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—1—能立体作战的智能地雷研究摘要随着科学技术的迅猛发展，一种可自动识别目标、自动控制装药爆炸，在最有利的时机主动出击，毁伤目标的新型智能地雷已被广泛重视，它突破了地雷仅仅是地面防御武器概念，成为命中精度高、攻击针对性强、感知范围广，能攻击坦克、装甲车和低空飞行武装直升机等目标的立体作战武器。它实现了自动组网、相互通信，确保系统与指挥中心的双向通信能力，具有立体的精确毁伤能力，必将成为未来信息化作战条件下的反机动作战的重要武器，也将极大的改变局部战争的表现形式。关键词：立体作战，智能地雷，研究一、概述地雷是一种被动式攻击武器，它作为一种爆炸性武器在第一次世界大战期间大量使用在战场上，并在此后的历次战争中都发挥了特有的作用。当前，世界各国任然非常重视部队机械化建设，武器装备的装甲化程度越来越高，地雷可以摧毁这些装甲车辆，阻滞敌方的行动，杀伤敌方有生力量，争取作战时间，本身有具有价格低廉，携带方便，布设简单快速，便于伪装又不受地形限制，不易扫除等特质，所以依然是敌我双方装甲对抗的利器。但传统地雷使用效率低、可控制能力弱、无目标识别能力易造成友军伤害，且战争结束后排雷花费人力、物力大，未清除的地雷又长期的威胁平民的生命和财产安全，其战后误伤引发国际社会的严重谴责。目前，一种可自动识别目标，自动控制装药爆炸，并在最佳时机主动出击毁伤目标的自主式攻击智能地雷已初露端倪，并呈现出智能化程度越来越高的发展趋势。智能地雷又称灵巧地雷、自寻的地雷，能自主探测、跟踪、识别和主动攻击目标、具有一定人工智能的地雷。智能地雷具有命中精度高、攻击针对性强、感知范围广，并能主动攻击点面目标及有立体作战能力的突出特点，是一种集高技术于一体，集火力障碍于一身的新型地雷，突破了传统地雷仅仅是地面防御武器概念和与弹之间的传统界线，把地雷的作战空间从几平方米扩展到了数万平方米，使地雷成为能够主动攻击点面目标，并且把攻击目标从地面延伸到了低空飞行的武装直升机，成为具有立体作战能力的新型武器。—2—二、智能地雷的组成与工作原理智能地雷通过采用现代传感技术、引信技术和制导技术，能根据传感器接收的声信号区分直升机目标和坦克目标，然后对它们进行精确定位，在进攻坦克目标时，智能地雷一般采用莫敏弹技术进行二次启爆，而对付直升机目标时一般采用自锻破片或预制破片束直接攻击目标，从而阻止直升机超低空飞行。（一）智能地雷系统的组成为实现智能地雷的自主作战功能，一般智能雷系统由运转布撒系统、雷场控制系统、探测识别系统、伺服随动系统、发射系统、子弹药系统、自毁系统、发射平台装置、安全保险系统、电源、中央控制系统共11大部分组成，各个子系统在中央控制系统的统一指挥下相互作用，构成一个有机的统一体。智能地雷场，可以由单一型地雷组成，也可由两种类型的智能地雷（反坦克智能地雷和反直升机地雷）组成。（二）智能地雷的工作原理当智能地雷可通过飞机、火炮或火箭完成自动布撒后,自动接通电源,通信/定位分系统开始工作,自动完成无线传感器网络构建,并进行网络节点定位,形成无线网络系统,通过自含的测时定位机制确定各地雷相对位置及其坐标系,进入“值守”状态。当有目标“入侵”时,各节点微音器地震头按同步顺序发送本节点采集的地面空中目标信号,高技术传感器对反直升机地雷以通过声传感器、震动传感器和信号处理器探寻直升机螺旋桨叶片的独特声响,并能分辨直升机的类型,实现探测、识别目标，通过分析和提取侦听的目标声音、地震辐射信号的时域、频域特征,并与本地存贮的各类目标特征库数据比较,对目标的属性和类型进行识别分类,区分敌我目标。在目标识别的基础上,通过随机分布式传感器网络的测向定位机制与简单快速算法,实现目标当前瞬间的定位,然后将相继瞬间测定的目标位置集成并与目标动态模型进行拟合(即称为跟踪),预报目标未来位置等。战斗部根据目标的定位及时随动到目标所对应的方位,并对目标实施攻击。三、智能地雷的特点及分类（一）智能地雷特点智能地雷安装了自动探测、寻的、动力和识别等装置，改变传统地雷被动攻击为主动攻击，具备长时间的自动探测目标，自动识别目标，自动空中投送，自动计算弹道，并实施主动的快速攻击能力。具有使用方便快捷，效封锁区域大，威力高、杀伤力大，攻击目标范围广，性能稳定可靠等特点。一是使用方便快捷。自动布撒地雷日益成为布设的发展趋势,不仅可以快速布设,—3—而且可以对雷场的布设进行控制。现今，西方军事强国研发的智能地雷智能化程度更高,自动布设后,自动组成智能网络,自动探测、识别并实现对目标的攻击与毁伤,具有协同作战的能力。操作人员与地雷之间,地雷与地雷之间可进行无线通信,以实现对雷场的计划、管理和使用,从而大幅度提高雷场的效能。二是有效作战面积大。由于高性能传感器、自动发射装置等在智能上的使用，大大拓展了智能地雷值守空间，封锁区域面积，将传统地雷数米封锁半径扩大到了几百米的范围，如俄罗斯旋律20反直升机地雷可对目标1000米以内的目标进行识别、跟踪、确认。三是杀伤威力大。高性能炸药和EFP等新型战斗部的应用，使智能地雷的杀伤模式、有效杀伤半径和威力也得到了大大提升。英、法研制的“阿杰克斯”反坦克侧甲雷，能在2～200米距离内穿透700毫米以上厚度的装甲。四是攻击目标多样化。多数智能地雷都安装了自动发射装置，将攻击目标从地面步兵和装甲车辆拓展到200米以下时速350千米以内的低空飞行武装直升机，弥补了防控武器系统对超低空飞行武装直升机探测困难的缺点，它与高炮、导弹、共同构成了雷弹炮的多层防护网体系。五是性能稳定可靠。反直升机智能地雷在布设后处于休眠状态，只有声探测系统处于值班状态，当直升机飞入探测器的声警戒区域后，地雷声识别系统对直升机的噪声进行识别，根据直升机旋翼的叶片数和发动机转速来确定是敌军还是我机，当友方部队通过时，它可关闭传感器，防止误攻击。美国AHM反直升机地雷通过声传感器和信处理器探寻直升机螺旋桨叶片的独特声响，并能分辨直升机的类型，其可靠性达90%。（二）智能地雷的分类智能地雷已在近几次具备战争中成功应用，根据对付目标的不同，智能地雷可分为两大类，即反坦克智能地雷和反直升机智能地雷。1、反坦克智能地雷反坦克智能地雷命中率高，并且具有可选择攻击目标薄弱部位的能力，主要用于攻击敌方坦克、自行火炮、步兵战车、装甲运输车和工程车等装甲目标；其功能是可以支援和影响直接火力与间接火力作战，封锁交通要道，保护和警戒我军防线，阻碍敌人进攻速度，打乱敌军的作战计划、时间表和机动性，以干扰战争的流动性。按照毁伤坦克部位的不同，可以分为反坦克车底雷、反坦克车侧甲雷和反坦克顶甲雷。（1）反坦克车底雷反坦克车底雷主要用于穿甲坦克或其他装甲车辆的底甲，破坏其内部设备和杀伤—4—其乘员。反车底雷的装药结构有两种，一种是聚能装药，另一种是爆炸成型弹丸（EFP）装药，配用非触发引信，如磁、震动-磁、声-磁等。具有体积小、重量轻、威力大等特点。当坦克从地雷上方通过时，采用磁感应引信引爆战斗部，药型罩形成高速爆炸成型弹丸，击穿坦克底部装甲，并产生高速飞散破片，杀伤乘员，毁坏装备，使坦克丧失战斗力。其典型代表有美国的M70/M73式反坦克地雷。（2）反坦克侧甲雷用于击穿坦克或其他装甲车辆的侧甲，破坏内部设备，杀伤乘员使其丧失战斗力。通常布设在不便设置反履带地雷和反车底地雷的路段及其它区域，用以封锁道路、隘口、登陆渡河场、城镇街区和沼泽地。其主要代表有美国的M66式、英法研制的阿杰克斯/阿皮拉、德国反坦克侧甲滚雷等。（3）反坦克顶甲雷当反坦克顶甲雷声探测器探测到目标并确认攻击后，地雷通过指令作用由发射装置抛向空中，在红外探测器指引下，自动跟踪目标，飞向坦克，当达到坦克上方时，地雷射出EFP攻击并击穿坦克顶甲。其典型代表有美国的MX-93广域地雷、法国的玛扎克声控增程反坦克地雷等。2.反直升机智能地雷反直升机地雷是20世纪80年代末以来，随着武装直升机的广泛运用，在自寻的反坦克地雷的基础上发展起来的。它预设在直升机可能经过的航线上，探测和摧毁15至200米范围内低空飞行的直升机，或迫使敌直升机高飞，使其暴露在己方防空武器探测范围和有效射程之内。反直升机智能地雷在布设后处于休眠状态，当声探测系统探测到直升机飞入声警戒区域并识别、确认攻击后，休眠状态智能地雷进入战斗状态，随动系统迅速带动战斗指向敌机飞行方向，红外、毫米波探测器探测目标是否进入有效攻击区，敌机进入有效攻击去后，地雷自行点火，战斗腾起后在空中启爆，爆炸成型的破片或弹丸依靠巨大的动能摧毁敌机低空飞行的直升机目标。反直升机智能地雷配用战斗部主要为多爆炸成型弹丸（MEFP）,战斗部爆炸后，能够向同一方向发射多个EFP战斗部。其典型代表有美国AHM反直升机地雷、俄罗斯旋律20反直升机地雷，英国AHM反直升机地雷，保加利亚AHM-1反直升机地雷，和AHM200反直升机地雷等俄罗斯TEMP-20反直升机地雷等。3.反步兵智能地雷反步兵智能地雷通常由人工布设遥控操作，可用于控制人员的移动，为小股部队提供保护，并可充当传感器使用，为战场指挥网络提供状态和位置信息。其典型代表—5—是美国蜘蛛反步兵智能地雷，它被认为是一种网络化弹药，没枚地雷有6个弹药发射器，每个发射器控制60度的扇形区域，士兵可通过无线电对地雷进行控制。四、智能地雷研制的关键问题智能地雷之所以能准确地探测跟踪坦克、装甲战车、低空飞行的武装直升机，并对这些目标发起主动、精确攻击，就是因为它和探测技术、传感器技术、微处理器技术等高新技术结合在一起，使智能地雷有了前所未有的活力。而声、震传感器阵列探测和组网通信技术是其具有智能的关键之所在。（一）对声目标的定位技术智能地雷工作于被动方式，通过对声目标的定位与跟踪，实现对目标的探测、识别和定位，多采用声阵列探测技术，美国国防部也把无源声阵列探测技术列为关键性技术之一。1.测向技术智能地雷常常以“守株待兔”方式工作，即只有待目标进入某一固定波束后，探测阵才开始跟踪目标，因而采用单波束或多波束形成系统均可完成对目标的识别。常用声目标测向的波束形成方法主要有常规法、统计最佳法、空间谱估计法和自适应波束形成技术等。常规法假定噪声与信号间以及噪声与噪声间统计独立，不涉及信号和噪声的时空统计特性。统计最佳法，在输入数据某些统计特性已知的条件下，依照某种最佳准则求出波束形成算法中权系数。空间谱估计法可实现多目标测向，该方法是基于矩阵特征值分解法，因而该方法要涉及大量的矩阵运算。自适应波束形成技术，利用接收数据计算信号和噪声的统计特性，并通过某种约束算法来适时地调节权系数。2.测向、测距技术时延估计能完成目标的联合测向和测距。目标同相声波到达各阵元存在时间差，即时延。若能精确测定该时延，并根据声阵的几何关系，便能估计出目标的距离和方位。目前，常采用MLTDE算法进行侧向、测距计数，在小信噪比时按信噪比平方加权，在大信噪比时按信噪比加权，具有较好的综合性能。3.布阵技术波束形成方法或时延估计技术对声目标的定位性能均与所采用的阵型有关，阵不同所得到的目标定位性能也不同，根据不同的战场环境和防御方向，选用合理的几何阵型也是十分重要的。4.后置处理国外智能地雷所采用的声测阵，大多为小孔径阵，这给智能地雷的自动布撤、储—6—存运输等方面带来方便，但这时对声定位技术提出了更高的要求。由于测量噪声的存在，声定位阵输出必然存在误差，因而有必要采取相应的技术措施，对声定位阵输出进行有效的处理。（二）智能雷场的组网技术由于智能地雷在人工或自动布撒后，需要依托自动构建无线传感器建立控制网络,实现对整个雷场地雷状态信息和传感器信息交换,所以智能雷场的组网也是智能地雷有效作用、攻击目标的关键。通过先进的联网技术,雷场的地雷在十秒级时间建立一个无线传感器网络与时间同步,同时通过自含的测时定位机制确定各地雷相对位置及其坐标系,各节点微音器地震头按同步顺序发送本节点采集的地面空中目标信号,并接收场内其它地雷采集的数据,实现对目标进行检测、测向定位并分类识别及航迹跟踪,做出决策判断,引导地雷战斗部随动瞄准并打击。网络拓扑结构发现、构建流程采用WLA