彈道修正引信發展綜述

趙玉清，李建強，劉 言，甄春艷，薛倩毓

(豫西工業集團有限公司，河南 南陽 473000)

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彈道修正引信發展綜述

趙玉清，李建強，劉 言，甄春艷，薛倩毓

(豫西工業集團有限公司，河南 南陽 473000)

彈道修正引信可以解決火炮、彈藥在遠程化的同時散布加大的問題，為促進彈道修正引信的發展，介紹了彈道修正引信的發展史；介紹了法國“斯帕西多”、英德“歐洲”、美國PGK、MGK、英國“銀彈”、俄羅斯“迪納米卡”等典型彈道修正引信及其特點；歸納了彈道修正引信效費比高、可通用于多種口徑彈藥、可使庫存傳統彈藥靈巧化等一系列優點。提出應當大力發展彈道修正引信，并且一維、二維同步發展。

引信；彈道修正；發展

0 引言

炮兵在復雜地形和城市作戰條件下是必不可少的戰術火力支援力量。炮兵要打擊的目標有時距己方陣地或平民目標太近，容易造成附帶損傷。精確制導炮彈價格太高。彈道修正引信是彈道修正技術與引信技術相結合的產物，普通彈藥安裝彈道修正引信后，即具備彈道修正能力。許多國家都在開展彈道修正引信研發工作，美國M1156彈道修正引信(PGK)是典型代表。2013年6月，它在美國陸軍駐阿富汗部隊的初步部署工作完成，標志著彈道修正引信技術正式得到應用[1]。

彈道修正引信利用信息技術對常規彈藥進行改造，成本低、效益高，對提高炮兵武器在未來戰爭中的適應性和作戰效能具有重要意義。GPS接收機和數據傳輸設備小型化以及承受高過載的灌封加固技術使彈道修正技術得到長足發展[1]。

為滿足低成本、高精度的彈藥需求，美、英、法、德、以、俄等國都正在研制彈道修正引信。它具有研發、采辦費用低，效費比高，經濟效益顯著，研制周期短，長期儲存免維護的特點。配用彈道修正引信的彈藥附帶損傷小，用彈數量減少，減輕了后勤負擔，作戰使用與現有炮彈基本相同，反應時間短，實用性強。它是未來非制導炮彈提高射擊精度以及對庫存炮彈智能化升級的重要途徑之一[1]。

彈道修正引信取代原來的炮彈引信，使彈丸在空中飛行時可以控制，以提高炮彈的命中率。其基本原理是在彈丸發射前根據探測到的炮位坐標、目標坐標等信息預先裝定標稱彈道信息，彈丸發射后探測飛行彈丸的實際彈道，將此實際彈道與預先裝定的標稱彈道進行比較，結合更新的目標信息計算出彈道偏差，并根據偏差的大小控制引信上的修正機構進行距離或(和)方向修正。它將傳感技術、信息處理技術和控制技術等引入到傳統武器系統中，其主要特征是在外彈道上，測量裝置可以測量彈道偏差，并利用執行機構改變彈體的彈道參數，以減小彈道偏差量，達到提高射擊精度的目的[2]。

前人對彈道修正引信的發展進行了很多介紹，有的論文介紹的深度不夠，有的缺乏對近期發展的介紹。為了加速彈道修正引信的發展，對我國彈道修正引信的研制工作添磚加瓦，在收集國外資料的基礎上，對國外彈道修正引信結構、原理、設計特點及近期發展進行介紹和分析。

1 彈道修正引信的發展

彈道修正引信除具有傳統的引信功能外還具有彈道修正功能。一維彈道修正引信只修正射程；二維彈道修正引信既修正射程又修正方向。

美國于20世紀70年代中期最早提出彈道修正引信的概念,當時被稱作末端修正的旋轉彈(TCSP),主要目的是為了填補無控70 mm 火箭與 海爾法反坦克導彈之間的空缺。隨后, 美國陸軍和海軍又研究一種低成本高性能彈道修正彈(LCMM), 計劃分三個階段研制。 第一階段是研制 GPS校射引信。這種引信沒有彈道修正功能, 但不等落地就能報告落點位置，并于1991年成功進行了射擊實驗。在射程為 40 km時, 能將校射時間減少為原來的1/2～1/3。第二階段是研制一維彈道修正引信, 由引信對距離誤差進行修正。其基本原理是: 火炮射擊時瞄準的不是目標中心, 而是散布橢圓的遠點。發射后,不斷檢測彈丸實際飛行彈道, 預測落點, 根據落點超越目標中心的距離，選擇一個最佳時機, 控制引信上的阻尼裝置張開，使射程因為阻力加大而縮短，落向目標中心。 第三階段是研制二維彈道修正引信，彈丸發射后通過測定彈丸飛行運動參數和空間位置，經過處理計算出偏差，通過引信的修正機構依據彈丸滾轉姿態進行射程修正和方位修正。在射程超過100 km 時, 能將誤差減少為原來的1/10～1/3。英國宇航系統公司旗下的美國聯合防御工業公司宣稱，于 2005年 6月在尤馬試驗場成功進行了二維彈道修正引信樣彈的實彈射擊演示。這是二維彈道修正引信的首次亮相。該引信適用于陸軍現有的155 mm和 105 mm炮彈。實驗采用 M795式155 mm練習彈, 對射擊結果分析表明, 使用此二維彈道修正引信后射擊精度達到了50 m以內[3]。

2 一維彈道修正引信

2.1 法國斯帕西多彈道修正引信

SPACIDO指令式彈道修正引信配用105毫米和155毫米火炮的榴彈上，如圖1所示。整個系統由多普勒雷達、發射機、彈道計算機、引信及裝定器構成，如圖2所示。引信可安裝進北約制式2 inch引信室。SPACIDO彈道修正引信可讓炮彈的精度得到較大提高[4]。

圖1 SPACIDO彈道修正引信Fig.1 SPACIDO course correction fuze

使用SPACIDO引信，雷達在飛行彈道起始段的5 km內跟蹤彈丸，彈道計算機對實際彈道和理論彈道進行對比，從而計算出修正因子，并根據修正因子確定阻力片的展開時機，發射機向引信發送修正指令，引信的阻力片展開，修正彈道。在彈道末段，引信可按照事先選定的模式作用，包括觸發(瞬發、延期)、定時或近炸[4]。

SPACIDO彈道修正引信結構如圖3所示。引信利用FRAPPE多用途引信的部件，引信頭部安裝射頻傳感器、射頻接收機和天線，引信中部是電池、信號處理電路和阻力片機構，引信底部是程序和電子模塊、安全和解除保險裝置和傳爆序列[5]。

SPACIDO彈道修正引信的設計特點：指令修正，引信不測量彈道。由于雷達、發射機和彈道計算機在炮上，所以引信結構簡單。

圖2 SPACIDO彈道修正系統Fig.2 The system of SPACIDO

圖3 SPACIDO彈道修正引信結構Fig.3 The construction of SPACIDO

2.2 歐洲彈道修正引信

歐洲彈道修正引信(ECF)由英國BAE系統公司全球作戰系統分部和法/德合資企業容漢斯微技術公司聯合研制。使用阻力片，射程散布為40 m，可以替代現有引信，配用105 mm和155mm榴彈炮榴彈上[6]，如圖4所示。

圖4 歐洲彈道修正引信Fig.4 Europe correction fuze

歐洲彈道修正引信設計特點：GPS彈道測量和使用一大一小兩對阻力片修正彈道。

3 二維彈道修正引信

3.1 美國M1156彈道修正引信

M1156彈道修正引信又稱為精確制導組件(Precise Guidance Kit，PGK)，配用的武器平臺：155 mm火炮：彈藥品種M795、M549、M107、DM111、XM1128；迫擊炮：彈藥品種APMI、PERM。可旋入北約制式引信室中。主要指標：精度：30 m(CEP)。引信由定高器、固定鴨舵、GPS天線和接收機、信號處理器、M762安全與解除保險裝置以及傳爆管等部件構成[7]。

引信中部是GPS接收機，無線電定高器，彈載計算機和電路板。固定鴨舵跟導彈上的完全不一樣：它的根部沒有轉軸，而是與下面的一個外殼 “焊”在一起。由于鴨舵和導轉翼外徑大于彈口，在平時存儲中，炮彈的頭部需要蓋上一個鴨舵蓋，以保護鴨舵，并且協助將編程數據裝定到引信中。外殼內是永磁體，通過前軸承、后軸承套在引信體外，因此外殼和鴨舵能自由旋轉。引信體內有轉子線圈和可變負載系統。外殼和鴨舵相對引信體轉動發電，如圖5所示[8]。

圖5 PGK彈道修正引信Fig.5 PGK course correction fuze

在發射后，引信體和彈丸一起向右旋轉。外殼、鴨舵和永磁體組成的可旋轉部件在差動式偏斜導轉翼的作用下，向左旋轉，發出的電送到可變負載系統中。由于“鴨舵”隨著外殼轉動，修正方向也在連續迅速改變，旋轉一周后各向抵消，除損失射程外，不起修正作用。通過實時、連續調整可變負載，控制可旋轉部件降低左旋速度，直至相對地面不旋轉。這個過程叫做“消旋”[9]。

固定鴨舵停轉后即可修正彈道，停在水平位置修正射程遠近，停在垂直位置修正左右方向，停在傾斜位置還可以遠近、方向同時修正[10]。

原計劃通過PGK I、PGK II和PGK III三個階段的螺旋式發展，配用精確制導組件彈丸的打擊精度逐步提高，配用彈種和裝備的平臺不斷拓展。第一階段引信長度遠遠超過標準，計劃第二階段縮短，但是戰場試用很受歡迎，提前給了M1156編號列裝。

M1156彈道修正引信的設計特點：

引信的一部分不隨彈丸旋轉，即保留了炮彈的旋轉穩定優勢，又可以將舵用于高速旋轉彈丸；

利用固定舵與彈丸的速度差發電，同時又利用電機負載的變化控制固定舵的轉速和停留位置。

只有一個運動部件，通過帶固定鴨舵的外殼的一維旋轉實現彈丸的二維修正。

3.2 MGK迫擊炮彈彈道修正引信

在PGK獲得成功后，ATK公司將其移植到制式M934式120毫米迫擊炮彈上，稱為Mortar Guidance Kit,MGK。引信安全和解除保險機構更換為普通迫擊炮彈引信的。加裝MGK彈道修正引信后，彈的CEP為10 m。

配套開發設備中還有M32輕型手持式迫擊炮彈道計算機，M150/M151非車載迫擊炮火控系統，以及用于設定目標位置和制導信息的XM701精確輕型通用迫擊炮彈裝定系統。XM701系統中嵌入了為“神劍”155 mm精確制導炮彈研發的M1155A1改進型便攜式感應炮兵引信裝定器(EPIAFS)。這些改進工作均由美國陸軍武器研發與工程中心完成。

2010年2月，經過試驗對比考評，美國陸軍為加速部署精確制導迫擊炮彈緊急項目(APMI)選定了ATK公司的設計方案——Mortar Guidance Kit，MGK制導迫擊炮彈。2011年3月，ATK公司簽訂了合同，提供替換120 mm迫擊炮彈制式引信的迫擊炮彈彈道修正引信。

MGK彈道修正引信的設計特點：

移植而非新研，ATK公司借鑒了PGK的技術，在設計上有很多相似之處。兩者的零部件中有90%相同，ATK公司的PGK生產線也能完成MGK的生產任務，這大大降低了研制、部署整個環節中的風險和成本。僅僅11個月即完成。

由于PGK只能用于旋轉彈，所以在M934迫擊炮彈的尾翼上增加一個折疊彈翼，使迫擊炮彈旋轉。轉速低不足以發電，可變負載調整轉速也行不通，改用電池和電動機。

3.3 英國“銀彈”彈道修正引信

“銀彈”彈道修正引信由BAE系統羅卡爾公司研制，配裝M777榴彈炮等155 mm口徑火炮發射，可取代155 mm炮彈的引信，旋入炮彈頭部，為其提供彈道修正能力。引信采用GPS技術和模塊化設計，通過無線數據鏈進行編程，并具有觸發、延期、時間和近炸等多種功能。引信前端配有兩對鴨舵，其中一對的面積比另一對要大，以盡可能減小空氣阻力，如圖6所示。

圖6 “銀彈”彈道修正引信Fig.6 “Silver Bomb”course correction fuze

在出炮口10 s后開始對炮彈的飛行彈道進行修正，圓概率誤差小于20 m，可以有效對付時間敏感目標。射手只需粗略地瞄準就可實施射擊，從而大量節省作戰時間，快速完成任務[11]。此外，“銀彈”彈道修正引信的成本低于阿連特技術系統公司的彈道修正引信。

“銀彈”修正引信的設計特點：使用遠比導彈舵機簡單的機構操舵，成本低。采用真正的鴨舵，精度高，射程損失小。

3.4 俄羅斯迪納米卡彈道修正引信

指南針設計局在2011年成功測試了一種適用于152毫米及以上口徑炮彈的迪納米卡(Dinamika)彈道修正引信。它包括引信部件、GLONASS接收機以及空氣動力制導彈翼，用于取代原有炮彈引信。其彈翼可在飛行中展開，修正彈道。它不受氣候影響，快速打擊已知點目標。加裝該引信的炮彈圓概率誤差不大于10 m，單價略高于1000美元[12]。

由于資料有限，未掌握“迪納米卡”修正引信的設計特性。對精度與成本數據存疑。

4 彈道修正引信主要性能特點

彈道修正引信主要性能特點如下：

1)對于面目標，效費比高于導彈。

2)可在不同口徑火炮通用，研制、管理費用低于彈道修正彈。

3)能與庫存火炮彈藥相兼容。將庫存的傳統炮彈變為低成本的精確打擊武器。

4)誤差小，可以有效對付時間敏感目標，避免誤傷友軍和附帶損傷，提高首發命中率，減少炮兵暴露于敵人火力下的時間。

5)減小了后勤負擔。能顯著降低彈藥需求量，節約預算資金，并最終允許炮兵以更高效率完成更多的任務。

6)儲存成本、運輸成本、供應鏈成本、更換成本、火炮射擊成本、單位生產成本、全生命周期維護成本顯著降低。

彈道修正引信主要性能見表1。

表1 彈道修正引信主要性能

5 討論

很多同志傾向于“彈道修正”專指依賴非制導的低成本巧妙措施實現彈道控制。而美國海軍的GIF和以色列的TopGun等引信幾乎是縮小的導彈，其原理、特點、研制難度、成本都更接近炮射導彈，似乎稱為“制導集成引信”(GIF)或“制導引信”更確切。為避免陷于爭議，本文未涉及此類引信。

二維彈道修正引信效費比高，可以解決增程炮彈散布增大的問題，使火炮在遠程精確打擊的潮流中重獲新生，使庫存“笨蛋”靈巧化，值得大力發展，已經逐漸被更多同志接受。特別是“銀彈”類彈道修正引信有在低成本的前提下實現CEP達到10 m的前景，更令人振奮。

一維彈道修正引信射程散布EX最高水平可以達到40 m，對于幅員上百米的面目標(機場、碼頭、交叉路口、工事群都不止于此)，僅僅修正射程就夠了(甚至有富裕，落點過集中，需要改換瞄準點才能全覆蓋)，而一維彈道修正引信成本要低得多，這大概是歐洲起勁發展一維彈道修正引信的原因。把一維彈道修正引信看作突破二維彈道修正引信之前的臨時過度是值得商榷的。對于大尺度的面目標，二維彈道修正引信的效費比未必能趕上一維。

因此，一維和二維彈道修正引信都值得大力發展。

[1]北方科技信息研究所.2013年世界引信火工品技術發展分析.北京:兵器工業出版社，2014.

[2]楊慧娟，霍鵬飛，黃錚.彈道修正彈修正執行機構綜述[J]．四川兵工學報，2011，32(1)：7-9.

[3]張民權, 劉東方, 王冬梅,等. 彈道修正彈發展綜述[J]. 兵工學報, 2010(S2):127-130.

[4]趙玉清，田斌，謝增亮等.彈道修正引信設計與發展趨勢分析[J].四川兵工學報，2015(10):10-14.

[5]Nashville. SPACIDO 1D Course Correction Fuze .51st Annual Fuze Conference. May 22-24, 2007.

[6]Max PERRIN. Course Correction Fuzes Integration Technologies.55th Annual Fuze Conference. Salt Lake City, UT-May 24-26, 2011

[7]Tom Hillstrom, Paul Osborne.United Defense Course Correcting Fuze for the Projectile Guidance Kit Program.[C]// NDIA, 49thAnnual Fuze Conference. US:NDIA, 2005.

[8]陳永新,柏席峰.“一波三折”的“靈巧”迫彈.科學博客，2014-01-07

[9]曹紅錦．美國精確制導組件技術發展現狀分析[J]．四川兵工學報，2015(9)：22-25．

[10]薄學剛，韓晶，焦國太.基于落點預測的火箭彈變系數未制導律[J].探測與控制學報，2015，37(5)：84-88.

[11]楊愷華，祁克玉，王芹.基于模糊控制的二維彈道修正引信滾轉角控制算法[J].探測與控制學報，2015，37(2)：19-24.

[12]王爾申，范云飛，龐濤，等.GPS接收機自由完好性監測算法硬件仿真[J].探測與控制學報，2015，37(5)：62-65.

Review on Development of Trajectory Correction Fuze

ZHAO Yuqing, LI Jianqiang, LIU Yan , ZHEN Chunyan, XUE Qianyu

(Yuxi Industrial Group Co. Ltd., Nanyang 473000, China)

The trajectory correction fuze can solve the problem of amplified dispersion while the projectiles or munitions realizing the long-range functions. In order to promote the development of trajectory correction fuze in the domain, the paper explained and analyzed the history of its development all over the world. Some typical trajectory correction fuzes and their respective characters, SPACIDO from France, the EUROPE from UK,DEU, the PGK and MGK from the U.S., the SILVER BULLET from UK, and the DINAMIKA from Russia etc. were described. The advantages of the trajectory correction fuze such as low cost, general application to munitions of various calibers, and ability for the stored conventional ammunition to be smarter were summed up. It, conclusively, showed that it was necessary to develop the trajectory correction fuze, and to develop both of the one-dimensional and the two-dimensional trajectory correction fuze simultaneously.

fuze; trajectory correction; development

2016-06-15

趙玉清(1962—)，男，河南遂平人，研究員，研究方向：引信技術。E-mail:1009824722@qq.com。

TJ43

A

1008-1194(2016)05-0001-05