引信智能化發展構想

汪儀林，馬秋華，張龍山，鄒金龍

(西安機電信息技術研究所,陜西 西安 710065)

0 引言

隨著武器系統作戰空間越來越遠，打擊的目標越來越多，高超速、高機動、隱身、強防護目標和低小慢目標均大量存在，要求引信對上述目標均可實現高效毀傷；城市化作戰要求對目標有效打擊的同時實現低附帶毀傷。

為滿足武器系統的作戰要求，引信需根據目標特性、彈目交會條件和戰斗部特點，自主辨識各控制條件，實現對彈道/起爆時機/作用方式/戰斗部殺傷區域自適應控制的智能化毀傷。

未來戰場非線性特征和多種察打一體武器的大量使用，要求引信在攻擊時正確感知環境，實現在指定的空間和時間精確解除保險，完成安全—待發狀態轉換；在非攻擊時具有極高安全性；攻擊任務取消時，實現待發—安全狀態轉換。在遭遇火災或受到敵方打擊等極端刺激下，引信應實現安全—無危害失效(不敏感)狀態轉換，避免誘發彈藥的連環爆炸，釀成的重大災害。要求引信自主辨識轉換條件，進行安全/待發/無危害失效狀態自適應轉換，實現引信安全控制智能化。

偵/控/打/評一體化武器系統中引信長時工作，對引信工作可靠性提出了更高的要求，同時，引信面臨越來越惡劣的工作環境(這些環境包括：靜電放電、沉積靜電、雷電、云雪雨霧及煙塵、地海雜波等自然與氣象環境產生的電磁環境，民用通訊設施和戰場上核電磁脈沖、高功率微波等定向能武器產生的電磁環境；發射、飛行、侵徹等形成的力學環境；高速飛行形成的熱環境)，引信必須在多種惡劣環境下可靠工作。惡劣環境下可靠工作包括兩個方面：其一，在惡劣環境下，不因零部件損壞導致早炸、瞎火故障；其二，由于惡劣環境導致的極低信噪比下，仍能夠正確識別目標及估計參數，確保低虛警率，高檢測和高參數估計精度。

通過引信與衛星、網絡、指揮及引信間的信息交聯，實現信息共享，是提高引信高效毀傷、高安全、高可靠并滿足作戰靈活性的有效手段。由于引信是接近目標終端仍可靠工作的信息控制系統，可通過引信將末端信息回傳，為其他系統提供終端狀態信息，并用于毀傷評估。

未來戰場小型化無人平臺、仿生平臺的出現，要求引信小型化，減小引信尺寸可以增加有效載荷，這一需求在小型武器系統中尤為突出；多源、多通道等復雜探測體制的基礎是小型化；提高可靠性的最有效的途徑是冗余設計，引信小型化可以在多種武器系統上實現引信全系統冗余，大幅度提升可靠性水平；小型化是智能化引信亟待解決的核心問題。

目前引信的性能和水平尚無法滿足當前武器，作戰形勢的變化和武器系統的發展給引信提出了更高的要求，智能化發展是解決當前問題，實現多任務、多功能，具有根據任務定義功能、實現部件更換和快速升級的能力，滿足未來需求的必然途徑，為此，提出引信智能化的發展構想。

1 內涵

1.1 引信智能化

引信是利用環境信息、目標信息或平臺信息，確保彈藥勤務和彈道上的安全，按預定策略對彈藥實施起爆控制。

引信智能化旨在以數據鏈和多種傳感器獲取目標和環境信息，自主辨識安全控制和毀傷控制條件，自適應解除保險并引爆或引燃戰斗部裝藥，控制系統對目標實現有效毀傷，大幅提高引信安全性、毀傷效能和可靠性。

引信智能化的發展趨勢為：安全控制智能化——毀傷控制智能化——綜合安全和毀傷多要素、多狀態協同控制智能化(綜合功能/效能控制智能化)。

1.2 毀傷控制智能化

毀傷控制智能化是指自適應控制引信作用方式、在彈目交會中起爆時機、戰斗部殺傷區域、彈道落點等因素，充分發揮彈藥有效載荷，高效毀傷目標。

引信就毀傷控制智能化而言可分三個臺階：

第一，自適應起爆控制：根據目標及交會條件自主選擇作用方式/起爆時機的雙因素自適應毀傷控制。

第二，初步的智能化毀傷控制：根據目標易損特性對作用方式/起爆時機/彈道控制三因素自主控制的初步的智能化毀傷控制。

第三，智能化毀傷控制：根據目標和作戰意圖對彈道/起爆時機/作用方式/戰斗部殺傷區域四因素自主協同的智能化毀傷控制。

1.3 安全控制智能化

引信安全性旨在提高彈藥引信在全壽命周期內的安全性，避免因意外作用導致的傷亡和損失，確保彈藥發射前引信應處于安全狀態，引信正常發射進入攻擊時，從安全狀態轉換為待發狀態；在攻擊任務取消時恢復保險；飛行異常條件下引信處于安全狀態。當發生失火、被攻擊的功能極端刺激時，為避免釀成重大災害，應使引信處于無危害失效狀態。

引信安全控制智能化指通過環境敏感和識別實現安全/待發/無危害失效狀態間的自適應轉換。

引信就安全控制智能化而言可分三個臺階：

第一，基于雙環境識別，安全與待發狀態信息敏感的全彈道引信安全控制：融合引信自身敏感及其他信息系統獲取的彈道、位置及其他信息的具有安全與解除保險可逆控制能力的高安全、高可靠的安全控制。

第二，基于多環境特征識別，安全/待發/無危害失效狀態轉換的新一代安全控制：具有高本質安全性和高解?？煽啃?，支持多次/多點起爆的，以MEMS/MOMS、直列式為代表的新一代安全系統。實現低的意外起爆率，高的轉換正確率。

第三，智能化安全控制：多傳感器敏感識別環境，對安全/待發/無危害失效等狀態的自適應轉換控制。實現極低的意外起爆率，極高的轉換正確率。

2 發展構想

為了避免因引信落后，導致我國武器系統整體效能低，確保與強敵對抗時的火力優勢，需以智能化引信發展為引領，構建面向未來的開放的研發體系，將基礎研究、前沿研究的成果有效轉換為引信智能化的能力，一方面實現引信的快速發展，趕超世界先進水平，另一方面利用引信研究開發手段、驗證技術，設計制造經驗向民用輻射，形成技術創新協同能力，帶動近程智能控制的技術創新，探索一條適應我國國情的自主創新之路。

2.1 2025年實現高安全性多功能炸點自適應引信

目標：以智能化引信為目標構建基礎理論和技術基礎，迅速突破不敏感引信技術，實現安全/待發/無危害失效狀態集成及可靠轉換，在引信不敏感方面大幅縮小和美、歐等國的差距；突破起爆時機自適應控制技術，在打擊地面目標引信上實現炸高自適應，在打擊空中目標引信上實現起爆角自適應，滿足裝備對引信高安全和毀傷控制的要求。

標志性指標：完成彈道/起爆時機自適應/作用方式控制集成，形成高安全多功能引信，達到極端刺激下意外起爆率由當前的不低于90%大幅降至3%，最佳起爆率由20%提高至75%，惡劣環境下的工作可靠性提高至0.97等指標，使我國引信和國外引信的差距縮短至5年左右。

著力開展非大氣窗口、太赫茲等和美國等先進國家技術差距較小的技術在引信上的應用研究，突破引信高動態敏感(隱身高速小目標敏感)、引信非大氣窗口(紅外、無線電)探測等的設計/制造/檢測等技術，并通過演示驗證，實現高性能引信核心部/組件的自主可控，搶占技術先機，為跨越發展打下基礎。

2.2 2030年實現引信安全控制智能化

目標：以智能化引信發展為引領，構建引信技術體系和產品體系，開發功能模塊，形成開放的研究體系，充分利用基于量子探測、新探測原理研究和先進制造的研究成果，實現跨越發展，形成安全控制智能化引信，其安全智能控制方面達到國際先進水平，在引信毀傷控制方面實現彈道/起爆時機/作用方式三要素自適應控制接近國際先進水平；搶占隱身超高速目標探測的制高點，復合探測等核心部件功能性能達到國際先進水平，并通過演示驗證。

標志性指標：實現安全/待發/無危害失效狀態自適應轉換的智能安全控制和彈道/起爆時機/作用方式三要素自適應毀傷控制，達到安全/待發/無危害失效狀態轉換正確率99.5%，極端刺激下意外起爆率小于等于0.1%；引戰配合效率95%，戰斗部能量利用率大于等于60%；可靠性0.99等指標，智能化安全控制達到國際先進水平毀傷控制接近國際先進水平。

依托新材料/新原理的復合探測、基于人工智能的識別控制、量子探測等技術，突破具有射前、射中、射后、終點的雙向信息交聯，實現復合探測核心部件接近國際先進水平，仿生探測部件達到國際先進水平，搶占隱身超高速目標探測、識別等重要方向的技術制高點。

創新能力建設方面構建引信強動載響應模型數據庫、引信極端刺激響應模型數據庫、復合探測引信目標環境模型數據庫、引信工藝數據庫，構建智能化引信技術體系，形成開放的研究體系，使引信設計、制造、試驗、驗證等基礎技術接近國際先進水平。

2.3 2040年實現引信毀傷控制/安全控制智能化

目標：充分利用仿生探測、新概念探測等前沿技術和智能制造的研究成果，實現安全控制和毀傷控制智能化，形成初步的智能化引信，其毀傷/安全/可靠性全面達到國際先進水平，實戰環境下隱身超高速目標識別處于國際領先水平，探測數據鏈一體化等核心部件達到國際先進水平，并通過演示驗證。

標志性指標：實現智能化安全控制和彈道/起爆時機/作用方式/起爆方式四要素自適應協同控制的智能化毀傷控制，達到安全/待發/無危害失效自適應轉換正確率99.9%；極端刺激下意外起爆率小于等于0.05%；根據目標易損特性和位置關系，實現引戰配合效率98%，戰斗部能量對目標釋放效率大于等于80%；可靠性達到0.995等指標，在毀傷控制、安全控制及可靠性水平上全面達到國際先進水平。

依托仿生探測、新概念探測等新技術，實現探測數據鏈一體化。探測數據鏈一體化等核心部件達到國際先進水平，實戰環境下隱身超高速目標識別處于國際領先水平。

構建引信多效應綜合作用模型及數據庫、引信多因素設計與綜合性能評估、微小型引信及模型設計驗證數據庫，引信設計、性能評估、工藝標準、制造檢驗等達到國際先進水平。

2.4 2049年實現引信綜合功能/效能控制智能化

目標：形成安全和毀傷多要素、多狀態協同控制的智能化引信，引領智能化引信和智能化近程探測控制的發展，引信核心器件、核心模塊技術性能和制造水平國際領先。

標志性指標：實現毀傷和安全多要素、多狀態自適應協同控制的智能化引信，可靠性達到0.999，引領智能化引信和智能化近程探測控制的發展。

針對作戰模式、武器系統發展、新威脅目標的出現，無人作戰方式、戰場環境的變化，根據打擊目標自組織探測方式，自學習識別策略，實現動態多點高速網絡化信息交聯，引信核心器件、部件技術和制造水平國際領先，核心模塊的性能技術達到國際先進水平。

構建多尺度、多效應聯合評估理論、模型及數據庫，基礎研究、技術基礎和制造評估手段處于國際領先地位。

3 發展現狀與可行性分析

3.1 毀傷控制

在防空反導彈藥引信方面，美AI3成功攔截火箭彈并聲稱可攔截其他炮彈，說明美已實現炸點自適應控制[1-2]；美國二維修正引信(精確制導組件)已列裝[3]，表明美已實現彈道/起爆/作用方式三因素集成。

美國專利提出了一種利用彈藥終點殺傷概率最優計算系統，在判別目標類型的基礎上，確定易損部位，從而計算出最優起爆點所對應的位置、姿態、速度等參數，當彈目相對位置變化，彈藥無法調整到前一時刻算出的最優殺傷所需的俯仰和偏航角時，重新計算最新交會條件下的最佳起爆位置。說明美正在研究彈道/起爆/作用方式三因素自適應的毀傷控制。

美國在多模、效應可調戰斗部引信上已開展了大量研究，形成了控制多種戰斗部起爆(打擊地下/半地下硬目標時串聯起爆，打擊軟目標時兩級延時起爆；打擊地面/水面目標時在目標上方適時起爆)[4]、可控制炸彈毀傷威力的多點起爆聚能裝藥系統(具有正常毀傷、通過切割彈藥后部減少藥量和破片數降低毀傷威力、控制爆轟的低附帶毀傷)[5]、集束式多EFP戰斗部起爆[6]、可控輸出戰斗部等多項專利。這些引信/火工/戰斗部一體化實例說明美國已在進行彈道/起爆時機/作用方式/戰斗部殺傷區域四因素控制集成。

我國在防空反導彈藥尚未實現多目標和多交會條件的自適應起爆控制，侵徹引信尚未實現對目標不同硬度/厚度/著速下的自適應起爆控制，對地引信尚未實現落角/落速的自適應起爆控制。

綜合評估：美處于智能毀傷發展的一、二臺階之間，我國尚未跨入第一臺階，估計存在20年的代差。

3.2 安全控制

美國早已強制要求新研導彈引信使用直列式(全電子)安全系統并推進其在其他彈藥上的應用；多年前開展研究不敏感彈藥引信，是目前的研究熱點，已建立相關標準。

美國高度關注MEMS/MOMS安全系統的研究[7-8]，全電子安全系統在武器裝備上廣泛使用[9]，不敏感引信已用于裝備[10]。目前美國已完成安全—待發的自適應轉換，實現安全/待發/無危害失效狀態控制的集成。

我國正在進行弱解保環境的識別攻關，對引信可能遇到的環境的識別率低，雙因素轉換控制精度不夠高，安全—無危害失效的轉換正在起步。

綜合評估：美處于智能安全控制發展的二、三臺階之間，我國處于一、二臺階之間，估計存在10年的代差。

3.3 高可靠性

據報道集成了彈道控制和起爆控制的彈道修正引信飛行可靠性達到97%[3]，而我國僅具有起爆控制的引信正常發火率約為94%。

美對引信失效機理、核心器件失效機理和失效模型開展了大量的理論研究和測試，對外部電磁干擾和內部電磁兼容引起的失效，從硬件和算法等途徑研究解決措施。利用可靠性工程手段控制系統可靠性水平。

3.4 支撐技術

就技術發展方向而言和美國沒有明顯差別，但實質和內涵差距巨大：美國引信通用化、模塊化水平較高而我國引信研制多依托型號，在小型化/集成化方面我國的水平遠低于美國。

3.5 可行性分析

引信的進步是技術、制造手段協同創新的結果。由于引信所具有的近程、小型化的特點，許多新技術首先在引信中得到應用，通常引信的技術水平與國家的技術水平相匹配。

中國制造2025、微納材料及制造、異質異構集成的發展，為解決制約引信智能化發展的微小型/智能制造提供了解決的可能性；非大氣窗口紅外/毫米波、太赫茲、量子、仿生等新技術的進展，有望大幅提高引信信息獲取和決策能力執行能力，推進引信智能化發展的進程；近年，基礎理論和技術基礎的引信發展的影響得到了廣泛的認識，引信失效機理和防護理論、等效驗證理論和方法、瞬態信號快速檢測和參數估計理論等研究，為引信智能化發展奠定基礎。

通過引信智能化工程穩定持續的投入，以智能化為牽引分步驟協同解決關鍵技術、基礎理論、核心部件及驗證評估方法等問題：

1) 構建軟件定義引信產品系列、實現功能的模塊化和組合化、接口可編程配置，一方面提高引信性能，一方面可根據用戶的不同需求快速完成產品開發，在技術上支持多用戶、多任務、短周期的研發要求，保證多種類、小批量的生產要求。

2) 構建對引信性能綜合評估考核手段，從惡劣電磁環境使用性、抗干擾能力、引戰配合效能、安全性、可靠性分別考核、評估到綜合評估電磁、力、熱、自然干擾、人工干擾下的引信效能、安全性、可靠性。

3) 構建一套完整的通過實驗室、準動態試驗、靶場試驗評估手段，對有效載荷及其毀傷機理、被攻擊目標的結構及運動特性、彈藥的攻擊方式、作戰方式條件等多因素、多參數下的毀傷效能綜合評估。

4) 構建適用于制導引信一體化，引信與數據鏈一體化；彈目交會條件末端控制和起爆控制一體化；引信/火工/戰斗部一體化設計、仿真試驗驗證平臺。

5) 通過研究引信沖擊響應、惡劣電磁環境的失效機理和防護理論，引信對極端刺激的響應特性和防護理論，建立引信對各種環境的響應模型、引信參數數據庫、環境和目標特性數據庫，形成完善的設計、驗證、評估手段，建立完整配套的設計、試驗、工藝規范和標準。

通過努力，使引信具有高安全、高效能、高可靠性的同時，具有根據任務定義功能和快速升級的能力以及對功能、性能快速驗證評估的能力，實現引信智能化的跨越發展。

4 結論

本文提出引信智能化的發展構想，從引信的毀傷控制、安全控制及可靠性等方面進行智能化提升，分析表明：引信的研制現狀與引信智能化的目標差距較大，但有希望通過努力達到，分階段實現引信安全控制智能化、引信毀傷控制智能化、引信綜合功能/效能控制智能化，從而實現引信安全和毀傷多要素、多狀態協同控制智能化。以引信智能化發展為引領，構建面向未來的開放的研發體系，將基礎研究、前沿研究的成果有效轉換為引信智能化的能力，一方面實現引信的快速發展，趕超世界先進水平，另一方面利用引信研究開發手段、驗證技術，設計制造經驗向民用輻射，形成技術創新協同能力，帶動近程智能控制的技術創新。

參考文獻:

[1]James Ring. Multi-function fuze capability against high speed mobile water attack craft[C]// 55th Annual NDIA Fuze Conference. Salt Lake City: NDIA, 2011.

[2]Philip T. Gorman, Jr. ARDEC fuze S&T and acquisition[C]// 56th Annual Fuze Conference. Baltimore: NDIA, 2012.

[3]Lyle H Johnson. Precision guidance kit program update[C]// 56th Annual Fuze Conference. Baltimore: NDIA, 2012.

[4]Philip T. Gorman Jr. Army S&T strategy[C]// 58th Annual Fuze Conference. Baltimore: NDIA, 2015.

[5]Joe Carvalho. Multi-point initiation for a SDACs system[C]// 58th Annual NDIA Fuze Conference. Baltimore: NDIA, 2015.

[6]Max Perrin. New solutions for S&A and firing functions in modern fuzes[C]// 57th NDIA Fuze Conference. Newark: NDIA, 2014.

[7]Daniel Lanterman, Taylor T Young. DoD MEMS fuze reliability evaluation[C]// 58th Annual NDIA Fuze Conference. Baltimore: NDIA, 2015.

[8]Taylor T Young, Jeffrey Smyth. DoD MEMS fuze reliability evaluation[C]// 59th Annual NDIA Fuze Conference. Charleston: NDIA, 2016.

[9]Thomas M. Crowley, Philip T. Gorman Jr. ARDEC fuze S&T and acquisition[C]// 57th Annual Fuze Conference. Newark,: NDIA, 2014.

[10]Jason Sweterlitsch. Methodology for determining insensitive explosive material interface reliability[C]// 57th NDIA Fuze Conference. Newark: NDIA, 2014.