１引 言

本次俄烏衝突已成為二戰後歐洲地區爆發規模和烈度最大的武裝衝突。從無人化作戰領域看，無人機作為戰場力量的倍增器，發揮了重要作用。其中烏軍利用美援助的“彈簧刀３００” “彈簧刀６００”系列巡飛彈打擊俄軍指揮人員、裝甲車輛和移動防空設施等高價值目標，取得較好效果，展現了無人智能領域的新戰法打法，引起各方高度重視。

２“彈簧刀”系列巡飛彈概述

“彈簧刀”系列巡飛彈（見圖１）是美國航空環境公司研製的陸射巡飛彈，主要用於精確打擊，可使小規模作戰部隊在無空地火力支援的情況下打擊高價值固定或移動目標，相關參數見表１。該型號從２００６年開始研製，經過１４年的發展，“彈簧刀”的基本型編號為“彈簧刀”３００，“彈簧刀”６００則是放大、增重的反裝甲改進型，並且已經開發多聯發射裝置，能夠實現與ＲＱ － ２０“美洲獅”和ＲＱ － １１“大烏鴉”等美無人機協同作戰，極大提升作戰能力，。目前正在陸續開發陸、空、艦射反裝甲型，與ＸＱ － ５８Ａ低成本可消耗無人機集成，成為可多域多平台發射的多用途精確制導武器（見圖２）。

３“彈簧刀”系列巡飛彈制導技術

“彈簧刀”系列巡飛彈制導設計方案中，導引頭作為其武器系統的核心，具備自主搜索、識別與跟蹤目標等諸多功能，能夠確保彈體系統不斷地跟蹤目標，實現對目標的精確打擊。彈體在飛行中段制導方式為雷達導引，距目標２ ｋｍ左右的飛行末端的制導方式為紅外多光譜和光學導引頭進行複合制導，從而實現對地面目標的精準打擊，其制導流程如圖３所示。

３. １“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭基本組成

從結構上來看，“彈簧刀”系列巡飛彈紅外導引頭採用了美軍當下最成熟的技術，分析其主要組成部件大致可分為光學感應系統、成像處理系統、紅外感應系統、製冷系統、陀螺伺服系統以及信號處理系統等。其中，信號處理系統主要由信號傳導電路、控制調節器電路、信息處理主機等核心電子部件組成；光學感應系統主要由整流罩、高清透光鏡片和高光敏元件組成，其作用原理主要是實時接收和匯集目標輻射的光學和紅外線能量［１］。

陀螺伺服系統屬於較為成熟的軍民通用技術，主要由轉子、內環、外環、支架、繞組線圈以及等構成，美軍的“彈簧刀”巡飛彈相對結構更加精緻，效能也遠優於其民品。從原理上分析主要是讓瞄準攻擊目標的光學感應系統、成像處理系統與光敏元器件等探測系統元件，不會受巡飛彈在高速飛行過程中，由於自身彈體擾流造成的擺動影響到攻擊目標的準確度，始終能夠讓探測系統光軸保持相對穩定，從而完全隔離了導彈彈體姿態角的擾動因素，使位標器做到對目標的全程穩定跟蹤，這也是實現“發射後不管”自主攻擊的主要元器件之一。

“彈簧刀”巡飛彈的電子線路系統上集成有紅外導引頭的信息處理系統，以及其自身的控制調節系統電路等，主要作用原理是減少和調控信息處理系統輸出誤差指令信號，並對指令信號進行功率放大，確保形成跟蹤目標的可控電流，同時還能夠反饋於控制調節器，實現對導引頭控制迴路進行及時校正。

３. ２“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭工作原理

“彈簧刀”系列巡飛彈紅外導引頭主要採用了紅外探測感應裝置持續識別、捕獲和跟蹤目標的紅外輻射能量，從而實現自動尋的，並具備性能極高的隔離彈體姿態角擾動功能，可以極大消除彈體擾動帶來的對位標器在空間指向穩定性的影響，還能夠對進行鎖定後的目標對象，實施自主智能跟蹤並以實時輸出方式形成所需要的精確制導信息［２］。

３. ３“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭工作流程

其紅外導引頭系統的工作過程（見圖４所示），目標對象的紅外輻射透過巡飛彈整流罩時，紅外導引頭的光學感應系統就會迅速接收到目標對象的紅外輻射參數，並由巡飛彈成像系統將其信號聚焦在探測器的光敏感應面上，通過紅外探測器上的光電轉換器件將光信號轉換成電信號，經內部電子線路進行一系列的信號濾波、放大處理，能夠檢測到關於目標位置的誤差信息，經由成像電路系統生成圖像信號，經過目標校正和圖像預處理後得到初始目標紅外圖像，並將該信號傳至陀螺伺服系統，同時帶動光學系統跟進，使光軸朝向目標位置進行運動，從而構成導引系統的角跟蹤迴路，確保實現了導引系統對目標對象的不間斷跟蹤，形成的制導控制系統所需導引電信號會經由電子線路系統及時輸入至巡飛彈動力控制系統，形成控制指令並操控彈體自主飛向目標［３］。

“彈簧刀”系列巡飛彈紅外導引頭以典型的凝視紅外成像探測技術為代表，受制於巡飛彈武器小彈徑、大跟蹤場等外部條件限制，其探測組件必須保持體積足夠小、重量儘可能輕，同時還要保證目標響應上又能具備圖像分辨率高、靈敏度高、信息更新率高特性，巡飛彈前端由於省去傳統掃描成像方式中的光學系統及掃描部件，確保了集成化程度更高，實現了巡飛彈的彈載各項指標要求，未來飛彈核心導引部分必將向更加輕小微型化方向發展，騰出的容量將使巡飛彈的火力更加強大［４］。

目前，在“彈簧刀”系列巡飛彈紅外導引頭上採用的凝視紅外成像技術已在精確制導武器中得到廣泛應用，美軍最新型的“響尾蛇”系列空空導彈就採用性能類似的銻鎘汞凝視焦平面成像紅外導引頭，均是通過內部製冷裝置對光敏元件實施冷卻，其導引頭同樣具有１８０度大跟蹤視場，目標截獲距離約為１３～１６ｋｍ，其出色的導引技術和性能使其具有超視距、多目標識別瞄準和全方位跟蹤能力；此外，英軍近距格鬥空空導彈（ＡＳＲＡＡＭ）也是採用製冷凝視焦平面成像紅外導引頭；以色列的“怪蛇”系列空空格鬥導彈則採用雙波段焦平面陣列紅外導引頭和獨具特色的制導算法，不僅在發射後能夠實現截獲和全向攻擊能力，還具有極強的抗干擾能力，在技術和性能方面更加穩定。

４“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭關鍵技術分析

下面對美“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭中涉及的幾項關鍵技術進行分析研究。美“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭集成可見光成像導引和紅外成像導引技術，相比於紅外成像導引頭，可見光成像導引頭還具有分辨率高、對比度高、信噪比高、成本低、目標易辨識等優點，兩種圖像導引技術對比情況見表２。

“彈簧刀”系列巡飛彈導引技術在實戰中也存在一定問題，特別是“彈簧刀”３００型號，當目標距離探測器較遠時，其成像像素較少，缺乏尺寸、形狀、紋理等結構信息；當背景環境複雜時，如存在薄霧、逆光，可見光波段折射，目標信號強度較弱；而且捷聯式導引頭視線角較窄，目標機動時易脫離探測範圍，成像易受彈體旋轉與抖動影響等（見圖５） 。

４. １“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭目標檢測技術

“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭採用的目標檢測技術主要是從探測器成像中排除圖像背景雜波噪聲，找出特徵圖像，並給出巡飛彈在圖像中的位置。目前在目標檢測算法方面，根據“彈簧刀”系列巡飛彈技戰術指標分析，美軍已經取得較大突破，應用基於深度學習的人工智能算法。該算法的主要原理是對深層人工神經網絡進行反覆訓練的方法［５］。由於深層人工神經網絡—深度卷積神經網絡（ ＤＣ⁃ＣＮ）在圖像識別和生成的實踐應用中的良好反映，能夠很好實現對打擊目標特徵的自主獲取，並對打擊目標的紅外圖像進行自動識別與分類處理，並賦予機器智能化自主學習和不間斷創新的能力。目前在國內基於人工神經深度學習的智能目標識別技術，尚受制於紅外目標圖像的數據源有限和多目標識別中紅外圖像複雜多變性問題困擾，這些問題將是在未來紅外圖像目標識別技術實現突破的重點攻關方向。

“彈簧刀”系列巡飛彈在紅外圖像實時檢測方法應採用的是幀間檢測方法，可以根據打擊目標和背景的溫度、形狀、灰度以及運動特徵進行近實時判斷分析，識別精度較高，因而不易導致高漏檢率和虛警率。此外在美軍的類似裝備上還普遍運用跟蹤前檢測算法。

４. ２“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭目標跟蹤技術

“彈簧刀”系列巡飛彈圖像導引頭實時目標跟蹤技術是在視頻初始幀通過目標檢測技術確定了目標大小與位置的情況下，預測後續幀中目標的大小與位置的技術，跟蹤的實時性是為了保證後續視線角更新的快速性，滿足最終制導控制要求。巡飛彈目標跟蹤面臨的技術難點主要是複雜的飛行環境、相似背景的干擾、光照的變化、物體的遮擋以及物體自身的外形和尺寸的改變，另外還有旋轉平移和物體快速運動等因素，這些因素使得目標跟蹤在實際場景中的應用具有一定的難度。從“彈簧刀”系列巡飛彈實時目標跟蹤能力分析，美軍在這方面相關技術解決的較好，實際應用層面的解決辦法值得深入研究。

對於國內來說，需要進行突破的技術難題是算法運算量和存儲空間的需求增加，導致實時跟蹤反應不靈敏。未來若要實現紅外成像導引頭目標跟蹤精度的可靠性和實時性，借鑑美軍相關裝備技術參數來看，迫切需要發展出具備較低運算量的彈載計算機軟硬件系統。

４. ３“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭視線角提取技術

“彈簧刀”系列巡飛彈視線角提取技術是在目標跟蹤基礎上，通過利用目標在每一幀成像中的像素位置計算得到彈目視線角及角速率信息，為末端制導提供準確導引信息。目標視線角是否可以準確提取將會影響末制導的制導精度。從“彈簧刀”系列巡飛彈的技戰術參數來看，捷聯導引頭直接測量得到的是目標相對於彈體坐標系的彈目視線角，包含了目標慣性空間的視線角和彈體運動兩部分信息。要實現比例導引等先進制導方式，則必須去除捷聯導引頭測量中耦合的彈體運動信息，並引入微分環節以提供彈目視線角速率信息。

４. ４“彈簧刀”系列巡飛彈導引頭高維數據處理技術

“彈簧刀”系列巡飛彈圖像導引頭高維數據處理技術是一種通過對算法進行優化加速，並利用硬件平台加速處理技術，最終實現計算平台數據處理加速的技術，滿足導引頭對實時性處理要求。由於“彈簧刀”系列巡飛彈圖像屬於高清級別，由此導致的高維數據信息數據量大，且相比於通用計算機系統，嵌入式平台的計算與存儲資源緊缺，導致實現實時處理難度更高。並且對於其捷聯式成像導引頭，為了在增大其探測視場角的同時，提高其對目標的探測能力，感光器件分辨率需足夠大，導致單幅圖像處理的計算量變大，圖像處理幀頻降低，制導信息輸出實時性受到影響，影響最終彈藥制導迴路的穩定性，目前如何在嵌入式平台上實現高維數據實時處理是國內相關武器裝備所需解決的技術難題。

５“彈簧刀”系列巡飛彈技術特徵及與相關裝備關係

“彈簧刀”系列巡飛彈是汲取制導彈藥和無人機等技術優勢而發展起來的一種高度信息化的智能彈藥。該類武器集目標偵察、精準打擊、可控毀傷、戰效評估與協同作戰能力於一身，極有潛力成為催生新質戰鬥力的利器。巡飛彈具有可長時間滯空飛行、可對較大範圍內目標信息不明確的“灰色區域”內機動目標和時敏目標持續威懾和壓制、並實施協同攻擊的獨特優勢；配備複合導引頭和不同類型的載荷時，還能執行偵察監視、毀傷評估、通信中繼、電子干擾等作戰任務，通過數據鏈組網，還可實現巡飛武器與巡飛武器之間、巡飛武器與其他武器系統之間的協同作戰，戰場威力不可小覷。

巡飛武器是跨代特徵顯著的新型武器裝備，其技術特徵可概括為以下幾個方面。一是其導引技術、飛控技術等多遷移來自相關武器裝備，因而集成性較高，能夠滿足戰場惡劣環境下特殊任務的需求，具備從多種武器平台上發射或投放，既可火箭炮箱式發射、集裝箱式垂直發射和單兵便攜發射，也可作為子彈藥由炮彈、火箭彈、導彈等多種彈藥武器平台空中投放。

二是具備長時間目標跟蹤識別能力，具有較長的滯空時間，主要以吸氣式發動機（或電動機）為動力，達數十分鐘（甚至數小時）以上，能夠盤旋於任務區域上空，依靠其強大的導引識別技術，能夠顯著增強了彈藥的作戰持久性，提高作戰適用性。

三是可攜帶多種任務載荷，既可對目標實施精確打擊，也可對目標區域實施偵察、監視、電子干擾和毀傷效果評估，從而能夠有效打擊戰場上的活動目標、時敏目標、雷達目標，或者對重要區域進行長時監視和持續封控，增加了執行各類作戰任務的靈活性。

四是配備彈用數據鏈系統，可實時進行圖像、狀態等戰術信息的傳遞，可採用“人在系統”的遠程管控模式實施作戰任務重部署，並可多枚巡飛彈或與其他火力構成作戰網絡，實現網絡化協同作戰。

五是通過動態立體偵察掌控戰場態勢，並可根據攻防態勢變化，實施適時航路規避，戰場生存和突防能力較強，可作為無人機、地面雷達等偵察系統的補充，提升高對抗條件下的信息感知能力。

６發展建議

一是充分發揮和借鑑“高手在民間”思想，藉助軍工集團和民營企業較為成熟和先進的技術快速形成裝備能力。網絡化巡飛武器屬於新一代裝備，必須打破常規思路，在導引頭等關鍵部件和關鍵技術提供多樣化技術實現途徑。尤其在目標檢測、目標跟蹤、數據處理等領域，民參軍將大幅縮短研製周期、降低裝備採購成本、減小技術風險，為陸軍提供“管用、好用、用得起”的網絡化巡飛武器。

二是研發網絡化巡飛武器骨幹裝備，快速形成新質戰鬥力。以典型近程、中程和遠程巡飛武器為骨幹，快速形成具備“偵察－識別－引導－打擊－評估”任務功能的網絡化巡飛作戰新質戰鬥力，實現對較大範圍內目標信息不明確的“灰色區域”內機動目標和時敏目標持續威懾、精確打擊和封控壓制。

三是構建與我新型陸軍任務使命相匹配的巡飛武器體系。按照“機動作戰、立體攻防”的戰略要求，着眼新型陸軍轉型發展對新質戰鬥力提出的能力要求，結合我周邊潛在威脅對作戰任務提出的任務使命要求，體系化頂層設計與我陸軍精確火力打擊體系相匹配的網絡化巡飛類武器體系，構建發射平台靈活多樣、控制範圍無縫銜接、巡飛時間長短互補、任務載荷功能多樣、任務使命高效匹配的網絡化巡飛武器體系。