魚雷制導體制的現狀與發展趨勢

高永琪，劉 洪，張 毅

( 海軍工程大學，湖北 武漢430033)

0 引 言

在現代海戰中，隨著潛艇、航母和其他大中型水面艦艇的攻擊能力、對抗能力和生存能力等的不斷改進提高，對魚雷制導系統提出了更高的要求，如要求魚雷探測距離更遠、魚雷制導精度更高等。因此魚雷制導系統是保證其按戰術要求的彈道準確航行、提高命中率必不可少的重要組成部分，是反映魚雷武器的精度和先進性、體現魚雷武器性能優劣的重要方面［1］。而魚雷的制導體制是魚雷制導系統的關鍵和核心。本文首先全面地簡述了目前魚雷常用的各種制導體制，并對如何選擇制導體制作了簡要分析，最后重點對魚雷制導體制今后可能的發展趨勢進行了討論，旨在為新型魚雷制導系統的設計提供一定的參考。

1 魚雷基本制導體制

目前魚雷上應用的基本制導體制主要有遙控制導體制、尋的制導體制、自主式制導體制和復合制導體制4 種。

1.1 遙控制導體制

遙控制導是以設在魚雷外部的制導站(目前多為潛艇)來完成目標與魚雷的相對位置和相對運動的測定，然后由制導站發送有關指令給魚雷，引導魚雷接近目標。由于魚雷是在水中航行，工作介質的特殊性決定了在導彈上可以采用的波束制導、無線指令制導等遙控制導體制在魚雷上難以應用。目前在魚雷上成功使用的只有有線遙控指令一種制導體制，它是在特定條件下提高導引精度的一種措施。有線遙控制導是一種較為經典的制導方式，在目前和今后一段時期仍將被廣泛應用［2］。

1.2 尋的制導體制

尋的制導體制又稱為自動導引制導體制，是指魚雷自主搜索、捕捉、識別、跟蹤和攻擊目標的制導方式。這是魚雷武器系統最主要的現代制導體制。該制導體制具有自主性好、火控系統簡單、制導精度高、“發射后不管”等優點。按信號源所在位置不同，尋的制導體制可分為主動式、半主動式和被動式3 種，但魚雷上通常只使用主動式、被動式以及它們的組合方式。尋的制導體制在整個魚雷制導方式中占有相當重要的地位。目前魚雷上使用的尾流自導也屬于尋的制導的一種［3］。

1.3 自主式制導體制

自主式制導體制的顯著特點是，制導控制系統全部安裝在魚雷上，不需要雷外設備配合，僅依靠雷上儀器設備獨立工作。同時，魚雷發射后，魚雷、目標、發射平臺三者之間沒有直接的信息聯系，制導信息、魚雷的制導與控制、命中精度等亦完全由雷上制導設備決定，不依賴于目標。目前魚雷上常用的自主式制導有程序控制和慣性制導［4］，而衛星導航系統、地形(地貌)匹配輔助制導、地磁匹配輔助制導和重力匹配輔助制導等亦都屬于自主式制導體制［5］。特別是對遠程巡航魚雷，在大力發展慣性制導的同時，應尤其重視加強對輔助匹配導航系統的研究，以提高遠程魚雷的導航和定位精度。

1.4 復合制導體制

由于戰術態勢、戰場環境變化多端和高新技術的不斷應用，對魚雷武器提出了嚴峻挑戰和越來越高的要求(如要求魚雷航行和制導距離遠、命中精度高、突防能力強、抗干擾性能好)，這就使得單一制導體制無法滿足要求。因此，采用初制導來粗定向、定位，中制導提高航程，末制導提高命中精度的制導體制成了魚雷武器制導系統的發展趨勢。

所謂復合制導是指在魚雷接近目標的過程中，采用2 種或多種制導方式相互銜接、協調配合共同完成制導任務的一種新型制導方式。復合制導就是將前述幾種制導體制以不同的方式分段組合起來成為一種集不同單一制導體制之長而避其短的制導體制。它通常把魚雷的整個航行過程分為初制導+中制導+末制導3 個階段。初制導完成魚雷發射、轉向和進入制導海域，常采用程序控制方式。中制導可以使用的制導方式有有線指令制導、慣性制導+多普勒計程儀、慣性制導+地形(地貌)等輔助導航系統，將魚雷引導到目標附近。末制導主要有主、被動尋的制導(或尾流自導)等。這樣，復合制導不僅增大了制導系統的作用距離，而且有效地提高了魚雷武器系統的制導精度。

目前魚雷上已應用和將來可能用到的制導體制如圖1所示。

圖1 魚雷上應用和可能應用的制導體制Fig.1 The control and guidance systems applied in torpedo

2 制導體制的分析與選擇

制導體制的分析與選擇是制導系統設計的關鍵和首要任務。它主要取決于對前述各種制導體制的對比分析和魚雷武器系統對制導回路的基本要求，以及魚雷武器系統本身限制條件等。下面僅就制導體制選擇中對制導系統的要求和對武器系統本身限制條件的依賴性作簡要分析。

2.1 制導作用距離

制導作用距離是決定采用單一制導體制還是復合制導體制的主要依據。一般情況下，當單一制導體制的制導作用距離和制導精度能滿足系統的最大攔截距離和戰斗部威力半徑等主要指標要求時，為避免使用復合制導體制給系統帶來復雜性及提高造價，應盡量采用單一制導體制。但遺憾的是，目前無論采用何種單一制導體制都不能很好地滿足制導作用距離和制導精度等的要求，應該而且必須考慮采用復合制導體制。

2.2 制導精度

從滿足制導精度要求出發，對于自主式制導體制，由于無法實時測知目標和魚雷的相對位置關系，因而不能對付機動目標，只能作為魚雷引導段的制導體制，完成將魚雷導入預定彈道的任務。

對于遙控指令制導體制(線導導引)，通常采用三點法、前置點法導引。由于發射平臺的聲吶存在測距測向誤差，這些導引方法的制導精度也難以滿足要求。因此，必須采用復合制導體制，即線導+尋的末制導。

2.3 抗干擾能力

對于自主式制導體制，由于具有優良的抗干擾能力，因此被廣泛用作魚雷初始段和中制導段的制導導引，但其難以攻擊機動目標。對于主動或被動尋的制導，由于有聲波傳播而易受到對方干擾，所以很難對干擾源目標實施有效攔截和攻擊。線導導引體制雖具有良好的抗干擾能力，但其末制導導引精度難以滿足要求，為此有必要采用復合制導體制，以充分發揮各自在抗干擾方面的優勢，實現在多種干擾條件下的有效作戰。

除此之外，對制導體制的選擇還受到魚雷戰斗部種類和裝藥、武器及其系統機動能力、成本、可實現性、可靠性及可維修性等因素的影響，在設計中應予以不同程度的考慮。

總之，制導體制的選擇是一項綜合性很強的系統工程問題，應抓住制導精度、制導作用距離等主要矛盾，全面考慮和分析眾多制約因素，權衡利弊，最終做出優化選擇。

3 魚雷制導體制的發展趨勢

3.1 以慣性導航系統為主，大力發展組合導航系統

隨著魚雷航程的加大，特別是不同于傳統魚雷的遠程巡航魚雷的出現，單靠目前的任何一種制導體制都不能完成所要求的作戰任務，必須采用組合導航。由于組合導航系統中各個子系統均有自己的優勢和局限性，系統組合的目的在于實現優勢互補，提高系統的整體性能，確保整個組合導航系統導航的準確、連續和實時。

從目前發展看，組合導航系統主要包括慣性導航系統(INS)和輔助導航系統。其中，慣性導航系統是組合導航系統中的主導設備，而用于水下輔助導航系統目前主要有多普勒計程儀、水下地形輔助導航系統、水下地貌輔助導航系統、地磁輔助導航系統和重力輔助導航系統等。組合導航系統的基本組成如圖2所示。

圖2 水下組合導航系統的基本組成框圖Fig.2 The basic diagram of under water composed navigation system

3.2 多模復合尋的制導體制

所謂多模復合尋的制導是指由多種模式的尋的裝置參與制導(通常為末制導)，共同完成魚雷的尋的制導任務。隨著魚雷武器系統遇到的對抗器材越來越多，對抗層次越來越高，對抗手段復雜多變，作戰環境和目標特性探測日趨嚴峻，采用單一的尋的制導方式已經難以完成作戰使命。為了使魚雷具有更強的抗各種干擾的能力、探測識別真假目標的能力和對付多目標的能力，采用多模復合尋的制導是一種現實而有效的技術途徑。

多模復合尋的制導實質是多模復合探測、信息融合處理及最優化導引控制等技術在魚雷制導控制中的最新應用。它利用多傳感器探測手段獲取目標信息，經計算機綜合處理，得出目標與背景的混合信息，然后進行目標識別、捕捉和跟蹤，再借助于相應的導引律，在末制導段引導魚雷航行，最終實現高精度命中目標。

在導彈上應用雙模復合尋制導的最主要形式有:紫外/紅外、微波/紅外和毫米波/紅外等［6］。但目前在魚雷上還沒有成功應用的模式。在有些既能反潛又能反艦的通用魚雷上，盡管分別裝有聲自導和尾流自導裝置，但二者基本獨自工作，沒有信息的傳遞、交換和融合，造成了資源極大的浪費，特別是用尾流自導魚雷攻擊航速高于35 kn 或低于8 kn的水面艦船時，攻擊效果較差，此時若能恰當地引入聲自導系統參與工作，采用復合尋的制導的方式，效果會好得多。應該說，多模復合尋的制導是一種極具發展和應用前景的新型制導方式與技術，應引起高度重視。

3.3 加強對魚雷新型制導體制的研究

1)在繼續加強對聲自導技術研究的基礎上，加大對新型尾流自導體制的研究力度。

同聲自導魚雷相比，尾流自導魚雷更能適應不同海區及不同季節的水文和聲學特性，具有抗干擾能力強，結構簡單，發現和命中概率高等優點。實際上，在目標艦船的尾流區內有許多物理特征與周圍其他海域不同，其中包括水的顏色、運動狀態、溫度、聲場、磁場和水壓場等。但目前的尾流自導魚雷大都是利用目標艦尾流不同的聲反射特性來進行導引，其作用距離僅為數千米。隨著技術的進步，應加大對包括光尾流、磁尾流等在內的新型非聲尾流自導技術的研究力度。據報道，俄羅斯已成功研制并裝備了磁尾流自導魚雷(ДПТ，65-73)。由于磁信號的傳播速度接近于光速，所以ДПТ 型魚雷磁探測器的作用距離高達18 ～37 km，比目前聲自導魚雷的作用距離高出1 個量級。如此強大的自導能力幾乎可以取代魚雷的線導系統。而光尾流比聲尾流有更遠的尾流自導作用距離，且很難被干擾和欺騙，使目前所有基于聲學特征的干擾與對抗的水聲器材完全失效。

2)針對目前制導體制存在的不足，有重點地發展新型多樣化制導體制。

目前重型魚雷的航程普遍已超過了20 km (先進的可達50 km)，并且向更遠的方向發展，而末制導的作用距離通常只有1 ～2 km 左右，且在魚雷跟蹤攻擊目標過程中，面臨著各種自然和人工的干擾，其戰斗力發揮受到嚴重影響。為解決末制導作用距離短的問題，使魚雷可以探得遠、看得清、測得準，應有重點地發展新型制導體制，如在雷上可采用拖曳基陣的形式來增加主被動自導作用距離。典型代表為美國的輕型魚雷REGAL，它將聲吶站簡化與小型化，由發射出的魚雷自行拖曳(仍保留魚雷本身的主被動聲自導裝置)，便于在遠距離上發現目標。當魚雷被該線列陣導引直至聲自導捕獲目標后，就可將拖曳基陣解脫，魚雷加速，跟蹤并攻擊目標［7］。

在魚雷初制導結束至末制導開始前的制導段(中制導段)是魚雷彈道的主要制導段，一般制導時間和航程較長，中制導段當前都以平臺為中心對魚雷實施線導遙控導引。在導引時，因平臺的機動性受到限制而使平臺受到嚴重威脅。為解決這一問題，瑞典首創了小型空投線導魚雷，其新型之處在于發射平臺和魚雷之間沒有直接的導線連接。工作過程如下:攜帶這種線導魚雷的直升機在目標潛艇海域的上空投放浮標聲吶或吊放聲吶，發現和跟蹤目標潛艇后，投下線導魚雷。魚雷入水后(雷外線團和通信浮標留在水面)，先以程序彈道航行，然后轉入線導彈道。此時，浮標聲吶(一般是3 個或3 個以上)探測到目標潛艇的運動參數，經過無線電信道傳輸到直升機，在機載火控指控儀中根據目標和魚雷的位置參數得出操縱魚雷的指令。此指令經過無線電信道傳至通信浮標上的接收機，然后將其轉換成適合線導導線傳輸的信號體制，通過雷外線團、水中導線和雷上線團傳到雷上的線導接收機，以此指令操縱魚雷有效地攻擊水下目標。同時，魚雷的運動參數和自導發現目標后的信息等以與遙控指令相反的方向傳回直升機［8］。

為了保證對目標的攻擊效果，提高魚雷的命中概率，聲自導魚雷可酌情采用齊射。自導魚雷齊射涉及一個技術上的問題是要解決好主動自導齊射保護［9］，即當雙雷齊射時，其發射的主動自導探測脈沖不能相互干擾，1 枚雷的工作不能影響另外1 枚雷對目標的探測和參數估計。但應該看到，即便是雙雷齊射，在多數情況下，最后能夠命中目標的往往也只有1 枚雷，而魚雷價格昂貴，造成了極大的浪費。采用平行航向齊射的兩雷距離通常不會太遠，如果能另辟蹊徑，當齊射雙雷中的1 枚魚雷發現目標后，能將本雷和目標的信息以不同于聲自導頻率的聲通信方法或其他方法傳遞給鄰雷，導引鄰雷也向目標發起攻擊，可大大提高雙雷先后都能命中目標的可能，將會給敵以更致命的打擊。

網絡魚雷概念［10］的提出，為新型魚雷制導體制的發展提供了新的思路。網絡魚雷系統是由多枚互聯的魚雷構成的，其一個特點是系統中的魚雷可以相互導引。當有1 枚魚雷發現目標后，可呼叫導引后續魚雷進入有效發現目標的航道，或通過簡單的數據鏈對其他魚雷進行目標指示，在有足夠航程的條件下，也可呼叫前方的魚雷轉向再攻擊，這一全新的制導體制可有效提高魚雷的作戰效能。

3)以信息技術為支撐，開展信息化環境下魚雷新型制導體制的研究。

未來的海戰是信息化的戰爭。信息化由四大要素組成，即數字化、網絡化、精確化和智能化［11］。其中，數字化是條件，網絡化是基礎，精確化是目的，智能化是方向。它們的本質是系統化，就是借助數字和網絡，最大限度地發揮信息的鏈接、融合與倍增功能。魚雷也為適應信息化戰爭的需求，正朝著這一方向前進。比如先進魚雷是一種精確制導武器，采用了數字計算機對全雷進行數字控制，具有一定程度的數字化和智能化，可以對目標進行尺度識別和分類，可以垂直命中目標等，有些先進魚雷的內部通過網絡把自導系統、控制系統、線導系統等連接在一起，但應該說對在信息化環境下魚雷新型制導體制的研究還有待深入。如在對潛艇目標的探測上，目前更多的還是依賴于發射平臺的聲吶設備。而完整的反潛網絡應該將偵察通信衛星、潛艇、水面艦艇、無人水下航行器、海底聲基陣、海上探潛飛機和無人機的探潛裝備等連接起來，融合為一個龐大的“水下動態庫”，供反潛部隊使用。目前，在魚雷武器本身與發射平臺之間的信息交換上并沒有實現網絡化，它們之間主要通過導線傳輸，手段單一、方法簡單。若能將GPS 技術與聲吶技術完美地結合起來，開發適用于海洋空間的導航定位系統［12］，對于研發魚雷的新型制導系統有一定的借鑒意義。如魚雷通過聲信號與多個水面浮標交換信息，水面浮標通過GPS 定位，從而確定魚雷的位置，同時將各種數據通過浮標用無線電波與指控中心進行通信，那么指控中心就可以實時地通過網絡技術對魚雷進行制導，大大擴展了遙控的內涵，可以實現無線遙控制導。盡管離實戰還有很遠的距離，但這種集成GPS 技術、聲吶技術、無線電通信技術、水聲通信技術，實現包括魚雷在內的水下航行體的實時立體定位、跟蹤、導航與制導等的新系統值得高度關注。

4 結 語

具有制導距離遠、制導精度高、抗干擾能力強、隱蔽性好等優點的魚雷制導體制一直是人們追求的目標。在繼續加強對魚雷的尋的制導、自主制導和有線遙控制導研究的同時，隨著技術的進步和發展，應大力加強對組合制導體制、尋的復合制導體制的研究，高度重視魚雷新型制導體制的發展，如加大對新型尾流自導體制的研究力度、有重點地發展新型的現代制導體制等，以便使魚雷武器更好地適應現代化海戰的需要。

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