反临近空间目标技术发展及展望

范继兆

江南机电设计研究所  贵州贵阳  550009

摘要：临近空间飞行器具备的超高速、全空域、快速全球打击特性，必将降低全球战略格局的稳定性，打破现有的战略平衡，对未来的国家空天安全构成重大威胁。本文将从通过分析反临近空间目标的难点，从制导控制系统的角度论述了反临技术的发展现状，最后对未来反临近空间目标的发展方向进行展望。

关键词：反临技术；拦截策略；制导系统；中末制导

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引言:

临近空间飞行器是指飞行速度大于5马赫、能在大气层内和跨大气层中远程飞行的飞行器。其主要应用形式为助推-滑翔飞行器、高超声速巡航飞行器、高超声速飞机等。高超声速武器可以对全球任何区域的重要战略目标和高价值目标实施突然性的先发制人的打击，具有巨大的发展前景，必将成为世界军事强国的空天竞争要地和高地，对大国冲突背景下的导弹防御策略和军备控制策略产生持续且深远的影响，对未来的国家空天安全构成重大威胁[1-2]。

面对临近空间武器这一重大战略威胁，应建立有效防御的手段。

1、拦截难点分析

对高超声速目标的拦截难点主要在于[3-5]：

1） 临近空间飞行器类型多,飞行速度极快,飞行范围跨度大,飞行环境复杂,飞行过程中全程受控且控制量未知,运动特性、突防模式不明确；

2）临近空间目标普遍采用乘波构型, 能够突破升阻比屏障，大幅度提高升阻比，因而获得较大的气动力进行侧向机动或跳跃式飞行，相较于弹道式目标，其机动弹道多变，加之迎头RCS较小，探测难度大，目标跟踪及航迹预测难度大，极大增加了拦截的难度；

3）临近空间目标飞行速度很大，压缩了武器系统的反应时间，拦截导弹不具有速度上的优势，攻击区域小，弹目相对速度大，末制导工作时间极其有限，拦截导弹在临近空间的可用过载有限，末制导修偏难度大；为实现对临近空间目标的最佳攻击，拦截导弹需满足高空可用过载受限、终端弹目交会角小、有限时间收敛等约束条件，同时面对目标可能存在机动

突防，中末制导律设计难度大。

2、反临制导技术

在反临近空间目标的制导技术方面，比例导引的结构简单，实现容易，目前已有不少学者将其应用于反临技术研究，然而面对目标的高机动模式，比例导引性能下降，末端脱靶量过大进而导致拦截失败的现象。

考虑到目标的超高速大空域强机动特性，国内外不少学者研究了基于临近空间目标运动特性的预测遭遇点方法研究，并在导引律上做出改进，引入先进控制理论，将导引律改进为最优制导、滑模制导和微分对策导引律等 [6-8]。最优导引律能节省能量保持末端足够过载；微分对策导引律能对目标机动做出合理应对，提高拦截精度；滑模制导律可以补偿外界未知干扰以及，具有良好的鲁棒性。然而，滑模变结构理论在快时变系统的抖振问题是一直存在且急需解决的难题，；最优导引律及微分对策导引律会跟随机动导致能量快速流失，影响末端拦截精度，此外这类导引律的设计需要精确的数学模型及目标精确的制导信息，对于复杂的反临问题，精确获取如目标加速度等制导信息基本上是不可能的，这进一步限制了先进导引律的应用前景。

因此，目前的制导技术还很难满足拦截临近空间飞行器的需求。

3、反临制导技术的研究方向及展望

从目前国内外对反临近空间目标在制导系统上的研究结果来看，在应对超高速目标这个难题的基础上，还需考虑目标高精度状态估计问题以及机动目标拦截的导引律设计问题。因此，从制导控制系统的角度出发，针对临近空间滑翔飞行器的研究方向主要包括以下几点：

1）临近空间目标的运动特性研究

研究典型临近空间目标的运动特性、飞行约束、典型机动模式及突防模式研究，分析临近空间目标飞行走廊，为制定拦截策略、实现高精度制导奠定基础。

2）临近空间目标的运动参数估计方法研究

目标的信息主要由地面制导雷达及弹上导引头获取，若能建立典型临近空间目标机动模型和弹道模型库，分析现有机动模型和跟踪方法的特点，根据目标运动特性和弹道特性选择合适的机动模型和跟踪方法建立滤波模型，设计有效的滤波方法实现高精度快收敛弹道跟踪；完成临近空间高速机动目标的高精度运动状态获取，无疑能为精度制导弥补不足。

3）临近空间目标的航迹预测方法

临近空间目标的未知机动对预测遭遇点的判断带来很大影响，因此，未来考虑基于以上弹道跟踪研究成果，通过研究基于多模型的非弹道式机动目标航迹预测方法、基于弹道外推的航迹预测方法、基于滤波理论的航迹预测方法，基于神经网络的航迹预测方法等形成适用于临近空间目标特点的航迹预测方法，提高对非弹道式目标航迹预测的准确度和精度，降低拦截弹在拦截过程中的压力。

4）基于目标航迹预测的智能制导律研究

根据目标运动特性及航迹预测结果获取拦截临近空间目标的预测遭遇点信息，制定最优拦截策略，并基于智能控制方法开展多约束中制导律设计，解决高空中末制导交班、末制导有限时间收敛、高速机动目标拦截、终端交会角约束等问题，从而达到理想的拦截精度。

4、总结

反临技术的研究直接关乎国家空天安全，具有极重要的研究意义。本文从拦截难点分析以及当下国内外的反临技术研究现状论述了目前制导系统的主要困难，并基于此分析了反临问题未来的研究方向，对未来反临技术的研究和应用具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]叶喜发,张欧亚,李新其,邱艳粉,张飞翔. 高超声速巡航导弹的潜在用途与作战概念设想[J]. 现代防御技术,2019,(6).

[2]张海林,周林,马骁,汪禹喆,. 临近空间飞行器发展现状及军事应用研究[J]. 飞航导弹,2014,(7).

[3]张海林,周林,郑铌,张锋,李鹏,. 地基拦截临近空间导弹可行性分析[J]. 装甲兵工程学院学报,2015,(5).

[4]熊俊辉,唐胜景,郭杰,. 基于空基拦截器的高超声速飞行器防御拦截[J]. 现代防御技术,2014,(1).

[5]HU Wei-jun，ZHOU Jun． Analysis of the Interception Strategy of the Near Space Vehicle and Capability of theInterception Weapon ［J］． Modern Defence Technology， 2012，40( 1) : 11－15．

[6]J. Z. Ben-Asher, N. Farber, S. Levinson. New Proportional Navigation Law for Ground-to-Air Systems. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2003, 26(5): 822-825.

[7]黄春华. 助推滑翔飞行器远程防御机动拦截中制导技术[D]. 国防科学技术大学: 国防科学技术大学,2018.

[8]J. Z. Ben-Asher, N. Farber, S. Levinson. New Proportional Navigation Law for Ground-to-Air Systems. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2003, 26(5): 822-825

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