航天技术概论(四)

第 四 章 导 弹 制 导 控 制 系 统4.1 概 述4.1.1制 导 系 统 的 功 用 及 组 成 图4.1 导弹制导系统的基本组成 引 导 系 统 ： 探 测 或 测 定 导 弹 相 对 于 目 标 或 发 射 点 的 位 置 ， 按 照 要 求 的 弹 道 ， 形 成 引 导 指 令 ， 并 将 引 导 指 令 传 送 给 控 制 系 统 。 由 探 测 设 备 和 导 引 指 令 形 成 装 置 组 成 。控 制 系 统 ： 响 应 引 导 系 统 的 引 导 指 令 信 息 ， 产 生 作 用 力 ， 迫 使 导 弹 改 变 飞 行 轨 迹 ， 使 导 弹 沿 着 要 求 的 弹 道 飞 行 ; 或 者 稳 定 导 弹 的 飞 行 。 由 导 弹 姿 态 敏 感 元 件 、 操 纵 面 位 置 敏 感 元 件 、 计 算 机 、 作 动 装 置 、 操 纵 面 和 弹 体 组 成 。 4.1.2制 导 系 统 的 分 类 自 主 式 制 导 ： 不 需 要 从 目 标 或 制 导 站 获 取 信 息 ， 完 全 由 弹 上 制 导 设 备 测 量 周 围 环 境 的 物 理 特 性 产 生 导 引 信 号 ， 使 导 弹 沿 预 定 弹 道 飞 向 目 标 的 制 导 。遥 控 式 制 导 ： 是 由 导 弹 以 外 的 指 挥 站 向 导 弹 发 出 引 导 信 息 ， 使 导 弹 飞 向 目 标 的 制 导 方 式 。自 寻 的 制 导 ： 是 由 弹 上 设 备 直 接 感 受 目 标 辐 射 或 反 射 的 各 种 信 号 （ 声 、 光 、 电 、 磁 、 热 等 ） 而 形 成 控 制 指 令 实 现 制 导 。 图4.2 惯性制导原理图 4.2 自 主 式 制 导 系 统定 义 惯 性 制 导 系 统 是 指 利 用 弹 上 的 惯 性 元 件 （ 陀 螺 、 加 速 度 计 ） ， 测 量导 弹 相 对 于 惯 性 空 间 的 运 动 参 数 （ 如 加 速 度 等 ） ， 并 在 给 定 运 动 的 初始 条 件 的 基 础 上 ， 由 制 导 计 算 机 算 出 导 弹 的 速 度 、 位 置 等 参 数 ， 并 将算 出 的 位 置 信 息 与 方 案 计 算 机 的 预 定 值 进 行 比 较 ， 形 成 引 导 指 令 ， 以导 引 导 弹 按 预 定 弹 道 飞 行 。 4.2.1 惯 性 制 导 1） 加 速 度 计惯 性 元 件P k s P k sa m m k sa a k sm 2） 陀 螺 仪 陀 螺 + 支 撑 及 辅 助 装 置陀 螺 仪 具 有 定 轴 性 和 进 动 性 。定 轴 性 ： 转 轴 在 惯 性 空 间 保 持 恒 定 的 方 向 。陀螺进 动 角 速 度 为 ： M MH J 陀螺仪 陀 螺 仪 发 展 的 两 个 方 向 1、 高 精 度测 量 误 差 ： 常 值 漂 移 和 随 机 漂 移 。 高 精 度 ： 0.00001 /h 中 等 精 度 ： 0.1 /h 低 精 度 ： 几 度 /h2、 低 成 本 、 小 型 化陀 螺 的 分 类 三 浮 陀 螺 （液 浮 、 气 浮 、 磁 悬 浮 ） 静 电 陀 螺 、 激 光 陀 螺 、 光 纤 陀 螺 1983-1994美国各类陀螺比例 陀螺稳定平台 平台式惯导制导原理图 惯 性 制 导 的 分 类 平 台 式 惯 导 和 捷 联 式 惯 导 捷联式惯导制导原理图惯 导 系 统 的 优 缺 点 1） 抗 干 扰 能 力 和 隐 蔽 性 强 ， 可 提 供 全 球 导 航 能 力 ； 2） 误 差 随 时 间 累 计 增 大 ， 需 要 初 始 对 准 ； 4.2.3 地 形 匹 配 制 导 (terrain contour matchingTERCOM) 预 先 用 侦 察 卫 星 或 其 它 侦 察 手 段 ， 测 绘 出 导 弹 预 定 飞 行 路线 的 地 形 高 度 数 据 并 制 成 数 字 地 图 ， 存 贮 在 弹 上 制 导 系 统 中 。导 弹 发 射 后 ， 弹 上 测 量 装 置 实 际 测 得 的 地 形 数 据 与 存 贮 在 弹 上的 数 字 地 图 进 行 比 较 ， 利 用 地 形 等 高 线 匹 配 来 确 定 导 弹 的 地 理位 置 ， 并 将 导 弹 引 向 预 定 区 域 或 目 标 的 制 导 。 雷 达 高 度 表气 压 高 度 表 4.2.4景 象 匹 配 区 域 相 关 制 导 (scene matching area correlation) 利 用 弹 上 设 备 实 拍 导 弹 飞 行 地 区 的 景 物 图 像 （ 实 时 图 ） ， 经 过 数 字转 换 ， 与 预 存 的 基 准 数 据 阵 列 (基 准 图 )在 计 算 机 中 进 行 配 准 比 较 ， 来 确定 导 弹 相 对 于 目 标 位 置 的 制 导 技 术 ， 通 常 简 称 景 象 匹 配 制 导 。 4.2.5卫 星 导 航定 义 ： 接 收 导 航 卫 星 发 射 的 无 线 电 信 号 ， 通 过 解 算 ， 获 得 载 体 的 位 置 、 速 度 、 姿 态 信 息 ， 以 此 来 形 成 导 引 指 令 的 制 导 系 统 。典 型 的 卫 星 导 航 系 统美 国 的 GPS前 苏 联 的 GLONASS中 国 的 北 斗 双 星 1)GPS（ Global Positioning System）GPS 空 间 部 分地 面 监 控 部 分 用 户 接 收 机： 24颗 星 ， 轨 道 高 度 2.02万 千 米 ， 运 行 周 期 约 为 11小 时 58分 .： 4个 监 控 站 、 1个 上 行 注 入 站 和 1个 主 控 站 GPS的 工 作 原 理 GPS的 导 航 精 度 P码 目 前 己 由 16m提 高 到 6m， C/A码 目 前 己 由 25100m 提 高 到 12m， 授 时 精 度 日 前 约 20ns。 式中： vti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。vto为接收机的钟差。 2） GLONASS系 统 由 24颗 卫 星 组 成 ， 均 匀 分 布 在 3个近 圆 形 的 轨 道 平 面 上 ， 每 个 轨 道 面 8颗卫 星 ， 轨 道 高 度 19100公 里 ， 运 行 周 期11小 时 15分 ， 轨 道 倾 角 64.8 。 GLONASS系 统 单 点 定 位 精 度 水 平 方向 为 16m， 垂 直 方 向 为 25m。项目GPS GLONASS星座卫星数24 24轨道面个数6 3轨道高度20183公里19100公里运行周期11小时58分11小时15分轨道倾角55度65度载波频率L1:1575.42MHz L1:1602.561615.50MHz L2:1227.60MHz L2:1246.441256.50MHz传输方式码分多址频分多址调制码C/A-码和P-码S码和P码时间系统UTC UTC坐标系统WGS-84 SGS-E90 3） 北 斗 导 航 系 统 由 2颗 地 球 静 止 卫 星 、 1颗 在 轨 备 份 卫星 、 中 心 控 制 系 统 、 标 校 系 统 和 各 类 用 户机 等 部 分 组 成 。 定 位 系 统 覆 盖 范 围 是 北 纬 5 55 ， 东 经 70 140 之 间 的 心 脏 地 区 ， 上 大 下 小 ， 最 宽 处 在 北 纬 35 左 右 。 定 位 精 度 为 水 平 精 度 100 m， 设 立 标 校 站 之 后 为 20 m(类 似 差 分 状 态 )。 工 作 频 率 ： 2491.75 MHz。 授 时 精 度 约 100ns。 指 挥 站 发 出 波 束 (无 线 电 波 束 、 激 光 波 束 )， 控 制 波 束 自 动跟 踪 目 标 。 弹 上 制 导 设 备 感 知 导 弹 偏 离 波 束 的 方 向 和 距 离 ， 并产 生 相 应 的 引 导 指 令 ， 操 纵 导 弹 始 终 沿 着 波 束 飞 向 目 标 。单 波 束 系 统 （ 按 三 点 法 导 引 ） ， 图 (a)双 波 束 系 统 （ 按 前 置 点 法 导 引 ） ,图 (b)4.3 遥 控 式 制 导4.3.1 波 束 制 导 原 理 制 导 控 制 指 令 由 弹 外 的 制 导 站 产 生 ， 由 指 令 传 输 通 道 传 输 到导 弹 上 ， 操 纵 导 弹 飞 向 目 标 。 组 成 （1）跟 踪 测 量 装 置 ： 目 视 的 、 光 学 的 、 雷 达 的 、 电 视 的 （ 2） 指 令 形 成 装 置 （ 3） 指 令 传 输 装 置 ： 有 线 的 、 无 线 的 （ 4） 指 令 接 收 和 变 换 装 置 分 类 目 视 有 线 指 令 制 导 （ ） 、 光 学 有 线 指 令 制 导 （ 红 箭 -73） 、 雷 达 无 线 指 令 制 导 （ 红 旗 -2） 、 电 视 指 令 制 导4.3.2 指 令 制 导 雷达指令制导示意图 电 视 遥 控 指 令 制 导 工 作 原 理 图 TVM(Tracking Via Missile)制导 利 用 导 弹 上 的 半 主 动 导 引 头 测 量 导 弹 相 对 于 目 标 的 位 置 坐 标 及 其变 化 率 ， 并 将 测 量 结 果 及 弹 上 其 他 运 动 参 数 通 过 下 行 传 输 通 道 传 送 到地 面 的 制 导 站 ， 地 面 制 导 站 计 算 机 将 地 面 制 导 站 测 量 得 到 的 目 标 与 导弹 运 动 信 息 及 弹 上 下 传 的 信 息 进 行 处 理 和 状 态 估 计 ， 根 据 导 引 规 律 的要 求 形 成 控 制 指 令 ， 并 通 过 上 行 传 输 通 道 ， 由 地 面 的 制 导 站 传 送 到 弹上 ， 控 制 导 弹 飞 向 目 标 。 分 类 主 动 式 自 寻 的 、 半 主 动 式 自 寻 的 、 被 动 式 自 寻 的 。 （ 1） 主 动 式 自 寻 的 弹 上 有 能 量 发 射 装 置 。 照 射 到 目 标 上 ， 被 目 标 反 射 回 来 ， 被 导 弹 接 收 。 （ 2） 半 主 动 式 自 寻 的 在 导 弹 外 有 照 射 源 。 照 射 到 目 标 上 ， 被 目 标 反 射 回 来 ， 被 导 弹 接 收 。 （ 3） 被 动 式 自 寻 的 利 用 目 标 辐 射 的 红 外 线 或 无 线 电 波 工 作 。4.4 自 寻 的 制 导 4.5 复 合 制 导目 的 ： 提 高 导 引 精 度 ， 增 加 制 导 距 离 和 抗 扰 能 力 。 “ 爱 国 者 ” MIM-104 制 导 方 式 ： 程 序 +指 令 +TVM 程 序 起 飞 ， 指 令 修 正 ， 弹 上 导 引 头 发 现 目 标 时 ， 进 入 TVM制 导 。 “ 战 斧 ” BGM-109C(海 基 ) 制 导 方 式 ： 惯 导 +地 形 匹 配 +数 字 景 像 匹 配 “ 飞 鱼 ” AM39 制 导 方 式 ： 惯 导 +主 动 雷 达 末 制 导 “ AIM-120A” 制 导 方 式 ： 惯 导 +指 令 修 正 +主 动 雷 达