第十三章制導炮彈§1概述§2制導炮彈的結構與組成§3制導炮彈的作用原理§4制導炮彈的制導技術1§1概述炮兵的任務是集中大量的炮彈來壓制一定面積內的目標，但是對于一些點目標，尤其是一些活動的點目標（如坦克等）炮兵炮彈的作用效果較差，對遠距離活動目標的射擊，炮彈若能首發(fā)命中是最理想的，但是對于普通炮彈是很難首發(fā)命中的，而采用制導的炮彈則能實現(xiàn)。制導炮彈（末制導炮彈）是提高炮彈命中精度的最有效的彈種之一，它的發(fā)展使身管火炮成為首發(fā)命中遠距離目標的有效反坦克武器。

末制導炮彈是由火炮發(fā)射，在彈道末段上實施搜索、導引、控制，使其能夠直接命中目標的一種靈巧型彈藥。末制導炮彈的研制工作開始于20世紀70年代，其典型代表是美國的155mm“銅斑蛇”半主動式激光末制導反裝甲炮彈和前蘇聯(lián)152mm“紅土地”半主動激光末制導殺傷爆破火箭增程彈。由于在作戰(zhàn)時需要使用外部激光器照射目標，使用不便，因此，從20世紀80年代初，各國開始研制“打了不用管”的第二代末制導炮彈。2§1概述美國“銅斑蛇”155mm俄羅斯“紅土地－M2”155mm3§1概述俄羅斯“紅土地-M”2K25式152mm

激光末制導炮彈美制155mm神劍制導炮彈4§1概述5§1概述6§1概述俄羅斯“捕鯨者-2”１２０毫米激光半主動制導炮彈

美國陸軍XM395式120毫米精確制導迫擊炮彈7§1概述第二代末制導炮彈：德國采用毫米波制導的155mm“伊夫拉姆”（EPHRAM）反裝甲制導炮彈、英國利用毫米波制導的“灰背隼”反裝甲迫擊炮彈、瑞典采用雙色紅外制導的“Strix”末制導反裝甲迫擊炮彈等。末制導炮彈主要采用榴彈炮、火箭炮和迫擊炮等武器系統(tǒng)發(fā)射，除了具有常規(guī)炮彈的射程遠、威力大和精度高的特點外，由于在彈道末段采用制導技術，能越過地形障礙命中靜止或行進中的坦克、裝甲車輛、艦艇以及掩體、工事等目標，是一種集常規(guī)炮彈的初始精度和末制導于一體的經(jīng)濟型、具有首發(fā)命中概率高的精確制導彈藥。末制導炮彈具有戰(zhàn)術導彈的射擊精度，但比其結構簡單、成本低。末制導炮彈的這些特點，使常規(guī)炮彈的精度有了質的飛躍，已成為現(xiàn)代派兵重要的組成部分，具有廣闊的發(fā)展應用前景。8§2制導炮彈的結構與組成制導炮彈一般由制導段、戰(zhàn)斗部段、控制段三大部分組成。美國155mm“銅斑蛇”制導炮彈制導炮彈發(fā)射后開始階段與普通炮彈相同，首先沿曲線彈道飛行，當制導炮彈進入制導段瞬間，導引頭就立即獲取目標信息，經(jīng)信號變換、處理、辨識和選擇，得出目標的坐標和運動參數(shù)，然后與彈丸運動參數(shù)相比較，形成導引指令，傳輸給控制系統(tǒng)，最終通過舵機帶動舵面來控制末制導炮彈的飛行，使它命中預選目標。對于帶有助推裝置的制導炮彈，還有助推增程飛行階段。美國研制的XM712炮彈又稱“銅斑蛇”，是首先研制成功的末制導炮彈，采用激光半主動式制導方式，主要用于攻擊集群坦克或裝甲目標。彈徑155mm，彈長1372mm（長徑比8.85）彈重62kg。該彈用美M198、M109A1火炮發(fā)射，射程為2000m時，精度為0.3～1m?！般~斑蛇”的主要缺點是需要由前沿觀察員用激光器指示目標，并且要與火炮發(fā)射陣地保持不間斷的聯(lián)系才能引導炮彈命中目標，一旦受到干擾，就會使彈丸失去控制而不能尋找目標。因而使用受到限制。9在“銅斑蛇”末制導炮彈的中部有4片彈翼呈十字形，尾部有4片尾翼（控制舵）亦呈十字形。彈翼是提供升力的主要部件，主要目的是提高制導炮彈的射程。尾翼是由冷氣式氣動舵機驅動的旋轉振動舵，主要是用來提供控制力以改變飛行彈道，并保證穩(wěn)定作用。氣動舵機的壓力源是高壓冷氣瓶。彈翼和尾翼都是可以折疊的，發(fā)射時收入控制段彈身的縫隙內，發(fā)射出炮管后尾翼首先展開，并保證飛行穩(wěn)定，在達到最高點時，彈翼展開以增加滑翔距離（20%）。該彈由制導段、戰(zhàn)斗部段和控制段三部分組成，見右圖，圖中A為制導段、B為戰(zhàn)斗段、C為控制段。10光學系統(tǒng)采用單透鏡，視場為±12.5°。濾光片置于平行光路中，探測器是光電二極管，它與前置放大器制成一個組件。探測器位于透鏡的后主點附近，稍離焦點以獲得線性信號。該彈長細比為8.85，彈頭為圓頭錐形，有利于減小飛行時的頭部阻力。激光導引頭由位標器和電子艙兩部分組成，在位標器中有光學系統(tǒng)、探測器及其前置放大器，還有陀螺及其驅動的元件。電子艙中有信息處理電路、陀螺驅動電路、解碼電路和程序控制電路。位標器為陀螺—光學耦合形式，結構簡單，性能良好。光學系統(tǒng)的主要部分和探測器均固定在彈體上，陀螺只穩(wěn)定一小塊反射鏡。探測器固定在光學系統(tǒng)的后主面上。導引頭輸出視線角速率信號和支架角信號。在電子艙中裝有8塊圓片形電路板，其間用一條電纜連接。在電子艙前壁上，固定有橫滾速率傳感器。電路中央留有戰(zhàn)斗部爆炸后形成的金屬破甲射流通道。11該彈采用破甲戰(zhàn)斗部。戰(zhàn)斗部為圓柱形，在殼體內裝有成型裝藥，前部有銅制藥型罩，后部有引信和保險裝置?？刂婆摓閳A柱型外殼，前部設置4片彈翼，后部設置4片尾翼。艙中前部裝有高壓冷氣瓶作為舵機的動力源，后部裝有舵機和電池組。在控制艙的后部設有彈底外套滑動閉氣環(huán)，用以承受發(fā)射時的火藥氣體壓力，并起密封作用，同時使彈體微旋(6~18轉/秒)。炮彈發(fā)射時最大加速度為9000g，為了不損壞陀螺轉子，采用了負載轉移軸承、發(fā)射時陀螺暫時“固化”。導引頭殼體上裝有陀螺旋轉驅動線圈、陀螺進動線圈、陀螺電鎖線圈和補償線圈。旋轉線圈和進動線圈配于陀螺轉子上的環(huán)形磁鐵，是陀螺旋轉和進動以跟蹤目標。電鎖線圈和補償線圈用于輸出電鎖信號和導引頭支架角信號。12§3制導炮彈的作用原理制導炮彈所用的工作信息有激光、紅外線、毫米波等；所用的工作方式有主動式、半主動式和被動式三種。因此，制導炮彈的制導方式有激光半主動式尋的制導、紅外或毫米波被動尋的制導、激光與紅外組合尋的制導等。一、主動式末制導炮彈工作原理在膛內，炮彈靠發(fā)射時的沖擊作用激活工作程序電池，工作程序開始工作。同時滑動閉起彈帶密封火藥燃氣，降低彈丸轉速。主動式末制導炮彈是根據(jù)偵查通信指揮系統(tǒng)或C4I系統(tǒng)提供的目標位置和運動狀態(tài)檢查彈藥、裝定工作程序和發(fā)射諸元、裝彈、發(fā)射。以正常式布局的末制導炮彈為例，末制導炮彈飛出炮口后，首先張開舵翼，引信解除保險，進入無控制段飛行。在接近彈道頂點時，激活彈上熱電池、滾轉速率傳感器和舵機，開始滾轉控制，約在1s時間內停止彈體轉動，在飛過彈道頂點后，導引頭解鎖啟動，彈翼張開，進入滑翔飛行。13§3制導炮彈的作用原理在距攻擊目標只有2~3km時，導引頭開始搜索、捕獲目標，末制導炮彈按導引規(guī)律跟蹤目標，控制末制導炮彈飛向目標，引爆戰(zhàn)斗部，毀殲目標。簡化步驟：獲取目標信息檢查彈藥裝定裝彈發(fā)射工作程序用電池激活出炮口舵翼展開引信解保無控飛行彈道頂點，熱電池、滾轉速率傳感器、舵機激活滾轉控制彈體停止轉動導引頭解鎖彈翼張開滑翔飛行導引頭搜索、捕獲目標按導引規(guī)律跟蹤目標飛行導向目標引爆、毀殲目標獲取目標信息檢查、裝定發(fā)射無控飛行滾轉控制滑翔飛行尋的有控飛行引爆、毀殲目標14§3制導炮彈的作用原理15§3制導炮彈的作用原理英國“灰背隼”末制導迫擊炮彈裝有主動毫米波導引頭，能在大多數(shù)氣象條件下用來探測運動/固定目標。由主動毫米波制導系統(tǒng)。舵面、電子儀器、成型裝藥戰(zhàn)斗部、保險和解除保險裝置及尾翼組成。其工作過程是：當末制導迫擊炮彈飛出炮口后便展開尾翼，戰(zhàn)斗部解除保險、彈出舵面，制導系統(tǒng)進入尋的狀態(tài)。導引頭掃描有效作用范圍300m×300m，在此范圍內的任何裝甲目標一旦被發(fā)現(xiàn)就被鎖定，成型裝藥戰(zhàn)斗部能攻擊坦克和裝甲目標的頂部。其結構及飛行彈道示意圖見下頁。16§3制導炮彈的作用原理17二、激光半主動式末制導炮彈工作原理

作用原理：用激光器指示目標，制導炮彈上的導引頭則通過從目標反射回來的激光確定目標的位置，并進控制舵修正其飛行彈道，從而最終將炮彈導向目標。由于末制導炮彈上并不攜帶用于指示目標的激光器，故稱為半主動式。18二、激光半主動式末制導炮彈工作原理指示目標的方法有：

1、前沿觀察員指示目標前沿觀察員（單兵）攜帶激光指示器，當發(fā)現(xiàn)目標后照射目標，并將地形特點、目標方向和運動速度通知火炮，要求發(fā)射制導炮彈。當彈丸飛行在彈道下降段時，一般在10~15s之間即可擊中目標，這種方法簡單易行。通常用一輛吉普車，同時搭載幾名警戒通信兵，在距目標3km左右的位置處選擇視界開闊的制高點，并隱蔽地安置激光器，它可以有效地配合處于20km后方的火炮攻擊坦克或裝甲目標。

2、無人駕駛飛機指示目標無人駕駛飛機上安裝激光指示器，同時裝有電視攝像機，紅外線監(jiān)視裝置等。無人駕駛飛機由后方控制車上人員遠距離控制，當飛機到達目標區(qū)上空時發(fā)出激光束照射目標，由于目標指示器的光軸與電視攝像機的光軸平行，因而發(fā)現(xiàn)目標后即可發(fā)射制導炮彈。鑒于無人駕駛飛機的體積小、飛行速度高，不易被敵方炮火擊毀，同時炮兵的指揮人員可通過電視和紅外檢測裝置直接觀察目標，因而比采用前沿觀察員的方法好。19二、激光半主動式末制導炮彈工作原理

3、直升機指示目標在攻擊型直升機上安裝激光器，同時安裝光學和紅外檢測裝置等。因為直升機較無人駕駛飛機易于受到敵方高射火炮的攻擊，所以直升機應處于敵方火炮的有效射程以外的上空照射目標。當激光指示器瞄準目標后給出信號，火炮發(fā)射炮彈。在末制導炮彈飛向目標的過程中，激光指示器不斷向目標發(fā)射激光。彈上激光導引頭接受到從目標反射回來的激光能量后，制導裝置便產(chǎn)生控制指令，并通過舵機使制導炮彈的控制艙偏轉，從而改變其飛行方向，糾正彈道，引導制導炮彈飛向目標。20編碼和定時器。然后將炮彈裝入炮膛發(fā)射。利用彈體向前運動的加速度使彈上慣性開關和電源接通，開始工作。定時器啟動并同時釋放尾翼。此時，由于作用在尾翼上的加速度負載使尾翼仍攏在尾翼槽內，彈上的滑動閉氣彈帶嵌入膛線，炮彈與滑動彈帶之間做相對滑動，“銅斑蛇”炮彈以20r/s左右的旋轉速度飛出炮口，然后，在離心力的作用下打開尾翼，進入無控彈道飛行。當它飛越彈道最高點附近時，定時器將彈翼展開，轉入滑翔段和末制導段飛行。

“銅斑蛇”末制導炮彈的工作過程：先由激光指示器照射目標，炮手根據(jù)激光指示器編碼和目標距離，通過彈上的激光編碼選取孔和定時器開關裝定激光在該彈進入目標區(qū)域后，定時器啟動激光導引頭開始工作，導引頭接受目標反射的激光回波，陀螺測出彈體在飛行中的偏移量，再由傳感器將偏移量轉換成相應的比例導引指令送給舵機，操縱尾翼，控制“銅斑蛇”末制導炮彈飛行，使其最終準確命中目標。21§4制導炮彈的制導技術通常，把末制導炮彈中能夠克服飛行中的各種干擾因素，引導和控制炮彈根據(jù)目標的運動情況，按選定的導引規(guī)律飛向目標的全部裝置和軟件稱為制導系統(tǒng)。制導系統(tǒng)以末制導炮彈體為控制對象，包括導引子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。其中，導引系統(tǒng)通常由彈體、目標位置運動敏感器和導引計算機組成，其功能是測量相對目標的運動偏差，按照預選設計好的導引規(guī)律，由導引計算機形成導引指令。該指令通過彈上控制系統(tǒng)控制末制導炮彈運動?？刂谱酉到y(tǒng)一般由姿態(tài)敏感元件、控制計算機和伺服機構組成，其主要功能是保證末制導炮彈在導引指令作用下沿著要求的彈道飛行，保證末制導炮彈的姿態(tài)穩(wěn)定，不受各種干擾影響。末制導炮彈是一種集常規(guī)炮彈與制導彈藥特點于一體的新型彈藥，其制導系統(tǒng)中的導引技術對提高彈藥的性能有著重要的作用。下面介紹末制導炮彈常用的幾種導引技術。22

利用激光獲得導引信息或傳輸導引指令，使末制導炮彈按照一定得導引規(guī)律飛向目標的導引方法。激光波束方向性強，波束窄，所以激光制導精度高，抗干擾能力強。它通過激光器向目標發(fā)射激光波束之際，同時用對激光敏感的探測器敏感目標反射回來的激光束，導引末制導炮彈飛向目標。激光的波長是毫米波的千分之一，激光束的散角是毫弧度級，因而目標分辨率很高，導引終點誤差可達0.5~1.0m，能同時分別命中兩個相隔僅10m甚至靠的更近的目標。已裝備的激光制導武器多數(shù)采用半主動制導，少數(shù)采用駕束制導。如美國的“銅斑蛇”激光半主動末制導炮彈、前蘇聯(lián)的“紅土地”等，都是采用半主動激光制導的末制導彈藥。它們在彈道末端由彈上的激光導引頭自動搜索從目標反射回來的激光編碼信號，經(jīng)信號處理，在自動識別、跟蹤并鎖定目標的同時，將導引指令傳輸給控制系統(tǒng)，使末制導炮彈進入自動跟蹤狀態(tài)，直至與目標遭遇。一、激光導引技術23

利用毫米波獲得導引信息或傳輸導引指令，使末制導炮彈按一定的導引規(guī)律飛向目標的導引技術。毫米波是波長為1~10mm的電磁波，用于末制導炮彈的毫米波波長為8mm和3mm（或2mm），介于微波和紅外線之間。毫米波器件尺寸小，質量輕，抗干擾能力強，制導精度高，并能比較容易地實施對多目標的攻擊。末制導炮彈采用毫米波導引的原因是全天候性能好，有較強的穿透云層和霧的能力；戰(zhàn)場環(huán)境適應性好，可以在塵埃和濃煙下工作；毫米波傳感器不僅能測得目標的方位，還能測得目標的距離和速度。由于末制導炮彈內的天線直徑通常會被限制在6~15cm內，傳感器的尺寸同樣也受到很大限制，卻又要求很高的探測目標的空間分辨率（波束寬度要求小到0.5~2°之間）；再加上探測坦克等目標時又呈低空下視狀態(tài)，地物雜波和多徑效應會產(chǎn)生相當大的干擾，只能通過窄波束降低這種干擾。毫米波導引的主要模式有主動式、被動式和主—被動復合式。主動式即是指利用毫米波雷達截獲和跟蹤目標，已被多數(shù)末制導炮彈采用；被動式是利用毫米波輻射計截獲和跟蹤目標；主－被動式是主動式截獲和早期跟蹤，最后由被動式跟蹤到與目標相遇，常用于遠距離毫米波制導武器。但毫米波的分辨率比可見光和紅外光低，制導精度和隱蔽性不如紅外導引；在全天候性能和作用距離上不如微波導引。二、毫米波導引技術24

利用目標和背景的紅外輻射能量的差異，提取目標信息并加以處理，以確定目標對于導引頭視軸的角偏移，產(chǎn)生導引信號，將末制導炮彈導向所要攻擊的目標。人們通常指的紅外制導系統(tǒng)，絕大多數(shù)就是指這種被動式自動導引系統(tǒng)。任何物體只要它的溫度高于絕對零度，都能輻射紅外線，輻射能量隨溫度上升而迅速增加。對地面坦克目標的探測來說，最重要的是中紅外（3~5um）和遠紅外（8~14um）。紅外導引的優(yōu)點是目標探測分辨率高，可獲得較高的制導精度；彈上設備簡單可靠，功耗少，體積小，質量輕；以被動方式工作，隱蔽性好。然而，缺點是紅外制導的全天候性能和戰(zhàn)場煙塵環(huán)境的適應性不及毫米波導引。紅外導引又分為紅外點源導引和紅外成像導引兩種。三、紅外導引技術25紅外點源導引又稱為紅外非成像導引，其特點是把目標看成一個熱點源來探測。末制導炮彈通過導引頭鎖定并跟蹤目標的最熱部分。其工作原理是：彈上的紅外導引頭接收從目標輻射來的紅外線。當視線與紅外導引頭光軸重合時，經(jīng)導引頭光學系統(tǒng)聚焦的目標像點落在以一定的角速度旋轉或固定的調制盤中心，不被調制；當目標偏離光軸時，像點被調制。從像點投射在調制盤上的位置，可以判斷出目標偏離光軸的方位和距離，形成導引信號，控制末制導炮彈飛向目標。①紅外點源導引26

利用裝在彈頭的熱成像儀攝取目標圖像信息，用數(shù)字計算機對目標圖像進行處理，形成導引指令來控制末制導炮彈飛行的導引方法。熱成像儀的主要部件是光機掃描器件或紅外焦平面陣列器件，工作波段分別為：碲鎘汞（Hg-Cd-Te）凝視焦平面陣列器件的工作波段是8~12um，利用肖特基效應的焦平面陣列硅器件的工作波段是3~5um。這兩個波段