汪仪林，马秋华，张龙山，邹金龙

(西安机电信息技术研究所,陕西 西安 710065)

0 引言

随着武器系统作战空间越来越远，打击的目标越来越多，高超速、高机动、隐身、强防护目标和低小慢目标均大量存在，要求引信对上述目标均可实现高效毁伤；城市化作战要求对目标有效打击的同时实现低附带毁伤。

为满足武器系统的作战要求，引信需根据目标特性、弹目交会条件和战斗部特点，自主辨识各控制条件，实现对弹道/起爆时机/作用方式/战斗部杀伤区域自适应控制的智能化毁伤。

未来战场非线性特征和多种察打一体武器的大量使用，要求引信在攻击时正确感知环境，实现在指定的空间和时间精确解除保险，完成安全—待发状态转换；在非攻击时具有极高安全性；攻击任务取消时，实现待发—安全状态转换。在遭遇火灾或受到敌方打击等极端刺激下，引信应实现安全—无危害失效(不敏感)状态转换，避免诱发弹药的连环爆炸，酿成的重大灾害。要求引信自主辨识转换条件，进行安全/待发/无危害失效状态自适应转换，实现引信安全控制智能化。

侦/控/打/评一体化武器系统中引信长时工作，对引信工作可靠性提出了更高的要求，同时，引信面临越来越恶劣的工作环境(这些环境包括：静电放电、沉积静电、雷电、云雪雨雾及烟尘、地海杂波等自然与气象环境产生的电磁环境，民用通讯设施和战场上核电磁脉冲、高功率微波等定向能武器产生的电磁环境；发射、飞行、侵彻等形成的力学环境；高速飞行形成的热环境)，引信必须在多种恶劣环境下可靠工作。恶劣环境下可靠工作包括两个方面：其一，在恶劣环境下，不因零部件损坏导致早炸、瞎火故障；其二，由于恶劣环境导致的极低信噪比下，仍能够正确识别目标及估计参数，确保低虚警率，高检测和高参数估计精度。

通过引信与卫星、网络、指挥及引信间的信息交联，实现信息共享，是提高引信高效毁伤、高安全、高可靠并满足作战灵活性的有效手段。由于引信是接近目标终端仍可靠工作的信息控制系统，可通过引信将末端信息回传，为其他系统提供终端状态信息，并用于毁伤评估。

未来战场小型化无人平台、仿生平台的出现，要求引信小型化，减小引信尺寸可以增加有效载荷，这一需求在小型武器系统中尤为突出；多源、多通道等复杂探测体制的基础是小型化；提高可靠性的最有效的途径是冗余设计，引信小型化可以在多种武器系统上实现引信全系统冗余，大幅度提升可靠性水平；小型化是智能化引信亟待解决的核心问题。

目前引信的性能和水平尚无法满足当前武器，作战形势的变化和武器系统的发展给引信提出了更高的要求，智能化发展是解决当前问题，实现多任务、多功能，具有根据任务定义功能、实现部件更换和快速升级的能力，满足未来需求的必然途径，为此，提出引信智能化的发展构想。

1 内涵

1.1 引信智能化

引信是利用环境信息、目标信息或平台信息，确保弹药勤务和弹道上的安全，按预定策略对弹药实施起爆控制。

引信智能化旨在以数据链和多种传感器获取目标和环境信息，自主辨识安全控制和毁伤控制条件，自适应解除保险并引爆或引燃战斗部装药，控制系统对目标实现有效毁伤，大幅提高引信安全性、毁伤效能和可靠性。

引信智能化的发展趋势为：安全控制智能化——毁伤控制智能化——综合安全和毁伤多要素、多状态协同控制智能化(综合功能/效能控制智能化)。

1.2 毁伤控制智能化

毁伤控制智能化是指自适应控制引信作用方式、在弹目交会中起爆时机、战斗部杀伤区域、弹道落点等因素，充分发挥弹药有效载荷，高效毁伤目标。

引信就毁伤控制智能化而言可分三个台阶：

第一，自适应起爆控制：根据目标及交会条件自主选择作用方式/起爆时机的双因素自适应毁伤控制。

第二，初步的智能化毁伤控制：根据目标易损特性对作用方式/起爆时机/弹道控制三因素自主控制的初步的智能化毁伤控制。

第三，智能化毁伤控制：根据目标和作战意图对弹道/起爆时机/作用方式/战斗部杀伤区域四因素自主协同的智能化毁伤控制。

1.3 安全控制智能化

引信安全性旨在提高弹药引信在全寿命周期内的安全性，避免因意外作用导致的伤亡和损失，确保弹药发射前引信应处于安全状态，引信正常发射进入攻击时，从安全状态转换为待发状态；在攻击任务取消时恢复保险；飞行异常条件下引信处于安全状态。当发生失火、被攻击的功能极端刺激时，为避免酿成重大灾害，应使引信处于无危害失效状态。

引信安全控制智能化指通过环境敏感和识别实现安全/待发/无危害失效状态间的自适应转换。

引信就安全控制智能化而言可分三个台阶：

第一，基于双环境识别，安全与待发状态信息敏感的全弹道引信安全控制：融合引信自身敏感及其他信息系统获取的弹道、位置及其他信息的具有安全与解除保险可逆控制能力的高安全、高可靠的安全控制。

第二，基于多环境特征识别，安全/待发/无危害失效状态转换的新一代安全控制：具有高本质安全性和高解保可靠性，支持多次/多点起爆的，以MEMS/MOMS、直列式为代表的新一代安全系统。实现低的意外起爆率，高的转换正确率。

第三，智能化安全控制：多传感器敏感识别环境，对安全/待发/无危害失效等状态的自适应转换控制。实现极低的意外起爆率，极高的转换正确率。

2 发展构想

为了避免因引信落后，导致我国武器系统整体效能低，确保与强敌对抗时的火力优势，需以智能化引信发展为引领，构建面向未来的开放的研发体系，将基础研究、前沿研究的成果有效转换为引信智能化的能力，一方面实现引信的快速发展，赶超世界先进水平，另一方面利用引信研究开发手段、验证技术，设计制造经验向民用辐射，形成技术创新协同能力，带动近程智能控制的技术创新，探索一条适应我国国情的自主创新之路。

2.1 2025年实现高安全性多功能炸点自适应引信

目标：以智能化引信为目标构建基础理论和技术基础，迅速突破不敏感引信技术，实现安全/待发/无危害失效状态集成及可靠转换，在引信不敏感方面大幅缩小和美、欧等国的差距；突破起爆时机自适应控制技术，在打击地面目标引信上实现炸高自适应，在打击空中目标引信上实现起爆角自适应，满足装备对引信高安全和毁伤控制的要求。

标志性指标：完成弹道/起爆时机自适应/作用方式控制集成，形成高安全多功能引信，达到极端刺激下意外起爆率由当前的不低于90%大幅降至3%，最佳起爆率由20%提高至75%，恶劣环境下的工作可靠性提高至0.97等指标，使我国引信和国外引信的差距缩短至5年左右。

着力开展非大气窗口、太赫兹等和美国等先进国家技术差距较小的技术在引信上的应用研究，突破引信高动态敏感(隐身高速小目标敏感)、引信非大气窗口(红外、无线电)探测等的设计/制造/检测等技术，并通过演示验证，实现高性能引信核心部/组件的自主可控，抢占技术先机，为跨越发展打下基础。

2.2 2030年实现引信安全控制智能化

目标：以智能化引信发展为引领，构建引信技术体系和产品体系，开发功能模块，形成开放的研究体系，充分利用基于量子探测、新探测原理研究和先进制造的研究成果，实现跨越发展，形成安全控制智能化引信，其安全智能控制方面达到国际先进水平，在引信毁伤控制方面实现弹道/起爆时机/作用方式三要素自适应控制接近国际先进水平；抢占隐身超高速目标探测的制高点，复合探测等核心部件功能性能达到国际先进水平，并通过演示验证。

标志性指标：实现安全/待发/无危害失效状态自适应转换的智能安全控制和弹道/起爆时机/作用方式三要素自适应毁伤控制，达到安全/待发/无危害失效状态转换正确率99.5%，极端刺激下意外起爆率小于等于0.1%；引战配合效率95%，战斗部能量利用率大于等于60%；可靠性0.99等指标，智能化安全控制达到国际先进水平毁伤控制接近国际先进水平。

依托新材料/新原理的复合探测、基于人工智能的识别控制、量子探测等技术，突破具有射前、射中、射后、终点的双向信息交联，实现复合探测核心部件接近国际先进水平，仿生探测部件达到国际先进水平，抢占隐身超高速目标探测、识别等重要方向的技术制高点。

创新能力建设方面构建引信强动载响应模型数据库、引信极端刺激响应模型数据库、复合探测引信目标环境模型数据库、引信工艺数据库，构建智能化引信技术体系，形成开放的研究体系，使引信设计、制造、试验、验证等基础技术接近国际先进水平。

2.3 2040年实现引信毁伤控制/安全控制智能化

目标：充分利用仿生探测、新概念探测等前沿技术和智能制造的研究成果，实现安全控制和毁伤控制智能化，形成初步的智能化引信，其毁伤/安全/可靠性全面达到国际先进水平，实战环境下隐身超高速目标识别处于国际领先水平，探测数据链一体化等核心部件达到国际先进水平，并通过演示验证。

标志性指标：实现智能化安全控制和弹道/起爆时机/作用方式/起爆方式四要素自适应协同控制的智能化毁伤控制，达到安全/待发/无危害失效自适应转换正确率99.9%；极端刺激下意外起爆率小于等于0.05%；根据目标易损特性和位置关系，实现引战配合效率98%，战斗部能量对目标释放效率大于等于80%；可靠性达到0.995等指标，在毁伤控制、安全控制及可靠性水平上全面达到国际先进水平。

依托仿生探测、新概念探测等新技术，实现探测数据链一体化。探测数据链一体化等核心部件达到国际先进水平，实战环境下隐身超高速目标识别处于国际领先水平。

构建引信多效应综合作用模型及数据库、引信多因素设计与综合性能评估、微小型引信及模型设计验证数据库，引信设计、性能评估、工艺标准、制造检验等达到国际先进水平。

2.4 2049年实现引信综合功能/效能控制智能化

目标：形成安全和毁伤多要素、多状态协同控制的智能化引信，引领智能化引信和智能化近程探测控制的发展，引信核心器件、核心模块技术性能和制造水平国际领先。

标志性指标：实现毁伤和安全多要素、多状态自适应协同控制的智能化引信，可靠性达到0.999，引领智能化引信和智能化近程探测控制的发展。

针对作战模式、武器系统发展、新威胁目标的出现，无人作战方式、战场环境的变化，根据打击目标自组织探测方式，自学习识别策略，实现动态多点高速网络化信息交联，引信核心器件、部件技术和制造水平国际领先，核心模块的性能技术达到国际先进水平。

构建多尺度、多效应联合评估理论、模型及数据库，基础研究、技术基础和制造评估手段处于国际领先地位。

3 发展现状与可行性分析

3.1 毁伤控制

在防空反导弹药引信方面，美AI3成功拦截火箭弹并声称可拦截其他炮弹，说明美已实现炸点自适应控制[1-2]；美国二维修正引信(精确制导组件)已列装[3]，表明美已实现弹道/起爆/作用方式三因素集成。

美国专利提出了一种利用弹药终点杀伤概率最优计算系统，在判别目标类型的基础上，确定易损部位，从而计算出最优起爆点所对应的位置、姿态、速度等参数，当弹目相对位置变化，弹药无法调整到前一时刻算出的最优杀伤所需的俯仰和偏航角时，重新计算最新交会条件下的最佳起爆位置。说明美正在研究弹道/起爆/作用方式三因素自适应的毁伤控制。

美国在多模、效应可调战斗部引信上已开展了大量研究，形成了控制多种战斗部起爆(打击地下/半地下硬目标时串联起爆，打击软目标时两级延时起爆；打击地面/水面目标时在目标上方适时起爆)[4]、可控制炸弹毁伤威力的多点起爆聚能装药系统(具有正常毁伤、通过切割弹药后部减少药量和破片数降低毁伤威力、控制爆轰的低附带毁伤)[5]、集束式多EFP战斗部起爆[6]、可控输出战斗部等多项专利。这些引信/火工/战斗部一体化实例说明美国已在进行弹道/起爆时机/作用方式/战斗部杀伤区域四因素控制集成。

我国在防空反导弹药尚未实现多目标和多交会条件的自适应起爆控制，侵彻引信尚未实现对目标不同硬度/厚度/着速下的自适应起爆控制，对地引信尚未实现落角/落速的自适应起爆控制。

综合评估：美处于智能毁伤发展的一、二台阶之间，我国尚未跨入第一台阶，估计存在20年的代差。

3.2 安全控制

美国早已强制要求新研导弹引信使用直列式(全电子)安全系统并推进其在其他弹药上的应用；多年前开展研究不敏感弹药引信，是目前的研究热点，已建立相关标准。

美国高度关注MEMS/MOMS安全系统的研究[7-8]，全电子安全系统在武器装备上广泛使用[9]，不敏感引信已用于装备[10]。目前美国已完成安全—待发的自适应转换，实现安全/待发/无危害失效状态控制的集成。

我国正在进行弱解保环境的识别攻关，对引信可能遇到的环境的识别率低，双因素转换控制精度不够高，安全—无危害失效的转换正在起步。

综合评估：美处于智能安全控制发展的二、三台阶之间，我国处于一、二台阶之间，估计存在10年的代差。

3.3 高可靠性

据报道集成了弹道控制和起爆控制的弹道修正引信飞行可靠性达到97%[3]，而我国仅具有起爆控制的引信正常发火率约为94%。

美对引信失效机理、核心器件失效机理和失效模型开展了大量的理论研究和测试，对外部电磁干扰和内部电磁兼容引起的失效，从硬件和算法等途径研究解决措施。利用可靠性工程手段控制系统可靠性水平。

3.4 支撑技术

就技术发展方向而言和美国没有明显差别，但实质和内涵差距巨大：美国引信通用化、模块化水平较高而我国引信研制多依托型号，在小型化/集成化方面我国的水平远低于美国。

3.5 可行性分析

引信的进步是技术、制造手段协同创新的结果。由于引信所具有的近程、小型化的特点，许多新技术首先在引信中得到应用，通常引信的技术水平与国家的技术水平相匹配。

中国制造2025、微纳材料及制造、异质异构集成的发展，为解决制约引信智能化发展的微小型/智能制造提供了解决的可能性；非大气窗口红外/毫米波、太赫兹、量子、仿生等新技术的进展，有望大幅提高引信信息获取和决策能力执行能力，推进引信智能化发展的进程；近年，基础理论和技术基础的引信发展的影响得到了广泛的认识，引信失效机理和防护理论、等效验证理论和方法、瞬态信号快速检测和参数估计理论等研究，为引信智能化发展奠定基础。

通过引信智能化工程稳定持续的投入，以智能化为牵引分步骤协同解决关键技术、基础理论、核心部件及验证评估方法等问题：

1) 构建软件定义引信产品系列、实现功能的模块化和组合化、接口可编程配置，一方面提高引信性能，一方面可根据用户的不同需求快速完成产品开发，在技术上支持多用户、多任务、短周期的研发要求，保证多种类、小批量的生产要求。

2) 构建对引信性能综合评估考核手段，从恶劣电磁环境使用性、抗干扰能力、引战配合效能、安全性、可靠性分别考核、评估到综合评估电磁、力、热、自然干扰、人工干扰下的引信效能、安全性、可靠性。

3) 构建一套完整的通过实验室、准动态试验、靶场试验评估手段，对有效载荷及其毁伤机理、被攻击目标的结构及运动特性、弹药的攻击方式、作战方式条件等多因素、多参数下的毁伤效能综合评估。

4) 构建适用于制导引信一体化，引信与数据链一体化；弹目交会条件末端控制和起爆控制一体化；引信/火工/战斗部一体化设计、仿真试验验证平台。

5) 通过研究引信冲击响应、恶劣电磁环境的失效机理和防护理论，引信对极端刺激的响应特性和防护理论，建立引信对各种环境的响应模型、引信参数数据库、环境和目标特性数据库，形成完善的设计、验证、评估手段，建立完整配套的设计、试验、工艺规范和标准。

通过努力，使引信具有高安全、高效能、高可靠性的同时，具有根据任务定义功能和快速升级的能力以及对功能、性能快速验证评估的能力，实现引信智能化的跨越发展。

4 结论

本文提出引信智能化的发展构想，从引信的毁伤控制、安全控制及可靠性等方面进行智能化提升，分析表明：引信的研制现状与引信智能化的目标差距较大，但有希望通过努力达到，分阶段实现引信安全控制智能化、引信毁伤控制智能化、引信综合功能/效能控制智能化，从而实现引信安全和毁伤多要素、多状态协同控制智能化。以引信智能化发展为引领，构建面向未来的开放的研发体系，将基础研究、前沿研究的成果有效转换为引信智能化的能力，一方面实现引信的快速发展，赶超世界先进水平，另一方面利用引信研究开发手段、验证技术，设计制造经验向民用辐射，形成技术创新协同能力，带动近程智能控制的技术创新。

参考文献:

[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.