盾和弹之间的那点事（九）
自主制导
自主制导就好比是士兵（导弹）在整个寻找僵尸（敌方目标）的过程中都不经过指挥官（雷达）这一环节，士兵完全凭借自身的能力找到并拍死僵尸。自主制导方式包括程序制导、惯性制导、GPS制导、地形匹配制导、景象匹配制导、星光制导、地磁制导等等。
自主制导之程序制导程序制导，顾名思义就是预先将导弹的飞行路线设计成程序存储在导弹的控制系统内，导弹按预先安排好的飞行方案飞向目标。套用前面的场景剧就是，士兵是一个机器人，在预先探查清楚野外的地形、地貌后，这个机器人士兵按事先设定好的路线出发，在避让开野外的各种障碍物后，找到最终的目标——僵尸。程序制导作为自主制导方式的一种，它的整个制导过程都没有后方指挥官（雷达）什么事。程序制导多用于各类巡航导弹、无人机或靶机等飞行器，主要作用是进行飞行器的航路规划，比如远程对陆巡航导弹要保证突防成功率，事前一般都要经过周密的飞行路线规划，以避开敌方侦察系统和防空系统设防的区域，从一条有漏洞的路线钻进去，攻击敌方纵深区域的高价值目标。但程序制导一般不能单独使用，往往要有其它制导方式与之配合才能有效，比如惯性制导、地形匹配制导、GPS制导等制导方式。这就好比是前面场景剧中的机器人士兵，如果要按预先设定的程序绕开一个水沟，前提条件是它要认得路，否则便无从谈起。一个著名的例子就是伊朗俘获美军RQ-170隐身无人机事件。据称RQ-170无人机的GPS导航被伊朗人干扰了，于是乎RQ-170在程序控制下稀里糊涂地在它自认为的“美军机场”降落了，不明不白就投敌了。这个案例说明了程序制导是无法单独使用的，这与其它任何一种制导方式都不同，因此有些资料并不将其单独看作是制导方式的一种。另外，程序制导只适用于攻击固定目标。道理很简单，一个随时可能会移动的目标是不可能给你提前规划航路的机会的，目标只要一移动，预先设定程序的导弹就会扑空。程序制导的优点是设备简单，导弹的制导与外界没有关系，具备了很好的抗干扰性，并且程序制导可以作用于导弹的全程飞行阶段。
自主制导之惯性制导惯性制导，引用百科的定义就是：“利用惯性测量装置测出导弹的运动参数，形成制导指令，通过控制导弹的飞行状态，把导弹自动引导到目标区。”套用场景剧来解释就是，士兵出发后在心中牢记自己走了多少步，走的速度有多快，中途绕了几个弯（对应导弹对自身运动参数的测量与计算），从而可以自我推算出目前所处的方位，进而决定下一步该怎么走。由上可见，惯性制导从头到尾都是士兵一个人的行动，没有任何外部因素参与，不与外界发生联系（尤其是与“指挥官”/雷达的联系），所以它的抗干扰性和攻击隐蔽性非常好，不容易受到外部因素的影响，并且可以全天候工作。但它的缺点也是很明显的，再聪明的士兵走的时间长了也会走晕，从而搞不清楚自身所处的状况，现实中就是导弹的飞行距离越远，则惯性制导的误差就越大，而且误差是逐渐积累的，当积累到一定程度后制导也就不再有效了。所以惯性制导一般会引入其它制导方式加以弥补，其在单独使用时的精度会比较差。而且惯性制导与所有的自主制导方式一样，都有一个通病，就是在不引入寻的制导或遥控制导方式时只能用于攻击固定目标。
事实上，惯性制导存在的真正价值往往不在于其本身的制导能力，而在于作为一种辅助制导方式参与到导弹的复合制导中（这一点与指令修正很像）。为什么这么说呢？因为导弹在引入惯性制导后，在飞行过程中可以对自身的飞行姿态有所了解，并具备了一定的自主控制能力，使导弹即使在没有外部力量的引导时（比如后方雷达受到干扰），也能按照预定的飞行弹道正常、稳定的飞行。尤其是很多舰空导弹都采取了高抛弹道这类比较特殊的飞行弹道，在没有惯性制导的情况下，雷达必须要持续不断地向导弹发送控制指令。而如果有了惯性制导的相助，雷达则可以在很多时间内都脱手不管，任凭导弹进行自主飞行，只在目标出现大幅机动或者惯性制导出现累积误差的时候才发送一下修正指令。这样带来的好处是巨大的，雷达不需要持续不断为导弹提供引导服务，而可以采取间断引导的方式，对导弹的末段攻击精度也影响不大，从而极大减轻了雷达的负担，并间接提升了整个防空系统的抗干扰能力和对抗多目标能力。因此，我们可以看到惯性制导广泛参与了各类舰空导弹的复合制导方式。而如果在打击机动性不高或者距离较近的低难度目标时，导弹甚至完全不需要雷达的外部引导，全凭惯性制导完成中段自主飞行，进入末制导后再由其它制导方式接手，完成最后的精确一击。
自主制导之GPS制导GPS（全球定位系统）制导，引用百科的定义就是“利用弹上安装的GPS接收机接收4颗以上导航卫星播发的信号，来修正导弹的飞行路线，提高导弹的制导精度”。套用前面的场景剧来解释就是，当士兵在迷路或走错方向时，可以将地图或指南针拿出来确认一下自己所处的位置，从而找回正确的前进路线。可见这也是一种自主制导方式，其优点是定位精度高，受外部因素影响小，价格适中，为广大用户所接受。缺点是数据输出频率低，在受到干扰或姿态变化时容易丢失信号，在高动态环境下不易捕获信号，不适合用于高速导弹的长时间稳定制导，而更适合作为一种辅助制导方式提供间断性的误差修正。GPS系统的定位频率是10～100Hz左右，也就是说每秒更新10～100次位置信息。而对于高速飞行的导弹来说，一秒就可以飞出成百上千米的距离（弹道导弹可以达到每秒几千米），显然这种更新速度是满足不了导弹的要求的，因此GPS制导难以用于导弹的主制导方式，通常只作为一种辅助性的制导方式。GPS制导可以与多种制导方式组成复合制导，用的最多的就是GPS/INS组合，即GPS制导与惯性制导的组合。这两者可谓是一对完美搭档。前文讲了，GPS制导的定位频率是较低的，而惯性制导的频率可以达到1000～10 000Hz，正好可以弥补GPS制导更新速率慢的缺点。惯性制导的缺点是，随着距离的增加惯性制导的误差会逐渐增大，而GPS制导则正好可用于修正这个误差。因此GPS制导和惯性制导的优缺点是互补的，两者结合后可以成为一种非常理想的复合制导系统，可谓是自主制导方式中的经典之作，目前GPS/INS已经成为一些制导武器的主制导方式。
自主制导之“地景星磁”所谓“地景星磁”，即地形匹配制导、景象匹配制导、星光制导、地磁制导的合称，这四种制导方式的制导原理非常相似，因此归为一类进行介绍。这四种制导方式共同的特点是，利用某种自然环境特征对自身所处的坐标位置进行确定，如果发现存在偏差，则制导系统发出控制信号，修正导弹的飞行路线。这四种制导方式对应的自然环境特征分别是：地形匹配——地形起伏特征；景象匹配——地面景象特征；星光制导——恒星方位特征；地磁制导——地磁场特征。当然了，要识别这些自然环境特征的一个重要前提是，导弹必须要“认识”并“熟悉”这些环境特征，因此导弹发射一方事前必须要对相关的环境特征进行侦察与测绘（从这一点来看“地景星磁”也只适合用于攻击固定目标），并将相关数据储存在导弹的弹上制导系统中。这样一来，导弹在发射后就能通过弹上储存的环境特征数据与现实环境特征进行比对，如果两者相符，那么飞行轨迹就没有问题，如果出现偏差，那么弹上制导系统就有活干了。套用场景剧来解释就是，士兵事先对战场进行踩点，将战场环境特征牢记于心，尤其是战场上的一些特殊的标识性环境特征——比如哪里有棵树，哪里有口井，哪里竖了一面标记牌等等。如此一来士兵在野外的行动就很简单，如果走错路了，就寻找标识物（树、井、标记牌），这样士兵就可以轻车熟路地找到僵尸然后一砖拍死。
当然，这种制导方式的缺点也很明显。假如士兵进入一片森林中，在一排排长得没什么区别的大树中，没有任何特殊的标识能为士兵提供信息提示，那么士兵就要傻眼了。对应到现实中就是，如果地形匹配制导和景象匹配制导用于海洋、沙漠、平原等环境特征变化不明显的区域时，轻则精度下降，重则出现误识别、误匹配的现象，导致导弹的攻击成功率大幅下降；如果星光制导或地磁制导因为环境因素而导致无法识别外部的环境信息，比如星光制导受气象条件和能见度的限制，地磁制导受地磁场变化等限制时，就可能导致制导失效。因此“地景星磁”这四种制导方式都不适合单独使用，而应该与其它制导方式配合。由于这四种制导方式一般多用于攻击固定目标（多用于对地攻击的巡航导弹或弹道导弹），因此它们大多数时候都是与其它自主制导方式配合使用的。比如在与惯性制导配合使用时，就好比士兵在没有标识物的森林中，仍然能通过推算自己的行动路线和所处方位而保持一个大致正确的方向，直到走出森林，进入正常环境中；再比如与GPS制导配合使用时，就好比士兵在森林中迷路时，可以靠地图和指南针来找回正确的方向，继而走出森林，回到正常环境中。当然，复合制导中的制导方式越多，导弹的性能就越优秀，制导精度也就越高，比如美国“战斧”block3巡航导弹就同时采用了地形匹配+景象匹配+GPS/INS的复合制导方式，从而实现了3～6米的命中精度，这对于射程超过1000千米的远程导弹来说是非常难得的。
寻的制导
寻的制导好比是用一道光束把僵尸照亮，从而使士兵可以循着光亮过去，把僵尸一砖拍死。这支光束可以来自指挥官（后方雷达），也可以来自士兵（导弹），或者是来自僵尸自身（敌方目标），分别对应寻的制导方式中的半主动制导、主动制导和被动制导。由上可见，寻的制导是利用目标辐射或反射的某种能量，从而使导弹可以利用弹上探测设备（导引头）对目标进行测量和计算，并形成制导指令控制导弹飞向目标。虽然寻的制导往往可以实现“发射后不管”，表面看上去和自主制导比较相似，但两者却有着本质区别。寻的制导是导弹在飞行过程中自行探测目标的运动信息，因此非常适合用于打击各类运动目标，如飞机、舰船等，因此多用于空空导弹、舰空导弹、反舰导弹等；而自主制导一般都是事先设定好的导弹飞行路线，因而多用于攻击固定目标，比如各种对地攻击的弹道导弹、巡航导弹等。而且寻的制导的作用距离较近，多用于导弹的末制导阶段，而自主制导则可以作用于导弹的全程飞行阶段，这使得它非常适合用作各类远程导弹的主制导或辅制导方式。寻的制导可细分为雷达制导、红外制导、激光制导、可见光制导、声制导等等，实际上这些制导方式作为寻的制导的制导原理都大同小异，只不过是利用了不同的能量而已。比如被动红外制导和被动雷达制导就是一样的制导原理，一个利用的是红外辐射，另一个利用的是微波辐射。寻的制导从制导原理上看包括主动寻的制导、半主动寻的制导、被动寻的制导和TVM制导（指令-寻的制导）等。
寻的制导之半主动制导半主动制导，引用百科的定义就是：“在武器上面装置追踪特定讯号的寻标头，武器在发射出去之前会透过射控系统与讯号发射装置取得协调，发射之后寻标头会搜索目标反射回来的讯号，在比对这个讯号的特征、方位以及频率变化之后，透过修正姿态与航向的方式持续地追踪目标的动向。”百科的定义有些高深莫测，让人捉摸不透。那么引用前面的场景剧来解释就是，一个视力正常的士兵，当他处在一片漆黑的野外战场上时，如何才能发现并定位在黑夜中到处乱窜的僵尸呢？答案是后方的指挥官用一支强光探照灯将僵尸全身照亮（对应后方的火控雷达照射目标），并且僵尸移动到哪里，探照灯的光束就跟到哪里，这样士兵就可以循着光亮而去。这就是全程半主动雷达制导的原理，注意“全程”两字，也就是说这里指的是单纯的半主动制导，如果半主动弹引入中段引导的话，那就属于串行复合制导了。从上面对半主动制导的介绍中我们已经可以大致看出寻的制导方式的优缺点了。其优点就是制导精度高，可用于攻击高机动目标（只要探照灯的光束缠住僵尸不放，则僵尸不管怎么躲闪最终也是逃不掉的），所以现在主流的防空导弹清一色都采用了寻的制导作为末制导方式，如前面文章曾谈到过的主动弹和半主动弹。
寻的制导的缺点则在于它的作用距离较近，一般只能用于导弹的末制导，就好比士兵虽然有外部探照灯为其照亮僵尸，但士
寻的制导之主动制导主动制导，引用百科的定义就是：“导弹在弹头上装有信号发射机和接收机，发射机发射信号照射目标，接收机接收目标反射的信号，从而引导弹命中目标。”可见，主动雷达制导相比上文中提到的半主动雷达制导而言，导弹上多了一部雷达波发射器（半主动弹只有雷达波接收器），既能接收雷达信号，同时也能发射雷达信号。套用场景剧来解释就是，前线的士兵不需要后方指挥官为其照亮僵尸，而是自己携带一支手电筒照亮僵尸（对应主动雷达导引头），然后顺着光亮冲上去将其拍死。显然，全程主动雷达制导相当于将半主动雷达制导需要的外部照射雷达直接搬到了导弹上，其优点在于导弹的攻击过程中不需要外部雷达的照射，可以实现“发射后不管”、全程自主攻击，因此对付多目标的能力强。主动雷达制导也是有缺点的，很明显的是，士兵自带的手电筒功率有限，所以照射距离较近，对应的是弹上主动雷达导引头的探测距离较近，一般只有数十千米左右。因此主动雷达制导如果单独使用其作用距离会比较近，需要在导弹飞行中段引入其它制导方式加以补充，它也是导弹的一种末制导方式。另外，主动弹的弹上系统远比半主动弹要复杂，造价也更昂贵，尤其是那支“手电筒”（主动雷达导引头）的设计难度相当高，既要保证照射距离远，还要控制尺寸和重量以方便士兵随身携带，同时成本还不能太离谱。
总结来说，主动雷达制导是成也导引头败也导引头，就看导弹设计人员如何取舍了。不过主动雷达制导仍将是舰空导弹未来的发展趋势，这是因为随着科技的进步，主动雷达导引头的探测距离将会越来越远，而重量和尺寸则会更加轻小，而且在大规模应用后其成本也将逐步下降。现在的一些新型近程防空导弹也有往主动雷达制导方向发展的趋势。以我国为例，先是发展了主动雷达制导的“红旗”-9系列导弹，随后“红旗”-16B也引入主动/半主动雷达复合制导方式，新一代的国产中近程导弹如DK-10A、FM-3000等也都采用了主动雷达制导方式。
◎被动寻的制导方式原理图
寻的制导之被动制导被动制导，引用百科的定义就是：“导弹的弹头上装有信号接收器，信号接收器在接收到目标发射或辐射的信号后，引导导弹命中目标。”被动雷达制导的弹上设备与半主动雷达制导相似，只有雷达波接收器，弹上设备较为简单。但与半主动雷达制导不同的是，被动雷达制导的雷达波接收器的频率覆盖范围更广，接收灵敏度更高。套用场景剧来解释就是，同样是长了一双眼睛的士兵，但这个士兵的眼力比普通士兵要强的多（对应被动雷达导引头的接收频率范围和灵敏度），在没有任何外部光照的帮助下，士兵能凭借超强的眼力发现黑暗中微弱的光，但前提条件是目标自身要发光（对应现实中敌方战机或导弹主动发射或辐射的雷达波信号和电磁信号），然后士兵循着这点光找到僵尸并一砖拍死。被动雷达制导的一大特点是具备了较强的攻击隐蔽性，士兵自身不携带手电筒，也没有外部的指挥官用探照灯照射僵尸，因此僵尸直到被攻击前都不会知道在黑暗中危险已经悄悄逼近自己。被动雷达制导的另一个特点是抗干扰能力强，而且具备了专打干扰源的能力。僵尸若想用强光手电筒干扰我方指挥官的视线，则等于主动暴露自身的位置，士兵正愁它不主动发光呢，因此照的越亮越有利于士兵在黑暗中逮住僵尸。此外，被动雷达制导也继承了寻的制导精度高、适于攻击机动目标的优点，并且也可“发射后不管”。被动雷达制导的缺点是，僵尸如果不开手电，那士兵就一点辙没有了。现实中对应的就是只要目标的雷达或电子设备不开机工作，或者采取了间断性开机工作的方式，那么被动雷达制导导弹就无法发现和稳定跟踪目标，也就谈不上精确打击目标了。可见被动雷达制导的正常工作必须建立在目标存在电磁辐射、并且这种辐射达到一定功率的基础上，其对目标的依赖性较大，而且很容易受到目标的欺骗，因此被动雷达制导在防空导弹上的应用范围是比较窄的，多用于一些特殊作战用途的防空导弹。
而且各种被动制导方式也继承了寻的制导的一个主要缺点，那就是作用距离偏近。这是因为被动制导的导弹由于用途和成本的限制，通常都不会采用复合制导方式，也很少配备外部引导用的数据链设备，并且它的作用距离还取决于目标辐射能量的强度，会随着目标辐射的能量减小而下降。因此各类被动制导方式多用于射程较近的近程导弹，如空空格斗弹、便携式防空导弹以及舰载近防导弹等。最后要说的是，被动制导与其它两种寻的制导方式不同，被动制导用于防空导弹时既可以是被动雷达寻的也可以是被动红外寻的，比如“海拉姆”和我国“海红旗”-10近程舰空导弹都采用了被动雷达/被动红外双模制导方式。以“标准”-3为代表的反导导弹则采取了被动红外制导作为末制导方式，“标准”-2block3B导弹在半主动雷达制导的基础上又增加了被动红外制导。作为寻的制导方式，被动红外制导和被动雷达制导的制导原理是相同的，两者在防空导弹家族中都有非常重要的地位。
◎正在发射的我国DK-10A防空导弹
作者：涂林峰
来源：《兵器知识》2018年第02期
