配備外部引導用的數(shù)據(jù)鏈設備，并且它的作用距離還取決于目標輻射能量的強度，會隨著目標輻射的能量減小而下降。因此各類被動制導方式多用于射程較近的近程導彈，如空空格斗彈、便攜式防空導彈以及艦載近防導彈等。最后要說的是，被動制導與其它兩種尋的制導方式不同，被動制導用于防空導彈時既可以是被動雷達尋的也可以是被動紅外尋的，比如“海拉姆”和我國“海紅旗”-10近程艦空導彈都采用了被動雷達/被動紅外雙模制導方式。以“標準”-3為代表的反導導彈則采取了被動紅外制導作為末制導方式，“標準”-2 block3B導彈在半主動雷達制導的基礎上又增加了被動紅外制導。作為尋的制導方式，被動紅外制導和被動雷達制導的制導原理是相同的，兩者在防空導彈家族中都有非常重要的地位。