精确制导武器发展综述
来源：新颖科技杂谈、海鹰资讯、航天防务和高端装备发展研究中心
内容索引
引言
一、精确制导武器分类
二、精确制导武器发展
三、精确制导技术发展
四、新一代精确制导系统与微系统技术
五、结束语
引言
自古以来，百步穿杨、百发百中是武器制造者与使用者所追求的一个共同的目标。但实际上，不论是冷兵器时代的箭弩，还是热兵器时代的枪炮，其命中概率都很低。有人做过统计，在现代战场上，每杀伤一名士兵所需要的枪弹大约在数千发级，二战中平均每击落一架飞机需要耗弹5900余发......。不过，随着军事高技术的发展，从上个世纪七十年代以来，各种精确制导武器逐渐走上了战争的舞台，它使武器的命中精度得以大大提升。
精确制导武器——战斧巡航导弹出击过程
一、精确制导武器分类和组成
一般来说，精确制导武器是指那些采用精确制导技术，直接命中概率在50%以上的武器。精确导武器分为导弹和制导炸弹两类。何为导弹？何为制导炸弹？
导弹的一般组成：以“标准-3”导弹为例
激光制导的精确制导炸弹的组成
1. 导弹
导弹是“导向性飞弹”（Guided Missile）的简称，导弹是一种能够依靠自身动力系统（通常为火箭发动机）推进，由制导系统引导、控制其飞行轨迹，靠其所携带的战斗部（可以为核装药、常规炸药、特种装药如化学、生物、电磁脉冲等装药）能量杀伤目标的无人驾驶武器系统。其任务是把战斗部装药在打击目标附近引爆并毁伤目标，在没有战斗部的情况下依靠自身动能直接撞击目标以达到毁伤效果。依据不同的划分标准，可将导弹进一步划分为不同的种类。
导弹的主要子系统
导弹的出现大大改变了作战方式
我军东风－41战略导弹
按作战任务可划分为战略导弹和战役战术导弹。战略导弹是指遂行战略打击任务的导弹，它通常装有核弹头，当然也可以为常规弹头。战役战术导弹有的也叫战术导弹，主要是用来压制和破坏战役战术纵深内目标的导弹。它的战斗部通常为常规装药，也有核装药与特种装药的。
战略导弹上的核弹头往往是多枚的
按射程分为近程、中程、远程和洲际导弹。近程导弹射程为1000米以内，中程导弹射程为1000－3000千米，远程导弹射程为3000－8000千米，而射程在8000千米以上则为洲际导弹。需要说明的是，上述划分是我国的划分方法，这种划分方法各国的标准有所不同。
海湾战争中名噪一时的“战斧”巡航导弹
按照弹道的特性可划分为弹道导弹和巡航导弹。弹道导弹发射后要飞出大气层，并在大气层外飞行，在接近目标时再次进入大气层，所以它必须是依靠火箭发动机推进的导弹。巡航导弹也叫飞航式导弹，它主要是依赖空气发动机（与火箭发动机有本质区别）产生推力，并靠导弹的气动布局产生升力，在大气层内飞往目标的导弹。其中的巡航，主要是指巡航状态，它是指导弹发射时在火箭助推器加速后，主发动机的推力与阻力达到一种平衡、导弹气动布局所产生的升力与其重力平衡，导弹本身以一种近似匀速飞行的、最为经济的状态。通俗地说，弹道导弹要飞出大气层，而巡航导弹只在大气层内飞行。
我军的长剑－10巡航导弹
按发射点和目标位置可以划分为地对地、地对空、地（岸）对舰、空对空、空对地、空对舰、舰（艇）对空、舰（艇）对地、舰（艇）对舰等。
也可以按打击的目标性质来划分，如防空导弹、反舰导弹、反坦克导弹、反辐射导弹等。
2. 制导炸弹
制导弹药一般是从传统平台（火炮、飞机）发射或投射，然后再利用自身制导装置，能在弹道末段实施控制、引导的弹药。它主要包括末制导弹药（制导炸弹、制导炮弹、制导鱼雷）和末端敏感弹药（简称末敏弹药）。其中末敏弹药一般属子母弹形式，其母弹与末制导弹药一样，可用火箭、火炮、飞机投射，但到达目标上空时，共母弹打开抛出子弹药，子弹药在下落过程中完成制导。制导炸弹是在普通炸弹上加装了精确制导装置及空气动力控制装置｡与普通炸弹相比，制导炸弹具有精度高､成本低､投放距离远等特点，因此受到世界各国的青睐。制导炸弹与导弹最大的区别是，制导炸弹本身没有动力，依靠飞行的滑翔来接近目标。为了让制导炸弹能根据引导的方向飞行，制导炸弹都安装了可以活动的控制翼和尾舵，可以活动，调整飞行的角度。由于没有动力系统，制导炸弹不能像导弹那样机动性很大的飞来飞去。只能做一般性的角度调整。可以想象的出，制导炸弹动力成本节省可以使精确制导部分的投入加大，因此精确程度比导弹高出很多。
末敏弹药示意图
装在机翼下的美“宝石路”激光制导炸弹
精确制导炸弹
二、精确制导武器发展
1. 精确制导武器发展简史
导弹70年的历史发展程,在科技进步推动、战略需求牵引、战争实践催生下,不断升级改进、更新换代,形成代际发展。“代”是形象地表征导弹技术性能与能力水平每一次质的飞跃。同时,每一代导弹投入作战运用,也对战争进程起了重大的推动作用,甚至引发了战争形态的重大变革。正如恩格斯指出,“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目的,它们便立刻几乎强制地,而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至变革”。
（1）第一、二代导弹发展及运用
第一代导弹研制始于二战末期,于20世纪50年代交付使用,这是初创的一代。美国、苏联和英国作为二战战胜国,从德国缴获的导弹实物和资料为基础研制出第一代导弹,解决了有无问题。第一代导弹普遍使用液体火箭发动机作为动力源,采用固定式或半固定发射,因此体积庞大、笨重、机动性差,且技术复杂、作战准备时间长、使用不方便。尤其是采用简易惯性制导与无线电指令制导,其命中精度与命中概率低、抗干扰能力差。尽管第一代导弹在射程、命中精度和威力上均比火炮有了革命性飞跃,但整体作战效能低下。主要是利用无线电、雷达制导，攻击的目标主要集中在工业设施、船只、桥梁、兵工厂等。制导武器的首次出现是在第二次世界大战期间，英空军于1943年5月12日用“自由号”巡逻轰炸机向德国潜艇投掷了一枚声寻鱼雷，使德国U456潜艇遭受到了严重的破坏，这为制导武器的发展拉开了序幕。德国首次在战争中引入的制导武器是1400 kg的Fritz X导弹和Henschel Hs293导弹，德国利用Fritz X导弹成功的将意大利的“罗马号”巡洋舰击毁。
Fritz X导弹
第二代导弹在20世纪六、七十年代研制与服役,这是导弹规模发展的一代。第二代导弹发展正值计算机与电子技术快速发展的时机,导弹体积减小、重量降低、结构简化,性能较第一代有了显著提升。第二代导弹普遍采用固体发动机与涡喷、涡扇发动机,为满足拦截具备超低空超声速大机动飞行的第二代战斗机,第二代导弹不再一味追求高速,同时还增强了导弹的机动能力。第二代导弹普遍采用惯导与半主动雷达导引头,提高了命中精度与命中概率。战斗部类型增加,使得第二代导弹的火力显著增强,而导弹系统的结构简化,使得导弹的作战反应时间缩短。
60年代中期，电子技术的飞跃为精确制导技术的发展奠定了基础，红外和雷达等制导技术在武器装备上的广泛应用，极大地提高了武器的命中精度，各种导弹开始大量装备军队。1962 年美国首先开始了激光制导武器的研究，于1967年经过一系列的评估改进后完成了世界上首个激光制导炸弹——BOLT-117。激光制导炸弹的工作原理是利用在地面或者飞机上的激光器照射到指定的打击目标上，然后发射出去、利用光敏传感器来追踪目标实现精确打击。而激光制导武器最大的缺点就是它无法在恶劣的天气环境下及激光发射器无法靠近目标的时候使用。激光制导武器的普及是在微处理器出现后。
GBU-24 Paveway III
60年代后期激光制导炸弹的出现彻底改变了对陆地目标精确打击的局面。1972年，美军11架F-4战斗机利用激光制导导弹炸毁了北越清华桥，这次激光制导导弹的投入战斗，标志着精确打击制导武器正式亮相国际战争舞台，此后空对地、地对地、空对面等制导武器也得以迅速发展。
美军'硫磺石'精确制导导弹
70年代以后，微电子、计算机技术的快速发展为精确制导武器的飞速发展提供了新的技术基础。在越南战争、中东战争等几场局部战争中，精确制导武器又显示出了很高的作战效能｡80年代，在英阿马岛战争､美军空袭利比亚的“黄金峡谷”行动中，精确制导武器得到了广泛使用。
第一、二代导弹产生于美苏激烈争霸的年代,战争基本形态是核威慑条件下的常规局部战争与武装冲突,导弹在近10次大型局部战争中主要作为辅助支援力量投入使用,在战争进程中发挥了较大作用。第一、二代导弹作战运用基本特点如下:第一,起初战绩显著,但很快效果就迅速下降,尤其是随着科技进步,如果一、二代导弹不做升级改进,便会在战场上被淘汰;第二,战争以平台中心战为主,导弹是战争的配角;第三是导弹作战属于独立作战样式,尚未形成精确打击体系。
（2）第三代导弹发展及运用
第三代导弹在20世纪80年代至90年代中后期研制并陆续列装,是性能显著提升的一代。第三代导弹发展得益于20世纪八、九十年代高技术的蓬勃发展,最突出的技术进步是制导体制发生重大变革。红外成像、毫米波雷达、激光、地形匹配以及全球定位系统(GPS)等高技术开始应用于导弹制导系统,使能够捕获更多目标信息特征的复合制导出现,将导弹命中精度提高到数十米级,不仅为“外科手术式”打击模式,也为采用常规手段进行反导提供了可能。第三代导弹可采用垂直发射装置,具备应对全方位攻击、饱和攻击和快速反应能力。普遍走模块化、系列化发展道路,可选择不同战斗部,具有多类型多目标杀伤能力。
海湾战争让美国深刻的认识到了激光制导武器的局限性——激光制导武器只能在特定的可视的环境下或者空中目标可视的情况下才能得以利用。于是美国空军在《全球参与21世纪空军构想》中将精确打击能力列为了面向21世纪空中作战的必备6大核心能力之一，对精确制导武器投入了更多的关注和资金，并且开发了联合直接攻击弹药（JDAM）和联合防区外武器（JSOW）。
JDAM
JSOW
美军为了提高导弹打击精度，克服激光制导系统易受环境影响的缺点，成功的在“战斧”式巡航导弹、GBU-37导弹上装载了GPS/INS复合制导系统，为下代精确制导武器的研究提供了方向。
第三代导弹的出现是典型的军事需求与技术推动相结合的结果。1975年越南战争结束,美国国内有一种思潮,认为美国输掉越南战争主要原因是军事理论落后。以此为转折点,上世纪80年代初美军认真研究并吸取了以色列干净利落地打赢中东第五次战争的经验,检讨并推动了常规军事理论大发展。美军除了巩固了二战前创立的制空(海)权理论,还探索出空地一体战、精确作战、联合作战等现代军事作战理论,也进一步牵引其导弹武器升级换代。随着精确化的第三代导弹武器与更加先进的作战平台入役,美军开启了越战后屡战屡胜的记录。
第三代导弹作战运用始于20世纪80年代中后期,直至21世纪初。“外科手术式”打击是第三代导弹作战运用基本模式,美军首先在1986年4月15日空袭利比亚的作战行动中小试牛刀,对利比亚实施了速战速决的高技术低强度外科手术式打击。随后以美国为首的西方国家在1991年海湾战争、1999年科索沃战争、2001年阿富汗战争中大量运用第三代导弹实施倚强凌弱的高技术高强度外科手术式打击,取得了“一边倒”的战绩。
第三代导弹作战运用基本特点如下:
一是使防区外精确打击成为战争初期夺取战场主动权的普遍作战样式;
二是导弹成为战争主要运用装备之一,导弹地位作用凸显,逐步成为战争中的主角;
三是使空地一体战、精确作战、联合作战、非对称、非接触、非线性等美军开创的新型作战样式成为高技术战争的基本形态。
但是,第三代导弹只显示了对固定目标的精确打击能力,对移动目标与时间敏感目标精确打击能力有限,且打击精度还有较大的提升空间。
（3）第四代导弹发展及运用
第四代导弹在20世纪90年代末至21世纪第一个10年研制并陆续服役,是信息化特征凸显的一代。网络化发展是这一代导弹最重要的技术特征。鉴于第三代导弹武器系统网络化能力有限,无法实时打击时间敏感目标,第四代导弹重点提高了导弹与战场信息系统链接能力。导弹采用卫星导航/惯性复合中制导与双模/多模复合导引头末制导,目标识别与抗干扰能力进一步增强,命中精度达到米级;采用各种战术数据链,实现导弹和导弹、发射平台、指挥中心之间的双向通信,逐步具备协同作战、体系作战能力,以应对不断增加的多域多元目标。
进入90年代，历经海湾战争、科索沃战争和车臣战争，精确制导武器在战争中使用比例的大幅度上升已成为战场新常态。新世纪的几场局部战争中，精确制导武器更是直接推动战争进程。
第四代导弹作战运用于2003年的伊拉克战争开始至今，在导引头改进升级、新型武器装备研制、导航与探测器件开发、前沿技术探索等方面取得诸多进展，精确制导技术向高精度、高灵敏性与高可靠性进一步发展，精确制导器件的小型化与低成本化持续推进，精确制导武器的智能化、网络化特征日益凸显。第四代导弹的网络化作战能力,使之在美军基于网络化环境的“网络中心战”、“基于效果作战”、“快速决定性作战”等信息化作战理论实践中成为主战力量。
第四代导弹展现了如下基本特点:
一是导弹与战场信息系统融为一体,使之可与其他作战平台和武器系统形成体系,实施体系攻防;
二是导弹运用呈现“察打一体”、“发现即消灭”等准实时打击模式,从发现到打击的时间缩短到10分钟以下;
三是导弹采用自动目标识别与可编成软件等技术,智能化水平提高,增强了自主攻击多元目标能力。
国外精确制导武器技术
2. 导弹发展概况
从最近几次局部战争来看，导弹武器以其高精度､远射程､综合效费比高等特点，仍是各国作战中不可或缺的核心武器装备，在国际军贸市场上也炙手可热｡然而，随着需求演变和技术发展，导弹武器装备及技术正在发生更深刻的变化，并将引领现代战争模式和武器装备体系的变革。
局部战争已经成为了各式导弹武器的试验场，自2011年利比亚战争爆发以来，据不完全统计，包括美国战术战斧（第四代战斧导弹）、法国AASM､斯卡尔普-EG､德国金牛座、俄罗斯Kh-555、Kh-101､3M14等导弹均是首次实战使用｡包括先进红外空空导弹AIM-9X在内的50多个导弹型号完成或正在进行重要的升级改进，以美国远程反舰导弹LRASM为代表的多款新导弹型号完成研制。
俄罗斯Kh-555
俄军图-95MSM轰炸机（图-95MS的最新升级型）挂载8枚Kh-101隐身巡航导弹
体积稍小的俱乐部3M-14AE对陆攻击导弹
战略导弹武器的研制和服役周期均比较长，美国的民兵､三叉戟等都已服役几十年，2017年8月，美国防部宣布与波音和诺斯罗普·格鲁曼签订了为期3年的合同进行陆基战略威慑（GBSD）项目研制以更新老旧的核武库｡法国M51在2010年服役后，也旋即进入了升级进程，三艘战略核潜艇与M51新型导弹的整合已经到了最后阶段｡俄罗斯仍在不断地发展其新型洲际弹道导弹，RS-28萨尔马特重型的首次发射最早将在2017年第四季度进行。
美军披露“远程反舰导弹”智能技术细节。该导弹配备了一个被动传感器，通过不断搜寻目标舰艇的雷达信号结合弹载人工智能技术来实现航程的规划，导弹不发射任何信号，仅通过搜索目标雷达发射器，然后飞向目标将其摧毁，因此具有较好的隐身能力，并可在GPS和其他基于位置的技术失效或拒止的环境中作战。目前，“远程反舰导弹”已进入生产阶段，将于2018年装备美空军B-1B轰炸机。
远程反舰导弹
美空军向诺斯罗普·格鲁曼公司和洛克希德·马丁公司各授出了1.1亿美元合同， 用于研发“灰狼”巡航导弹。该合同为期5年，将持续至2022年，并可能延长至2024年。据美空军研究实验室发布的关于“灰狼”科学与技术演示验证项目公告显示，该项目将研发一种低成本、亚声速巡航导弹原型系统。
“灰狼”巡航导弹
在防空方面，雷神公司将为美海军研制“标准-2”Block 3C导弹，该导弹的导引头将在“标准-2”Block 3A/3B的半主动雷达导引头基础上升级，增加主动雷达寻的能力。该型导弹的全备弹将与“标准-6”导弹的增程型使用相同的导引头，预计2025年左右开始生产。“标准-6”Block 1A导弹的发展也日趋成熟，该导弹采用了升级的制导组件，新增了一个GPS接收器，升级了软件系统，预计2018年底具备初始作战能力。
“标准-6”导弹
美海军为“战斧”对陆攻击巡航导弹换装新型制导系统，发展其反舰能力。作为对现役“战斧”Block 4对陆攻击巡航导弹的升级，美国海军计划2022财年发展用于反舰的导引头，通过为现役“战斧”导弹换装新的弹载无线电设备、多模导引头、M码全球定位系统等方式，发展其反舰能力，为美海军的制海战略发展提供装备支持。
“战斧”Block 4
美海军研究办公室授予雷神公司一份价值1180万的合同，用于开展“一体化火控通信与协同”（CIIF）项目研究。该项目旨在研发新型作战网络技术，以实现区域传感器互联，提升一体化火控能力。
挪威为“联合打击导弹”集成先进射频导引头，提升其打击机动目标能力。挪威康斯伯格公司正在试验评估“海军打击导弹”的空射内埋改型“联合打击导弹”，为其增加打击地面机动目标能力，并计划于2018年进行打击真实地面目标的“端对端”实弹试验。
联合打击导弹
以色列利用人工智能技术发展第五代“长钉”导弹，预计2018年完成。该导弹采用先进的目标识别与跟踪技术，可通过网络实现与第三方火力分配，作战能力显著增强。导弹还配备了新型非制冷红外导引头，质量比采用制冷红外导引头的“长钉”RL 1型导弹轻1千克，为12.7千克。
第五代“长钉”导弹
瑞典萨博公司将基于RBS-15 Mk3反舰导弹重新设计下一代反舰导弹，在增加导弹射程的同时，增强其应对复杂气候、电子对抗环境和其它不利状况的作战能力。新型导弹的研发周期为2017年至2026年，将装备瑞典“维斯比”级轻型巡洋舰和JAS-39鹰狮E型战斗机。
RBS-15 Mk3反舰导弹
挂载在“枭龙”战机上的
第四代主动雷达型中距空空导弹
反航母弹道导弹东风21丁
2015年9·3胜利日阅兵上，我国同时展示了两款反航母弹道导弹东风21丁和东风26。2017年1月，新的东风-5C导弹携带10个分导式再入弹头测试成功。据外媒报道，我国还进行了一次“东风-41”洲际弹道导弹的实验。除具有分导弹头外，其太空数次大幅变轨能力和弹头重新定向能力让全程监测到发射过程俄罗斯反导司令部颇为震惊，美国《华盛顿邮报》的报道也显示，东风41的水平超越了美国现有反导系统的拦截能力。显示出我国战略导弹优秀的突防能力。
此外，我国的反舰导弹、巡航导弹也正在积极的研制中。未来导弹发展趋向模块化、智能化，走向全新的阶段。
反航母弹道导弹东风21丁
3. 制导炸弹发展概况
现代航空制导炸弹是在自由降落式普通炸弹（或称铁弹）的基础上，通过增加制导构件组成。制导构件组包括自导弹头、全动式可控尾翼。它的主要特点是结构简单、使用方便、射程远、命中精度高、造价低、效费比高，是世界各国机载高精武器中数量最多的一种空地武器。
美国JDAM“联合直接攻击弹药”
制导炸弹的发展经历了三代｡第一､第二代制导炸弹采用激光､电视制导，具有不能全天候､全时使用，不能远距离攻击目标，载机或协同飞机易受攻击等缺点｡20世纪90年代以后，国外开始发展新一代低成本卫星导航（GPS）或惯导/GPS组合制导炸弹，如美国的JDAM､JSOW，大大增强了全天候作战能力，并在科索沃战场大量投入使用，在当地恶劣气象条件下取得极大成功｡这类具有全球定位系统导航能力的制导炸弹现已成为现代高技术局部战争中打击固定目标的重要手段，代表着制导炸弹的重要发展方向。
美国JDAM“联合直接攻击弹药”
为达到不同的作战目标，使用可在制导炸弹的战斗部上加以改进制成特种弹药｡如美国的钻地弹，它是在GBU-28“堡垒破坏者”炸弹上安装“宝石路”炸弹的激光制导组件，可穿透30m土层或6m的混凝土。
炸弹击穿掩体
“温压弹”是在弹体中装填包含氧化剂的固态爆炸物，装药被抛撒出来分散成悬浮状，云团被引爆后产生热和压力两种效应，爆炸产生的高压激波沿坑道传播，跟着是火焰引起的窒息波，可用于攻击地下坑道目标，杀伤坑道内人员；
制导型集束炸弹和子母炸弹，母弹在空中投放后，多颗子炸弹分散抛出并形成一定的散布面积，大面积杀伤有生力量和技术兵器｡除此之外，还可发展制导电磁脉冲炸弹等。
制导集束炸弹CBU-105：美国空军的反坦克专家
洛克希德·马丁公司发布撒器型JASSM炸弹。目前，洛克希德·马丁公司已进行了JASSM炸弹投放单个子弹药的高速火箭橇试验，试验中导弹的速度与导弹实际飞行速度接近。该方案有可能成为继JASSM-ER之后，JASSM系列炸弹最新改进型的一部分，最新改型有望在不久的将来实现炸弹能力的大幅提升。
JASSM导弹
三、精确制导技术发展
近几年，精确制导技术取得了一系列新进展。世界军事强国持续推进精确制导基础技术研究，实现了多种元器件的高性能化与微小型化；积极开展精确制导武器制导组件及系统的各类试验，验证其应对多种目标的作战能力；探索研究精确制导前沿技术，为突破精确制导技术在目标探测、识别等领域的技术瓶颈奠定基础。
1. 光学制导技术
光学制导技术具有制导精度高、抗干扰能力强、灵敏度高的特点，不仅在导弹中广泛应用，且越来越多地用于制导弹药中，尤其是红外成像和激光制导技术发展较快。2016年，推进系统的微小型化成为光学制导技术的发展重点。
洛克希德·马丁公司研制出一种帮助红外传感器快速启动的微型制冷机，该制冷机性能优异，设计寿命可达10年。传统红外传感器的制冷时间约12~15分钟，这种新式微型制冷机可将制冷时间缩短至3分钟，可有效提升导弹武器系统的性能。该制冷机的结构设计高度紧凑，能实现更小的封装体积。与标准的微型制冷机相比，这种制冷机虽采用了相同的小型压缩机，但其冷头的长度仅为54毫米，比同类系统缩短了一半；新式微型制冷机的质量为320克，可应用于微型精确制导武器等多种系统。
位于英国的芬梅卡尼卡公司地面与海上分部完成了新一代半主动激光制导导引头的研发，并开展了小批量试生产。该导引头结构紧凑，可实现高精度激光捕捉和追踪，旨在为目前没有末制导或需要增强制导精度的空对地武器提供“即插即用”的精确制导能力。该导引头的质量为350克、长152.5毫米、直径51毫米，具有典型的76毫米突缘，是目前市场上最小的半主动导引头；配备了单元件位置感知探测器，在广视场下这种硅探测器在偏离角和角分辨率方面拥有很高精度，可在整个目标打击过程中大幅提高闭环武器的制导能力，特别是能显著提升捷联导引头的性能。
在DARPA、NASA、美国陆军研究实验室、美国空军研究实验室的共同资助下，美国西北大学开发出一种可实现三色短波、中波、长波红外光电探测器的设计方法。研究人员设计了一种新型三色光电二极管，最终的三色红外光电探测器是基于II类InAs/GaSb/AlSb超晶格材料制成的。当所加偏置电压发生变化时，这种红外光电探测器可依次表现出三色性能（对应于三个吸收层的带隙），并能在每个通道中实现理想的截止波长和高的量子效率。
DARPA于2016年9月启动了“极端”（EXTREME）项目，寻求可设计的光学材料和相关设计工具，开发一种新型光学成像系统，在改善系统性能的同时，大幅缩减系统尺寸和质量。“极端”项目将重点开发新型可设计的光学材料，利用二维超表面、三维立体容积、全息等技术实现对光的调控，而非传统的反射、折射等方式。该项目将克服多尺度建模难题，实现对可设计光学材料的优化。DARPA将演示一种微小型光学元件，这种元件能够同时在可见光和红外波段实现成像、频谱分析、极化测量等功能。“极端”项目将实现的光学成像元件的微型化和多功能化，在不减少系统功能的情况下满足小型化需求。
2. 惯性制导技术
目前精确制导武器应用的惯性测量单元仅能作为暂时失去GPS信号时的备选措施。未来在高强度对抗环境或遮蔽地形等GPS受限条件下，要确保实现精确打击，需要惯性测量单元在满足小型化的基础上，进一步提高精度。2016年，惯性制导技术的发展主要体现在基于微机电系统（MEMS）的惯性测量装置以及原子干涉陀螺仪等方面。
美国休斯研究实验室（HRL）正在研发一种不依赖GPS的抗振抗冲击惯性传感器技术。HRL实验室计划将把一个哥氏振动陀螺（CVG）的微机电系统（MEMS）传感器与一个极精准原子钟的基准频率同步，利用原子超精细跃迁频率的精确性，实现不依赖GPS的惯性传感器技术。感应旋转与加速度是惯性测量的基础，近期对称MEMS架构、集成光子学、光学测力及位置应用等方面的技术进步，发展惯性测量新模式提供了机遇。使用CVG的MEMS平台可以生成先进的自动陀螺，能实现相当于、甚至是优于当前GPS方法的精确制导。目前，该项目面临的主要挑战为，研发一个在不引入其他噪声的情况下将原子钟的基准频率稳定传递给CVG传感器的系统架构。
DARPA微系统技术办公室选定诺斯罗普·格鲁曼公司为其“弹药精确可靠惯性制导：导航级惯性测量装置”项目研发下一代导航级惯性测量装置（IMU）。该装置将以先进的微机电系统（MEMS）技术为基础，通过感知加速度和角速度实现导航，为飞行器制导控制系统提供数据信息，并使系统的成本、尺寸、质量和功耗降大幅降低，应对GPS拒止和高度对抗的作战环境。诺斯罗普·格鲁曼公司研发的原型系统，将用于取代美军当前已部署的IMU，提供更加精确的导航数据。该公司还将验证基于MEMS的陀螺仪和加速计，以满足系统的性能和环境需求。
美国国家标准与技术研究院（NIST）正在研制一种基于激光冷却原子云的原子干涉陀螺仪，可实现陀螺仪及加速度计的功能。原子干涉仪利用原子的波粒二象性，通过干涉波测量原子上的力，当原子加速或旋转时，它们的物质波以可预见的方式发生偏移和干扰，形成干涉图形。该陀螺仪的核心是一个容纳着约800万冷铷原子的玻璃室，利用激光束使原子云在两个能量状态之间转换。通过该装置，冷原子云可在50毫秒的测量序列内，扩展到初始大小的5倍，可用于测量原子的加速度。旋转则通过倾斜玻璃室下方的镜子进行模拟。通常情况下，陀螺仪/加速度计的结合需要两个独立的原子源，NIST研制的陀螺仪实现了从单一的原子云同时得到加速度与角度两个信号，大大简化了设备，使系统体积更小、结构更简单。
3. 射频制导技术
与光学制导体制相比，射频制导方式由于采用的电磁波频率远低于光学频段，其对目标几何外形的分辨率较低，但是作用距离远、受环境因素影响小，非常适合用于远距离作战的精确制导武器。2016年，英法等国积极发展弹上射频系统，美国则致力于开展射频系统的基础技术研究。
为加快SAMP/T陆基防空系统的现代化进程，提高弹道导弹防御能力，扩大作战拦截范围，法国计划全面升级“阿斯特-30”Block 1导弹，并授予了MBDA公司与泰勒斯公司“阿斯特-30”Block 1新技术（B1NT）项目合同。“阿斯特-30”B1NT导弹将采用高分辨率的Ka波段主动雷达导引头代替原来“阿斯特-30”Block 1导弹的Ku波段导引头。新的Ka波段导引头波长更短，配备了新型任务处理器，可增加目标锁定距离，提高分辨率。配备新导引头的“阿斯特-30”B1NT导弹可拦截射程为1500千米、飞行速度更快、机动能力更强的弹道导弹目标。法国空军将于2023年开始接收“阿斯特-30”B1NT导弹。
英国伯明翰大学开发了一种被动弹载雷达试验性演示验证装置。研究人员使用国际海事卫星和铱星作为被动雷达的辅助设备，测量了两者的信号发射功率及表面的信号功率密度。伯明翰大学已在英国沿海地区展开了三次试验，结果表明通过使用上述两种卫星配合相应处理算法，提高了被动弹载雷达验证装置的可靠性。基于该项研究基础开发的被动制导系统能够有效应对敌方的电子对抗系统，还可避免红外和其他光电传感器的局限性。
DARPA于2016年11月授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份价值780万美元的合同，用于开展“射频信号处理”（SPAR）项目的研究。该项目旨在寻求利用模拟信号处理技术和芯片级循环器方法减少射频信号间干扰，帮助美军消除射频系统在对抗环境下的信号干扰。DARPA的目标是设计、制造、验证一种能够在接受信号进入接收器电子部件前消除干扰的射频信号处理组件。美国空军研究实验室于2016年10月授予雷声公司一份价值1490万美元的合同，进一步加强其生产基于氮化镓（GaN）半导体的工艺，提高GaN基射频系统的性能、产量和可靠性。
4. 复合制导技术
复合制导技术由于结合了不同制导技术的优点，可以大幅提高导引头的作战与抗干扰性能，成为当前精确制导武器的发展方向，技术成熟度不断提升。2016年，多型应用复合制导技术的精确制导武器进行了试验验证，演示了在不同作战模式下应对多种目标的能力。
2016年6月，美国陆军“联合空对地导弹”（JAGM）打击地面移动目标试验取得成功，并首次验证了“灰鹰”无人机发射JAGM导弹的能力。本次试验中，JAGM导弹成功击中了一辆以每小时35千米速度行驶的卡车，验证了其精确打击能力。JAGM导弹采用半主动激光、毫米波雷达和制冷红外成像三模导引头，可在任何天气情况下对移动目标实施精确打击，在应对未来复杂战场环境、对抗电子干扰等多个方面具有不可替代的独特优势。
2016年7月，美国空军联合雷声公司对“小直径炸弹-2”进行了联合攻击模式与激光引导攻击模式的系列飞行试验。“小直径炸弹-2”拥有先进的三模导引头，分别为红外成像、毫米波制导以及激光制导。在联合攻击模式下，“小直径炸弹-2”在舰载GPS系统的引导下对高价值固定目标发起攻击，攻击距离分别为近距离以及超过64千米的防区外。在激光引导攻击模式下，“小直径炸弹-2”将利用半主动激光器跟踪和攻击目标。此次系列飞行试验演示了“小直径炸弹-2”对不同场景中固定和移动目标的攻击能力，验证了“小直径炸弹-2”的技术成熟度。
2016年8月，洛克希德·马丁公司成功完成了两次新型“双模加”激光制导炸弹（LGB）飞行试验。“双模加”激光制导炸弹集成了GPS/惯性导航系统，具备全天候打击移动目标的能力。本次试验中，两枚装有“双模加”制导组件的MK82惰性弹头从F-18战机中发射，成功命中了指定固定目标，满足作战性能要求，验证了其光学、GPS/惯性制导系统以及姿态控制系统的性能。“双模加”激光制导炸弹将为美军及其盟友提供一种精确、经济、具有直接打击能力的武器。
2016年1月，雷声公司成功开展了“战斧”Block 4导弹的新型导引头系留飞行试验。本次试验的导引头使用了改进的鼻锥，并装备了新的模块化多模处理器，由T-39测试飞机搭载。在为期三周的试验中，测试飞机模拟了“战斧”Block 4导弹的飞行状态，对地面和海上移动目标进行了探测、跟踪与瞄准，验证了该导引头的相关组件达到6级技术成熟度需具备的能力。目前，雷声公司正在为“战斧”Block 4导弹升级双向数据链、改进导引头，以提高导弹的数据传输速率、末制导精度和自动目标识别能力，预计于2017年开始为现有的“战斧”导弹换装新型导引头。
5. 精确制导前沿技术
当前，前沿技术发展迅速，实现了诸多新的技术突破，为精确制导技术的革命性发展提供了基础。2016年，美国在太赫兹、量子、图像识别等技术领域取得了一系列进展，将进一步推进目标探测与识别技术的发展，在精确制导领域具有潜在应用价值。
太赫兹波兼具毫米波和长波红外波段的特性，具有脉冲宽度窄、穿透性强、传输速率高、抗干扰能力强等特性，可用于侦察、精确制导、探测微小目标、实施精确定位等。2016年，美国在太赫兹技术研究方面取得了诸多新进展。诺斯罗普·格鲁曼公司研制的太赫兹行波管放大器取得了新突破。行波管放大器（TWTA）是一种利用真空空间调节无线信号和电子之间相互干扰的微型装置，诺斯罗普·格鲁曼公司将其工作的太赫兹频率范围提高了200倍。美国西北工业大学研发出可在室温工作的紧凑太赫兹辐射源。该辐射源采用强耦合应变平衡量子级联激光器设计，不需要复杂的真空系统、外部泵激光器或低温冷却系统，可产生1~5太赫兹频率的辐射。美国加州大学洛杉矶分校发现了一种制造太赫兹频率半导体激光器的新方法，研制了首个太赫兹垂直腔表面发射激光器。该激光器提供了一种在太赫兹波段输出高功率、高质量光束的途径，有利于进一步设计具有特定偏振、形状和光谱性质的输出光束。
量子成像是一种全新的成像体制，可实现对目标的高分辨率、高灵敏度、高精度探测，并提供更多的目标信息，能够克服现有探测技术的原理性瓶颈难题。美国加州大学研发出一种具有纳米尺度空间分辨率和敏感性的量子传感器技术。单自旋量子传感器类似牙刷，每个“毛”包含一个单一的、坚实的纳米金刚石晶体，其顶端具有一种特殊的凹陷，即氮空位（NV）中心。在金刚石的碳晶格中，有2个相邻的原子缺失，其中一个空位被氮原子填充，能够感应特定的材料特性，特别是磁性的传感。研究人员利用量子传感器对一种含有涡流的超导材料了进行研究，实现了对单个涡流的成像。
DARPA正致力于积极探索图像处理新技术，以期提高图像处理时效，实现更精细的成像。2016年8月，DARPA发布了“分层识别验证利用”（HIVE）项目公告，寻求一种效率比标准处理器高1000倍的可扩展图像处理器，用于处理基本几何图像数据。该项目将重点提高随机存储器的数据传递效率、实现高效并行、改善可扩展性、设计图像计算专用计算器，以解决现有处理器需依靠外部数据中心对大量图像数据进行深度分析的问题。2016年9月，DARPA启动了“可重构成像”（ReImagine）项目，希望通过结合来自多个传感器的数据，使用机器学习的方法实现图像的动态调整。DARPA设计的成像系统中将包含一个能容纳一百万像素的指甲大小的阵列，每个像素利用1000多个晶体管实现可编程能力，可根据所传送的图像进行配置。该项目的目标是实现类似于可编程门阵列的可配置成像系统，开发出预测和配置传感器的理论和算法，使传感器的测量值发挥最大价值。
四、新一代精确制导武器的发展趋势与微系统技术
1. 精确制导系统面临的挑战及对策
近年来，精确制导系统所面临的目标、环境、任务使命发生了显著变化，精确制导系统面临着日益严峻的挑战。除了中低空飞机、巡航导弹和海面中大型舰艇、地面装甲目标、桥梁、跑道、指挥中心、雷达站等常规目标以外，新发展的精确制导系统需要探测的目标包括了隐身舰艇、超低空无人机、超高速飞机、高空高速巡航导弹、临近空间空天飞行器、弹道导弹等高威胁度目标。同时，各类军事目标的特性也发生了显著变化，时空分布更加广阔密集，突防、干扰对抗及伪装、隐蔽手段更加灵活多变。
高速、高机动的空中和空间隐身目标大量涌现，再加上强地物杂波广泛分布和有源干扰、无源干扰等先进干扰手段的大量应用，以“蜂群”的方式进行攻击的无人机和空面武器，使精确制导武器的探测环境日趋严峻，使目前的精确制导武器的作战性能显著下降。新一代精确制导系统必须进一步提高在复杂战场环境中的探测性能，满足复杂战场环境中可靠探测高速、高机动、隐身、隐蔽、伪装目标和群目标的迫切需求。
（1） 精确制导系统发展演变的基本规律
从精确制导系统的发展历程来看，其发展演变的基本规律是：逐步由低维度探测向高维度探测演进。对于红外寻的制导系统而言，处理维度增加的表现是，目标检测与跟踪的信号空间由早期点源体制（调制盘、十字叉、玫瑰扫）的时域1维检测，已经演化出二维空域检测、时空域三维检测、时空域三维跟踪后检测（TBD），随着多光谱和偏振成像体制的发展，还在向更高维的检测与跟踪方向发展。同时，目标分类识别的信号空间由传统的波形特征识别、2维成像识别，进一步向基于空间几何特征、多光谱特征、偏振特征等构成的多维空间综合识别方向发展。输入维度的增加的表现是，红外寻的制导系统由早期的窄带、单谱段、单偏振向成像逐步向宽带、多谱段、多偏振向成像演变。采用多谱段、偏振成像等技术，可以在更宽光谱域范围和多偏振向域中更加有效地观测目标与环境的差异，以改善系统的目标检测、抗干扰、目标识别等性能。可以预期，未来还将更多地利用包括目标和环境先验信息及其他传感器信息等在内的多种资源，使红外寻的系统在更加复杂环境中具备更高的探测跟踪性能。
对于主动雷达寻的制导系统而言，处理维度增加的表现是，目标检测与跟踪的信号空间由早期的1维检测，已经演化出时-频域2维检测（如脉冲多普勒）和检测后跟踪，正进一步向距离-方位-扫描周期构成的3维跟踪后检测（TBD）演变。输入维度增加的表现是，主动雷达寻的系统由早期的窄带、单频、单极化逐步向宽带、多频段、多极化演变。采用频率捷变、多频段、极化捷变、多极化等技术，可以在更宽频域范围和多极化域中更加有效地观测目标与环境的差异，以改善雷达的目标检测、低仰角跟踪、反侦测抗干扰等性能；采用瞬时宽带、正交多波形等技术，以改善雷达分辨率、截获概率和空域凝视覆盖等性能。多模复合制导由于采用两种或多种模式的寻的导引头共同参与制导，其目标探测、跟踪与识别的信号空间相对于单模寻的制导有了进一步的增加。
（2）精确制导系统的发展趋势
表1概况了精确制导系统所面临的某些挑战和可能采取的对策。归纳起来，未来的精确制导系统技术将向智能化、网络化方向发展。
表1 精确制导信息系统面临的挑战和应对对策
2. 精确制导系统智能化技术
智能化导弹和精确制导系统智能化的概念是为了借助于人工智能技术使导弹适应复杂多变的战场环境和激烈博弈的对抗条件下精确打击各类目标的需求而提出的。
智能化导弹指采用人工智能技术的导弹系统，能够自主地对各种感知的信息进行处理，对外界环境、目标特性及其变化进行分析、判断和推理，从而能做出正确的决策和反应，在复杂多变的战场环境下准确地攻击目标。
精确制导系统智能化的技术内涵是运用人工智能技术，由弹载计算机综合利用弹载传感器获得的信息和导弹接收的天基、空基或地面控制站的信息及目标特征数据库，通过弹上计算机信息处理和复杂任务规划，实现类似人脑的目标智能选择、识别、抗干扰等决策，从而引导和控制在复杂、对抗的战场环境中准确、精确地打击目标。
实现精确制导系统智能化的技术基础在于：弹载目标探测技术不断提高，获取信息能力持续增强，为对目标进行高灵敏度的探测和高精度的识别、跟踪奠定了基础；随着导弹武器信息化、网络化信息交联能力的提高，可以在本身获取目标信息的基础上，充分利用信息化、网络化协同作战系统提供的信息；计算机技术和人工智能技术的快速发展。
从信息处理的角度讲，导弹武器精确制导问题可概括为：对伴有噪声、自然干扰、人为干扰信息的场景信息进行精细处理与分析，结合目标先验知识，按需求给出关于目标的不同层次的状态信息与识别结果。导弹武器精确制导技术是关系导弹武器作战效能与智能化的核心。值得指出的是，精确制导信息处理过程，一方面，由于涉及关于信息的高层分析、理解与归纳推理等操作，机理相对复杂；另一方面，导弹武器对目标识别查全率、查准率等性能有更高要求，因此技术上难度大。
在导弹精确制导过程中，导弹武器对外部复杂战场环境的感知与信息交互主要是通过弹上导引头设备实现的。导引头作为导弹的核心分系统之一，担负着目标探测、分类识别、干扰对抗等职责，为导弹武器实现目标截获、选择、跟踪、打击提供决策支持。从工作内容与性质上讲，导弹导引头可看作一类针对特殊应用的智能系统。常见的导引头工作体制包括微波/毫米波制导、可见光/红外制导、多模复合制导等。不同工作体制主要体现在感知、获取外部场景信息的介质、途径不同，对应可得到关于场景与目标不同的物理特性信息。近年来，随着电子集成、微系统等技术的快速发展，导引头设备的集成度也越来越高，在相同或更小的体积下已经实现极化复合、频段复合、多模复合等多种探测体制的一体化集成设计。导引头复合能力的提高增强了其对复杂战场环境的广域信息感知能力，能够在更高维度的信息空间中实现对目标与场景的更加全面、精细地描述，但同时也对导引头多维度、多属性、大规模信号处理能力、智能化水平等提出了更高的要求。
精确制导系统智能化体现在以下几个主要方面：
（1）基于多源异构信息融合处理的智能化战场态势分析判断
运用人工智能技术，由弹载计算机综合利用弹载传感器获得的信息和导弹接收的天基、空基或地面控制站的信息及目标特征数据库，通过弹上计算机对多源异构信息处理，完成对目标的准确检测与分类识别，以及对战场态势的分析判断。
（2）智能化突防与威胁规避
运用人工智能技术，由弹载计算机利用弹载被动射频传感器等获得的信息和导弹接收的其他导弹或飞机的被动射频传感器的信息及目标特征数据库，探测敌方的射频辐射源并完成分类、定位，实现对战场电子态势的分析判断，规划导弹的最佳突防路径。
（3）复杂战场环境下的智能化目标探测识别和抗干扰
结合人工智能技术，由弹载计算机利用弹载射频成像传感器、红外成像传感器等获得的信息和目标特征数据库，在复杂战场环境下以低虚警率探测感兴趣的敌方目标并完成分类、识别。
（4）群弹攻击智能化协同探测制导
对于采用体系化弹群攻击或拦截模式的导弹集群，通过群弹中相同或不同探测体制、波段的导引头在不同距离、不同角度下对目标的多条件联合探测，实现比单枚导弹独立探测更优的目标识别、抗干扰能力。需开展多弹间信息交互与协同处理技术研究，实现高动态环境下智能化自适应组网、信号级/信息级探测协同、多平台多源信息融合、群体的分布式智能化协同，以及弹群集体智能化决策。
精确制导系统智能化的理想效果是：通过自动处理弹载传感器感知的信息及由信息化、网络化协同作战系统信息系统所提供的信息，对外界环境、目标特性及其变化做出实时、正确的分析、判断和推理，从而能在各种复杂的战场对抗环境条件下做出正确的决策和反应，使导弹能自主攻击希望打击的敌方目标。
3. 精确制导系统发展的技术途径：微系统技术
微系统技术是以微电子技术、微光电技术和微机电系统/纳机电系统（MEMS/NEMS）技术为基础，通过系统构架技术和算法软件技术，将微传感器、微机构或微执行器、微控制器、各种接口以及微能源等集成为一体化多功能系统的技术。先进的信息处理理论及微电子技术是微系统技术的基础，也是支撑精确制导武器应对未来战场复杂作战环境的核心技术之一，对精确制导武器的发展具有巨大的推动作用。飞速发展的微系统技术为精确制导信息处理系统实现强大的运算处理能力提供了有力的支撑，可提升复杂系统设计能力，对导引头目标识别、抗干扰等复杂系统设计和强大的处理能力需求具有巨大的支撑潜能。
自1992成立以来，美国国防部DARPA微系统技术办公室（MTO）已经在微处理器、微机电系统和光子元器件等微电子产品进行了预先战略投资。经过二十多年的发展，DARPA微系统技术有效支撑了相控阵雷达、高能激光器和红外成像技术等领域的发展，并取得重要进展，有力支持了美国建立和维持技术优势。目前，DARPA已经形成支撑精确制导武器在传感、通信、执行、处理等方面能力变革的微系统技术平台。
与传统装置相比，微系统由于将各种功能高度集成，因此具有微型化、成本低、性能高等优点，对精确制导武器装备发展与作战影响深远。例如，采用微系统技术制造的导弹加速度计和陀螺仪的价格仅为原来的1/50，采用微系统技术研制的芯片级原子钟将比传统原子钟体积缩小100倍；
利用微系统技术发展的微惯性测量装置具有体积小、成本低、质量轻、抗振动、抗冲击能力强和集成化程度高等优点，适用于各种武器的制导系统、光学伺服稳定机构、姿态控制系统等。
例如，美国诺斯罗普·格鲁曼公司制造的SiACTM加速度计，具有战术和导航两种级别的精度，已经在“先进中程空空导弹”“制导多管火箭系统”以及指挥直升机上得到应用。微处理器是微系统技术在导弹中的另一个主要应用，高性能微处理器的应用使导弹制导能力得到进一步提升。
五、结束语
精确制导武器具有命中精度高、突防能力强、杀伤力大、综合效益高等优点，这使得它在现代战争中发挥越来越关键的作用。当前，精确制导武器的发展几乎融入了当今信息时代所有最新的科学技术，特别是以信息技术为核心的高技术发展成果。世界一些地区的武装冲突中几乎到处都有精确制导武器的身影，它正在将人类战争推向一个新的历史阶段。然而，精确制导武器并没有发展到顶峰，主要军事大国都在总结经验教训，力争进一步改进。我国的导弹武器装备已经实现了从原来与国际先进水平‘跟跑’到‘并跑’的重大跨越，部分武器装备已经实现‘领跑’。我国已经进入全球第一梯队，但与世界最先进水平仍然存在差距。同时，现在研发武器装备，也要讲究经济可承受性，要在不断提升性能的同时降低武器研制成本，这也是未来努力的一个重要方向，而微系统技术将会是技术途径之一。我国精确制导武器的发展将由需求牵引，推动科技创新。通过关键技术突破，甚至是颠覆性的技术研发，真正走向自主创新之路，真正实现建设军事强国目标，真正实现精确制导武器的“领跑”。
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