張合，于航，戴可人，劉鵬，楊宇鑫，馬翔

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 江蘇 南京 210094)

0 引言

引信是彈藥起爆控制的“大腦”，是保證彈藥安全與完成毀傷的核心部件。引信伴隨彈藥的全壽命周期并一次使用，能夠使彈藥的毀傷能力大幅提高，因此引信技術(shù)屬于先進(jìn)國(guó)家對(duì)他國(guó)保密與封鎖的“卡脖子”核心技術(shù)[1-4]。

從機(jī)械引信、機(jī)電引信發(fā)展至今，引信隨技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)過(guò)多個(gè)定義。從歷史發(fā)展的過(guò)程來(lái)看，最初的機(jī)械引信可通俗或膚淺理解為“開(kāi)關(guān)”，是受時(shí)間、安全性與可靠性約束下的開(kāi)關(guān)。隨著機(jī)電引信與近炸引信的出現(xiàn)，引信的定義上升為起爆控制裝置，即引信是利用目標(biāo)信息和環(huán)境信息，在預(yù)定條件下引爆或引燃戰(zhàn)斗部裝藥的控制裝置或系統(tǒng)。把引信與控制關(guān)聯(lián)起來(lái)是武器系統(tǒng)發(fā)展對(duì)引信要求的必然，也是技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)[5]。對(duì)于目前正在發(fā)展的靈巧引信，是對(duì)發(fā)射前或發(fā)射過(guò)程中通過(guò)武器系統(tǒng)與引信進(jìn)行信息交聯(lián)，采用單一或復(fù)合探測(cè)手段獲取環(huán)境與目標(biāo)信息，具備全壽命安全控制功能，通過(guò)單片機(jī)、可編程控制器或DSP處理器等完成起爆控制的引信，具體可表述為：具有可裝定(獲取初始任務(wù)狀態(tài)信息)、可探測(cè)(對(duì)初始任務(wù)狀態(tài)信息進(jìn)行補(bǔ)充和修正)、可處理(在全壽命安全階段，根據(jù)任務(wù)狀態(tài)信息解算最佳毀傷控制時(shí)機(jī))和可控制(根據(jù)最佳毀傷控制時(shí)機(jī)輸出起爆控制信號(hào)以及靈巧引信全壽命安全控制)4個(gè)能力，具有這4個(gè)能力的引信被稱為靈巧引信[4,6-7]。在大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展助推下，根據(jù)彈藥組網(wǎng)的需求，引信作為控制系統(tǒng)的概念有進(jìn)一步定義的必要，即：引信是指在多約束與多任務(wù)條件下，按預(yù)定策略和規(guī)劃起爆或引燃戰(zhàn)斗部或多個(gè)戰(zhàn)斗部裝藥，可進(jìn)行瞬態(tài)時(shí)空識(shí)別與短時(shí)延過(guò)程控制的動(dòng)態(tài)起爆系統(tǒng)。引信動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)選擇對(duì)象觀測(cè)時(shí)機(jī)和控制輸入時(shí)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)機(jī)械、機(jī)電引信的控制為動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制，引信只能在特定的時(shí)刻或特定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)彈丸、目標(biāo)和環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，存在觀測(cè)時(shí)機(jī)與控制輸出在時(shí)間上的約束[8]。這類引信系統(tǒng)的主要特征是：在系統(tǒng)的整個(gè)演變過(guò)程中，觀測(cè)和控制僅在某一時(shí)刻或某一時(shí)間段進(jìn)行，即觀測(cè)/控制輸入和觀測(cè)/控制時(shí)機(jī)分別存在邊界約束，控制算法除了需要解算觀測(cè)/控制輸入外，還需要選擇觀測(cè)/控制時(shí)機(jī)，控制效率低下，起爆控制精度偏低。日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境需要引信進(jìn)行全過(guò)程的觀測(cè)與多時(shí)刻的控制輸出，而引信動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制已經(jīng)難以滿足當(dāng)前引信發(fā)展的需求，需進(jìn)一步提升引信精確起爆控制能力，急需構(gòu)建新的引信控制體系。

為滿足靈巧引信發(fā)展的控制需要，本文在分析了時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制作為引信起爆控制的基礎(chǔ)上，提出了靈巧引信精確起爆控制面臨的三個(gè)科學(xué)問(wèn)題，即：強(qiáng)多物理場(chǎng)環(huán)境干擾對(duì)引信探測(cè)的影響、短時(shí)延對(duì)引信控制適時(shí)性的影響以及多樣化目標(biāo)對(duì)引信最優(yōu)起爆控制的影響。為解決上述科學(xué)問(wèn)題對(duì)引信精準(zhǔn)起爆控制的影響，分別建立了環(huán)境自適應(yīng)探測(cè)控制器、自觸發(fā)時(shí)延補(bǔ)償狀態(tài)控制器以及虛擬閉環(huán)起爆控制器，形成引信控制“三元”控制器，進(jìn)而構(gòu)建了靈巧引信用“三元”級(jí)聯(lián)控制器的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了引信精準(zhǔn)起爆控制的靈巧化，提升了引信的起爆控制精度，確保了彈藥高效毀傷的能力。

1 引信控制的要素：時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制

引信的時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制，是引信控制的重要過(guò)程，包括引信的探測(cè)、識(shí)別、信息處理、狀態(tài)判斷、姿態(tài)調(diào)節(jié)以及核心變量控制等重要環(huán)節(jié)。圖1所示為引信時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制部分變量示意圖。圖1中，α為飛行角，γ為彈目視線角，v為彈丸速度。

1.1 引信時(shí)空識(shí)別

引信時(shí)空識(shí)別是指從引信隨彈藥發(fā)射直至遭遇目標(biāo)的過(guò)程中，對(duì)時(shí)域和空域相關(guān)參量進(jìn)行識(shí)別[6]。上述過(guò)程包括膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)、空中或水中飛行、遭遇目標(biāo)以及侵徹目標(biāo)等階段。時(shí)域參量包括出炮口時(shí)間、彈道頂點(diǎn)時(shí)間、飛行時(shí)間、目標(biāo)前某一距離的時(shí)間以及起爆時(shí)延控制量等；空域參量包括飛行過(guò)程位移、速度、角度、距離誤差以及起爆距離與誤差控制量等。若引信具有與武器系統(tǒng)信息交聯(lián)的功能，則部分控制量可在發(fā)射前裝定獲取，如起爆時(shí)延控制量、起爆距離等，這些變量可直接控制調(diào)整。因此，引信獲取時(shí)空識(shí)別的信息分為預(yù)先裝定信息、環(huán)境與目標(biāo)探測(cè)信息，預(yù)先裝定信息由武器系統(tǒng)與引信信息交聯(lián)獲取，環(huán)境與目標(biāo)探測(cè)信息由引信專用傳感器獲取。

引信隨彈藥發(fā)射時(shí)經(jīng)歷的環(huán)境、空間、目標(biāo)的種類是引信設(shè)計(jì)的邊值函數(shù)，為便于設(shè)計(jì)者使用時(shí)空識(shí)別，需進(jìn)行引信設(shè)計(jì)。針對(duì)不同引信的功能建立時(shí)空識(shí)別函數(shù)，函數(shù)的基本形式[5]如下：

F=f(T,H(t),R(t),M(t))，

(1)

式中：T為引信飛行的時(shí)間，實(shí)際飛行時(shí)間與彈丸飛行速度相關(guān)；H(t)為引信所經(jīng)歷的環(huán)境量，t為引信當(dāng)前工作時(shí)刻；R(t)為引信當(dāng)前狀態(tài)信息；M(t)為目標(biāo)參量。

為便于理解和分析時(shí)空識(shí)別函數(shù)(1)式，以激光引信為例，分別對(duì)環(huán)境量H(t)、狀態(tài)信息R(t)以及目標(biāo)參量M(t)進(jìn)行解釋：

激光引信所經(jīng)歷的塵環(huán)境H(t)模型[9]為

Gk+Gb-ρε-YM+Sk

(2)

(3)

式中：ρ為氣體密度；xi、xj為坐標(biāo)，i≠j；ui、uj為不同坐標(biāo)點(diǎn)處的流體速度；μ為層流的黏性系數(shù)；μt為湍流黏性系數(shù)；σε、σk分別為湍動(dòng)能耗散率ε和湍流動(dòng)能k對(duì)應(yīng)的普朗特?cái)?shù)；Gk為由層流速度梯度產(chǎn)生的湍動(dòng)能；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍動(dòng)能；YM為可壓縮湍流中由過(guò)度擴(kuò)散產(chǎn)生的波動(dòng)；Sε、Sk定義的湍流動(dòng)能；C1ε、C2ε以及C3ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，分別取1.44、1.92和1。

(2)式和(3)式構(gòu)成了有限空間內(nèi)塵濃度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，此模型具有計(jì)算精度高且計(jì)算量小的特點(diǎn)，模擬流體流動(dòng)，因此可用于煙塵的仿真試驗(yàn)。

利用脈沖激光同步掃描周視探測(cè)進(jìn)行彈目相對(duì)距離狀態(tài)量的計(jì)算，其激光回波方程[8]為

(4)

式中：Pr為激光回波功率；Pt為脈沖激光發(fā)射功率；Gt為發(fā)射天線增益；Rt為激光發(fā)射系統(tǒng)與目標(biāo)之間的距離；σs為雷達(dá)散射截面；Rr為發(fā)射系統(tǒng)與目標(biāo)之間的距離；D為接受系統(tǒng)直徑；ηatm為大氣透過(guò)系數(shù)；ηsys為系統(tǒng)光學(xué)通過(guò)率。

在激光引信周向探測(cè)過(guò)程中，將回波功率與設(shè)定閾值不斷進(jìn)行時(shí)刻鑒別，判斷彈目之間相對(duì)距離，直至滿足起爆條件。

激光探測(cè)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，激光束與目標(biāo)相互作用關(guān)系[11]為

(5)

h(x,y,t)=4πρb(x,y,β)δ(t-2z(x,y)/c)

(6)

δ(·)為狄拉克函數(shù)；z(x,y)為目標(biāo)表面縱深距離；c為光速；ρb為雙向反射分布函數(shù)，

(7)

等式右側(cè)第1項(xiàng)和第2項(xiàng)分別為入射角β的鏡面反射分量和漫反射分量，A為鏡面反射幅度，B為漫反射幅度，s為表面斜率，m為漫反射系數(shù)；激光脈沖形狀函數(shù)Ss(x,y,t)定義為

(8)

g(x，y)為光束的空間形狀，n為激光脈沖的時(shí)間形狀，τ為時(shí)間常數(shù)。

受篇幅影響，其他參數(shù)定義可分別參考文獻(xiàn)[9-11]。在上述過(guò)程中，以激光引信為例分別就經(jīng)歷的環(huán)境、自身狀態(tài)以及目標(biāo)參量進(jìn)行舉例說(shuō)明，不同引信類型最終形成的時(shí)空識(shí)別函數(shù)形式不同。

1.2 引信過(guò)程控制

引信過(guò)程控制是指引信到達(dá)目標(biāo)前或侵入目標(biāo)后完成指定的精準(zhǔn)起爆或引燃控制，實(shí)現(xiàn)爆轟、開(kāi)倉(cāng)和分離等。

無(wú)論是遭遇目標(biāo)，還是侵徹目標(biāo)，整個(gè)過(guò)程的時(shí)間量級(jí)在毫秒級(jí)甚至亞毫秒級(jí)，而引信配合彈藥作戰(zhàn)環(huán)境涵蓋多維、多域空間；不同武器平臺(tái)、環(huán)境與目標(biāo)信息要求引信進(jìn)行多域信息處理，而此過(guò)程具有極強(qiáng)的時(shí)間敏感性。因此，引信必須根據(jù)瞬態(tài)時(shí)空識(shí)別信息，完成短時(shí)延的過(guò)程控制，使彈藥毀傷效能最大化。

例如，根據(jù)毀傷不同目標(biāo)類型約束可選用不同的輸出控制量，如對(duì)付空中目標(biāo)，可選用探測(cè)到目標(biāo)的距離與方位實(shí)時(shí)起爆；對(duì)地面運(yùn)動(dòng)車(chē)輛與有生力量，輸出量可選用合理的地面炸高；對(duì)地下硬目標(biāo)內(nèi)的人與設(shè)施，侵徹靶后給出合理的起爆距離與時(shí)間等。針對(duì)多樣化目標(biāo)，靈巧引信需選擇合理的起爆時(shí)機(jī)，使戰(zhàn)斗部的毀傷效能最大化。由此，時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制對(duì)引信的發(fā)展尤為重要，應(yīng)是引信控制理論發(fā)展的主要方向[6]。

對(duì)于引信的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制，在彈丸飛行過(guò)程中受環(huán)境與目標(biāo)信息約束，引信的數(shù)學(xué)模型可表述為

y=R(S(m,e,o,ls),De(ld,us),Do(ld,us),lr,t)，

(9)

式中：y為引信的輸出結(jié)果；R(·)為過(guò)程控制函數(shù)；S(·)為引信與武器平臺(tái)信息交聯(lián)函數(shù)；De(·)和Do(·)分別為環(huán)境與目標(biāo)探測(cè)函數(shù)；us=S(·)為武器平臺(tái)發(fā)送來(lái)的裝定信息函數(shù)；m、e和o分別為裝定輸入的作戰(zhàn)任務(wù)信息、環(huán)境信息以及目標(biāo)信息；ls、ld以及l(fā)r分別為信息交聯(lián)、探測(cè)與識(shí)別以及引信動(dòng)態(tài)過(guò)程控制的狀態(tài)邊界約束條件，其約束函數(shù)如下：

(10)

式中：h1(·)為引信位置約束函數(shù)；p(x,y,z)為引信當(dāng)前位置，pt為目標(biāo)位置；h2(·)為引信方位角約束函數(shù)，θ為引信起爆方位角，θt為目標(biāo)易損方位；Ω1為引信位置約束誤差域；Ω2為引信方位角約束誤差域；td為引信動(dòng)態(tài)時(shí)延；t0為時(shí)延邊界值。

以上約束的目的可使彈藥毀傷效能最大化，即

(11)

式中：Φ(·)為起爆毀傷效能函數(shù)，p0(t)為毀傷效能最大起爆點(diǎn)，θ0(t)為毀傷效能最大起爆方位，td為期望作用時(shí)間；t0為時(shí)延上界；L(·)為由于時(shí)延引起的效能衰減。

在過(guò)去幾十年主要發(fā)展以下幾類引信：機(jī)械與定距引信、近炸引信與侵徹引信，主要起爆方式、打擊目標(biāo)類型與目標(biāo)的毀傷能力如表1[12-13]所示。

根據(jù)表1可以看出，不同類型的引信，可針對(duì)不同種類的目標(biāo)選擇對(duì)應(yīng)的起爆方式。當(dāng)戰(zhàn)斗部采用傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制的引信時(shí)，毀傷效能偏低，難以滿足戰(zhàn)斗部高效毀傷的需求，因此急需建立新的引信控制設(shè)計(jì)方法。

表1 目標(biāo)種類與毀傷

2 引信控制靈巧化面臨的三個(gè)問(wèn)題

為研究引信精確起爆控制過(guò)程，將彈藥毀傷效能與目標(biāo)之間的毀傷邊界分割為3個(gè)區(qū)域，如圖 2所示，即：可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)最大摧毀效果的區(qū)域—?dú)麉^(qū)；對(duì)目標(biāo)造成輕度毀傷的區(qū)域—模糊區(qū)；對(duì)目標(biāo)不能造成毀傷的區(qū)域—安全區(qū)。

對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械或機(jī)電引信而言，通過(guò)點(diǎn)控制僅能實(shí)現(xiàn)部分彈藥在毀傷區(qū)起爆，其炸點(diǎn)大多落于模糊區(qū)或安全區(qū)，起爆位置距目標(biāo)偏差較大，彈藥毀傷效能偏低；為提升彈藥毀傷能力，提出了具有起爆距離與時(shí)間二維約束的面控體制引信，可實(shí)現(xiàn)炸點(diǎn)大多落于毀傷區(qū)或模糊區(qū)邊緣，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械或機(jī)電引信，其炸點(diǎn)分布范圍已接近于目標(biāo)，提升了戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)的毀傷效果。但面對(duì)未來(lái)強(qiáng)多物理場(chǎng)環(huán)境干擾下的戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)彈藥的精確起爆能力提出了更高要求，僅依靠現(xiàn)有的點(diǎn)控制或面控制已無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高效毀傷。因此，本文提出了具有抗強(qiáng)多物理場(chǎng)環(huán)境干擾信息解耦和多目標(biāo)選擇短時(shí)延起爆控制方法的靈巧引信，具有目標(biāo)距離、時(shí)間與方位多維體控制能力，確保彈藥在毀傷區(qū)內(nèi)起爆，具有體控制能力的靈巧引信可提升彈藥的毀傷效能。

在建立靈巧引信控制模型的基礎(chǔ)上，引信時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制需完成以下步驟：多物理場(chǎng)環(huán)境探測(cè)、多樣化目標(biāo)識(shí)別與精準(zhǔn)起爆控制。為此，需解決以下3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：

2.1 強(qiáng)干擾環(huán)境對(duì)引信多物理場(chǎng)探測(cè)的耦合影響機(jī)制

如圖3所示，廣域戰(zhàn)場(chǎng)存在自然與人工環(huán)境下信息型與能量型的干擾，由于多物理場(chǎng)環(huán)境相互耦合[10,13-20]，誘發(fā)引信探測(cè)信號(hào)失真，使得探測(cè)模塊獲得的信息存在畸變與混疊，影響引信獲取真實(shí)環(huán)境的準(zhǔn)確度。因此必須實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的解耦與快速識(shí)別，確保探測(cè)模塊信息真實(shí)可用。

針對(duì)多物理場(chǎng)環(huán)境干擾的問(wèn)題，提出了多源融合探測(cè)抗干擾控制方法，通過(guò)建立多物理場(chǎng)環(huán)境干擾數(shù)據(jù)庫(kù)，快速在線提取環(huán)境特征值并與當(dāng)前環(huán)境探測(cè)信息值對(duì)比，并形成探測(cè)源權(quán)重因子，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各探測(cè)源在總探測(cè)信息中的比重，實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)多物理場(chǎng)環(huán)境干擾的有效快速解耦。

2.2 時(shí)延對(duì)引信控制系統(tǒng)適時(shí)性的影響機(jī)制

傳統(tǒng)引信的動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制存在觀測(cè)時(shí)機(jī)與控制輸出在時(shí)間上的約束，對(duì)全壽命多時(shí)間段存在強(qiáng)敏感性。特別當(dāng)攻擊超高速目標(biāo)時(shí)，由于彈目交會(huì)過(guò)程的相對(duì)速度極大，極小的引信時(shí)延(探測(cè)時(shí)延、信息處理時(shí)延以及起爆輸出時(shí)延等)將會(huì)造成幾十米至幾百米的起爆點(diǎn)誤差散布，導(dǎo)致戰(zhàn)斗部毀傷效能?chē)?yán)重降低。因時(shí)延對(duì)炸點(diǎn)位置影響如圖4所示。針對(duì)于此，為實(shí)現(xiàn)精確起爆控制，開(kāi)展時(shí)延對(duì)引信控制系統(tǒng)影響機(jī)制的研究，重點(diǎn)突破擴(kuò)展信息輸入，引入武器平臺(tái)裝定的先驗(yàn)信息、多源探測(cè)模塊和周邊武器平臺(tái)傳輸?shù)奶綔y(cè)信息，結(jié)合高精度時(shí)延估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)引信時(shí)延補(bǔ)償。圖4中，Tτ為計(jì)時(shí)周期，n為周期增益，τ1為周邊平臺(tái)傳輸時(shí)延，τ0為自身固有信息傳輸時(shí)延。

2.3 多樣化目標(biāo)與最優(yōu)起爆控制器的匹配映射關(guān)系

對(duì)于不同目標(biāo)，引信需采用不同的起爆方式，起爆控制器要求的最優(yōu)工作參數(shù)也不同，因此必須要解決目標(biāo)種類與最優(yōu)起爆方式的匹配映射關(guān)系。如圖5所示，不同類型的目標(biāo)采用不同的起爆方式，方可達(dá)到最優(yōu)的起爆效果。但是，引信的起爆控制過(guò)程僅為微秒級(jí)，只能采用開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)引信被迫采用大量實(shí)彈毀傷實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)窮舉、尋優(yōu)。針對(duì)這一困境，本文提出將閉環(huán)控制環(huán)節(jié)前移到起爆控制器設(shè)計(jì)中。

通過(guò)線下虛擬閉環(huán)訓(xùn)練與在線快速?zèng)Q策相結(jié)合策略。離線狀態(tài)通過(guò)大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練獲得毀傷效能最優(yōu)起爆控制器，實(shí)戰(zhàn)情況下，通過(guò)對(duì)不同目標(biāo)編制不同的起爆控制策略軟件，利用發(fā)射前裝定信息與發(fā)射后不同平臺(tái)傳輸?shù)男畔ⅲ瑢?shí)現(xiàn)最優(yōu)起爆控制器與彈上數(shù)據(jù)信息相匹配，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同目標(biāo)快速產(chǎn)生最優(yōu)起爆方式。

3 靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制方法

3.1 靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制方法概述

針對(duì)第2節(jié)所提出的引信靈巧化所面臨的3個(gè)科學(xué)問(wèn)題，需在傳統(tǒng)引信動(dòng)態(tài)開(kāi)環(huán)控制的基礎(chǔ)上，建立新的控制方法，以滿足引信靈巧化的控制需求。而實(shí)現(xiàn)引信控制靈巧化的主要方式是實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)時(shí)空識(shí)別與短時(shí)延過(guò)程控制。

本文所提靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制方法相比于傳統(tǒng)引信控制，其主要的控制特點(diǎn)是在線下通過(guò)大量試驗(yàn)、仿真以及數(shù)值計(jì)算等方式獲得環(huán)境與目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建的環(huán)境與目標(biāo)函數(shù)。在探測(cè)階段通過(guò)多源探測(cè)融合方式與線下構(gòu)建的環(huán)境與目標(biāo)函數(shù)相匹配，可準(zhǔn)確、快速地獲得環(huán)境與目標(biāo)特征值；本文控制方法中，利用自觸發(fā)時(shí)延補(bǔ)償理論結(jié)合目標(biāo)與環(huán)境特征值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)延補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，并且對(duì)各探測(cè)源權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳的探測(cè)效率。最后，為實(shí)現(xiàn)彈藥快速針對(duì)目標(biāo)類型輸出對(duì)應(yīng)的最佳起爆方式，考慮了一種線下訓(xùn)練，線上使用的虛擬閉環(huán)起爆控制策略，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)多類目標(biāo)的精準(zhǔn)毀傷。

從引信時(shí)空識(shí)別與過(guò)程控制方面來(lái)看，當(dāng)靈巧引信進(jìn)行時(shí)空識(shí)別時(shí)，為獲得實(shí)際的彈丸炮口飛行速度，需進(jìn)行炮口測(cè)速；飛行一段時(shí)間后，為感知飛行環(huán)境或來(lái)襲目標(biāo)狀態(tài)信息，需進(jìn)行主/被動(dòng)探測(cè)；接近目標(biāo)時(shí)，為保證合理炸高，需進(jìn)行高度測(cè)量。當(dāng)靈巧引信進(jìn)行過(guò)程控制時(shí)，控制合理的炸高對(duì)付地面運(yùn)動(dòng)車(chē)輛與有生力量或控制精確的起爆延期時(shí)間，對(duì)付地下硬目標(biāo)內(nèi)的人與設(shè)施。

3.2 靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制方法設(shè)計(jì)

為滿足靈巧引信在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)中準(zhǔn)確、適時(shí)地起爆戰(zhàn)斗部，實(shí)現(xiàn)毀傷效能最大化的要求建立了圖6所示靈巧引信用“三元”級(jí)聯(lián)控制器的設(shè)計(jì)方法示意圖。

在該靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制系統(tǒng)中，首先以環(huán)境-目標(biāo)兩大數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，構(gòu)建引信“三元”級(jí)聯(lián)控制器，分別為環(huán)境自適應(yīng)探測(cè)控制器、自觸發(fā)時(shí)延補(bǔ)償狀態(tài)控制器以及虛擬閉環(huán)起爆控制器。其中探測(cè)控制器與狀態(tài)控制器采用反饋控制，起爆控制器為虛擬閉環(huán)控制；在探測(cè)階段，靈巧引信采用多源探測(cè)器進(jìn)行環(huán)境和目標(biāo)的信息采集，并通過(guò)環(huán)境和目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為特征值；將環(huán)境與目標(biāo)的特征值輸入到狀態(tài)控制器與起爆控制器，并由狀態(tài)控制器生成靈巧引信的當(dāng)前狀態(tài)量；引信狀態(tài)量輸入到起爆控制器作為靈巧引信起爆時(shí)刻與起爆方式的重要參量。同時(shí)狀態(tài)量也被反饋到探測(cè)控制器，進(jìn)行動(dòng)態(tài)探測(cè)權(quán)重因子反饋調(diào)節(jié)，優(yōu)化探測(cè)模式，直到起爆控制器輸出起爆指令。

在上述靈巧引信“三元”級(jí)聯(lián)控制系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)精確的目標(biāo)識(shí)別，首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、靶場(chǎng)試驗(yàn)以及仿真試驗(yàn)建立環(huán)境與目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。其中環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含各類常規(guī)彈藥在發(fā)射和飛行過(guò)程中，所經(jīng)歷的發(fā)射環(huán)境與飛行環(huán)境的特征數(shù)據(jù)集合。例如，發(fā)射過(guò)程中的發(fā)射過(guò)載、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)以及溫度場(chǎng)等。飛行過(guò)程中的地磁場(chǎng)、自然環(huán)境、敵方干擾環(huán)境等。目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中，是對(duì)所攻擊的目標(biāo)進(jìn)行特征分類，如太空/空中目標(biāo)、水面艦艇目標(biāo)、水下目標(biāo)、近地面以及地下目標(biāo)等。

在上述環(huán)境與目標(biāo)兩大數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法形成對(duì)應(yīng)的環(huán)境與目標(biāo)特征函數(shù)。因此，當(dāng)彈丸發(fā)射后，引信實(shí)際所探測(cè)的環(huán)境與目標(biāo)信息，通過(guò)上述所建立的特征函數(shù)進(jìn)行匹配映射，輸出所探測(cè)的環(huán)境特征值與目標(biāo)特征值。一方面，根據(jù)所獲得的環(huán)境、目標(biāo)特征值，輸入至自觸發(fā)時(shí)延補(bǔ)償狀態(tài)控制器，結(jié)合武器平臺(tái)輸入的先驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、環(huán)境與自身狀態(tài)信息，狀態(tài)控制器生成動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)整各探測(cè)源時(shí)延值權(quán)重，使總時(shí)延最小化；并且動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)可對(duì)多源探測(cè)信息權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，進(jìn)而優(yōu)化探測(cè)方式。

另一方面，目標(biāo)特征值具有毀傷目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)可精確判斷出目標(biāo)的類型與對(duì)應(yīng)的最佳毀傷方式。虛擬閉環(huán)起爆控制器依據(jù)引信狀態(tài)量與目標(biāo)特征值判斷出當(dāng)前針對(duì)該目標(biāo)的最優(yōu)起爆模式，并將起爆指令輸出完成起爆。

4 結(jié)論

本文在提出了強(qiáng)物理場(chǎng)環(huán)境干擾下瞬態(tài)時(shí)空識(shí)別與短時(shí)延過(guò)程控制方法的基礎(chǔ)上，明晰了靈巧引信控制面臨的三個(gè)科學(xué)問(wèn)題，即強(qiáng)干擾對(duì)引信探測(cè)的影響、時(shí)延對(duì)引信控制適時(shí)性的影響以及多樣化目標(biāo)對(duì)引信最優(yōu)起爆的影響，初步建立了靈巧引信設(shè)計(jì)方法基本架構(gòu)。分別給出的環(huán)境自適應(yīng)探測(cè)控制器、自觸發(fā)時(shí)延補(bǔ)償狀態(tài)控制器以及虛擬閉環(huán)起爆控制器的設(shè)計(jì)原則，針對(duì)不同領(lǐng)域的應(yīng)用可分別進(jìn)行硬件與軟件設(shè)計(jì)，該方法可為未來(lái)智能引信的發(fā)展提供理論指導(dǎo)。