导弹制导和控制系统技术介绍.docx

《导弹制导和控制系统技术介绍.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导弹制导和控制系统技术介绍.docx（15页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、导弹制导和控制系统技术介绍目录1 .前言22 .传感器33 .加速度计34 .导弹飞行各阶段41. 1.指导阶段44. 2.升压阶段44.3.中途阶段54.4.终末阶段55.制导系统的类型55.1.概述55.2.控制指导65.3.归位指导75.3.1.概述75.3.2.主动寻的75.3.3.半主动归位85.3.4.被动归位85.3.5.通过导弹重传寻的或跟踪(TVM)85.3.6.准确性95.3.7.幅度比较单脉冲95.3.8.干涉仪(相位比较单脉冲)95.3.9.复合材料系统105.3.10.混合指导106 .独立的制导系统106. 1.概述107. 2.预设指导108. 3.导航制导系统1

2、19. 4.惯性制导1110. 5.天体参考127 .地面制导方法128 .引导飞行路径139 .可变飞行路径141610.总结1.前言由于导弹技术对武器领域的广泛影响，导弹一词在二战后通常与导弹武器同义使用。在非制导的情况下，初始条件（如火车、仰角、舰炮中的火药装药）和外部弹道效应是与正态分布一起影响“射击落下”的参数。在技术进步允许的情况下（同时威胁复杂性不断降低），导弹的发展使军事武器终端精度的显着提高成为可能。自动控制在导弹技术的广泛领域很普遍，包括：1）水下寻的鱼雷2）地对地空气动力学制导导弹3）洲际弹道导弹4）空对空导弹5）地对空制导导弹6）制导炮弹7）制导系统基础8）目的和功能每

3、个导弹制导系统都由高度控制系统和飞行路径控制系统组成。高度控制系统的作用是通过控制导弹的俯仰、横滚和偏航，将导弹保持在有序飞行路径上的所需高度。高度控制系统作为自动驾驶仪运行，抑制倾向于使导弹偏离其有序飞行路径的波动。飞行路径控制系统的功能是确定目标拦截所需的飞行路径，并生成对高度控制系统的命令以保持该路径。在这一点上应该清楚的是，“制导和控制”的概念不仅涉及维护特定车辆在空间中从A点到B点的路径，还涉及车辆在遵循路径时的正常行为。沿着规定的路径到达目标的一半，然后变得动态不稳定的导弹就无法留在路径上（或者由于空气动力载荷而在结构上失效）。为了正常运行，这种车辆必须“驾驶”并能够响应控制信号。

4、制导和控制系统的操作基于反馈原理。当存在制导误差时，控制单元对导弹控制面进行校正调整。控制单元还将调整控制面，以稳定导弹的横滚、俯仰和偏航。将引导和稳定校正相结合，并将结果作为误差信号应用于控制系统。2 .传感器导弹中的制导系统可以与飞机的人类飞行员进行比较。当飞行员将他的飞机引导到着陆场时，制导系统会“看到”它的目标。如果目标很远或被遮挡，可以使用无线电或雷达波束来定位它并将导弹指向它。热、光、电视、地球磁场和罗兰都被发现适合特定的引导目的。当电磁源用于引导导弹时，天线和接收器安装在导弹中以形成所谓的传感器。传感器拾取或感应引导信息。由电磁手段以外的导弹使用其他类型的传感器，但每种导弹都必须

5、有一些接收“位置报告”的手段。使用的传感器类型将由最大操作范围、操作条件、所需信息类型、所需精度、视角、传感器的重量和尺寸以及目标类型及其速度等因素决定。3 .加速度计舰船和导弹惯性导航系统的核心是加速度计的布置，它将检测车辆运动的任何变化。要了解加速度计在惯性制导中的使用，检查所涉及的一般原理会有所帮助。加速度计，顾名思义，是一种测量加速度的设备。就其基本形式而言，这些设备很简单。例如，可以在横向轴上自由摆动的钟摆可用于测量沿导弹前后轴的加速度。当导弹向前加速时，钟摆往往会滞后于船尾;钟摆从其原始位置的实际位移将是加速力大小的函数。另一个简单的装置可能由支撑在两个弹簧之间的重物组成。当施加加

6、速力时，重物将从其原始位置向与施加的力相反的方向移动。质量（重量）的运动符合牛顿第二运动定律，该定律指出物体的加速度与施加的力成正比，与物体的质量成反比。如果沿前后轴的加速度恒定，则只需将加速度乘以经过的时间即可确定导弹在任何时刻的速度。但是，加速度可能会在一段时间内发生很大变化。在这些条件下，需要积分来确定速度。如果导弹速度恒定，则可以简单地通过将速度乘以飞行时间来计算覆盖的距离。但是因为加速度不同，速度也不同。因此，有必要进行第二次集成。加速度计的移动元件可以连接到电位计，或可变电感器磁芯，或能够产生与元件位移成比例的电压的其他设备。通常有三个双积分加速度计连续测量导弹在三个方向上的行进距

7、离射程，高度和方位角。双积分加速度计是对加速度敏感的设备，通过两步过程测量距离。然后将这些测量的距离与预设到导弹中的所需距离进行比较;如果导弹偏离航线，校正信号将发送到控制系统。加速度计对重力加速度和导弹加速度敏感。因此，测量距离和方位距离的加速度计必须安装在相对于重力拉力的固定位置。这可以在移动的导弹中完成，方法是将它们安装在由陀螺仪或恒星跟踪望远镜稳定的平台上。然而，当导弹经过地球时，必须移动该平台，以使每个加速度计的敏感轴相对于重力的拉力保持在固定位置。这些因素导致惯性系统的精度随着导弹飞行时间的增加而降低。为了消除不必要的振荡，加速度计单元中包括一个阻尼器。阻尼力应该足够大，以防止发生

8、任何振荡，但仍允许质量的显着位移。当存在这种情况时，质量的运动将与车辆的加速度成正比。如果表壳在箭头指示的方向上遇到加速度，弹簧将提供与质量的向下位移成比例的再应变力，而粘性流体将用于抑制任何不良振荡。质量(M)可以相对于铁芯(C)自由地来回滑动。当车辆经历加速度时，与质量位移成比例的电压(E)被拾取并放大。电流(仍然与位移有关)被送回磁芯周围的线圈。线圈周围产生的磁场在质量上产生力，从而抑制振荡。在这个系统中，加速度可以通过质量的位移(X),电压(E)或电流(I)来测量。4 .导弹飞行各阶段4.1指导阶段导弹制导一般分为助推、中航和终端三个阶段。这些名称是指飞行路径的不同部分。升压阶段也可以

9、称为发射或初始阶段。4.2.升压阶段海军地对空导弹通过助推器组件加速到飞行速度。这个助推器周期从导弹离开发射器开始持续到助推器燃烧其燃料。在带有单独助推器的导弹中，助推器在烧毁时会从导弹上掉落。该阶段的目标是将导弹放置在太空中可以“看到”目标或可以接收外部制导信号的位置。在某些导弹的助推阶段，制导系统和空气动力学表面被锁定到位。其他导弹在助推阶段被引导。4. 3.中途阶段指导的第二阶段或中途阶段通常是距离和时间最长的。在飞行的这一部分，可能需要进行更改以使导弹进入所需的航线并确保它保持在该航线上。在此制导阶段，可以通过多种方式中的任何一种向导弹提供信息。在大多数情况下，中段制导系统用于将导弹放

10、置在目标附近，其中在指导的最后阶段使用的系统可以接管。在其他情况下，中途引导系统用于第二和第三指导阶段。5. 4.终末阶段导弹制导的最后阶段必须具有高精度以及对制导信号的快速响应。在这一阶段，导弹性能成为一个关键因素。导弹必须能够在不断减少的可用飞行时间内执行拦截所需的最后机动。导弹的机动性将取决于速度和机身设计。因此，终端制导系统必须与导弹性能能力兼容。目标加速度越大，终端引导方法就越重要。适当的指导方法将在本章的后面部分讨论。在某些导弹中，特别是短程导弹中，制导的所有三个阶段可能使用单一制导系统，而其他导弹的每个阶段可能具有不同的制导系统。5.制导系统的类型5. 1.概述导弹制导系统可分为

11、两大类：由人造电磁装置制导的导弹和由其他方式制导的导弹。第一类是那些由雷达、无线电设备控制的导弹，以及那些使用目标作为电磁辐射源的导弹。后一类是依靠机电装置或与恒星（自给式制导系统）等自然来源的电磁接触的导弹。所有与人造光源保持电磁辐射接触的导弹都可以进一步细分为两个子类别。1）控制制导导弹2）寻的制导导弹6. 2.控制指导控制制导导弹是在与友方控制点直接电磁辐射接触的基础上制导的导弹。寻的制导导弹是在与目标直接电磁辐射接触的基础上制导的导弹。控制制导通常取决于控制点和导弹之间雷达（雷达控制）或无线电（无线电控制）链路的使用。通过使用通过无线电或雷达链路从控制点发送的制导信息，可以引导导弹的飞

12、行路径。本章将使用雷达控制制导作为讨论的模型，因为它是迄今为止控制制导方法最常见的应用。所讨论的原则可以很容易地应用于无线电（包括电视）控制指导。雷达控制制导：雷达控制制导可以细分为两个独立的类别。第一类简称为指挥指导方法。第二种是波束骑手方法，它实际上是对第一种方法的修改，但雷达的使用方式不同。命令指导：术语命令用于描述一种制导方法，其中所有制导指令或命令都来自导弹以外的来源。导弹的制导系统包含一个接收器，能够接收来自舰船或地面站或飞机的指令。然后，导弹飞行路径控制系统将这些命令转换为制导信息，这些信息被馈送到姿态控制系统。在指挥制导方法中，使用一个或两个雷达来跟踪导弹和目标。一旦雷达锁定在

13、目标上，跟踪信息就会被输入计算机。然后发射导弹并被雷达跟踪。目标和导弹射程、仰角和方位不断馈送到计算机。分析此信息并计算导弹拦截飞行路径。然后将适当的制导信号传输到导弹接收器。这些信号可以通过改变导弹跟踪雷达波束的特性或通过单独的无线电发射器来发送。雷达指挥制导方法可用于舰船、空中或地面导弹运载系统。一种相对较新的有线指挥制导现在可用于一些短程反坦克型武器。这些系统使用光学瞄准器跟踪目标，而武器发出特征性的红外特征，用于用红外传感器跟踪武器。感知武器从视线（1OS）到目标的偏差，并生成制导命令，这些命令通过直接线链路馈送到飞行中的武器控制系统。每种武器都包含线轴，当弹头飞出视线到达目标时，线轴

14、会发出。这些系统的当前使用是在相对轻便，便携式，短程的战场环境中针对装甲目标，其中其高精度和大量弹头得到最有效的使用。横梁骑手方法：波束骑手法与雷达指令制导法的主要区别在于，导弹跟踪雷达波束的特性在波束骑乘系统中没有变化。该导弹的设计使其能够根据其相对于雷达扫描轴的位置制定自己的校正信号。在回顾了锥形扫描跟踪的原理后，最好理解该技术。导弹的飞行路径控制单元对与制导雷达扫描轴的任何偏差都很敏感，并且能够计算出正确的飞行路径校正。这种类型的系统的一个优点是只需要一个雷达。当然，这种雷达必须具有锥形扫描功能，以便提供目标跟踪能力和导弹飞行路径校正参考轴。第二个优点是，由于导弹制定了自己的方向命令，因

15、此可以发射几枚导弹同时“骑”光束，而不需要繁琐复杂的多导弹指挥系统。由于雷达波束扩散，该系统的精度会随着射程而降低，并且导弹更难保持在中心。如果目标移动非常迅速，导弹必须遵循不断变化的路径，这可能导致其经历过度的横向加速度。6.3. 归位指导5. 3.1.概述归位制导系统通过在武器中使用对目标的某些显着特征做出反应的装置来控制飞行路径。归位装置可以对各种能量形式敏感，包括射频、红外、反射激光、声音和可见光。为了锁定目标，导弹或鱼雷必须至少通过前面提到的角度跟踪方式之一确定目标的方位角和仰角。如有必要，主动寻的导弹还将具有确定目标射程的手段。跟踪由可移动的导引头天线或带有固定电子扫描阵列的阵列执行，该阵列正在开发用于导弹并在某些鱼雷中运行。通过幅度比较单脉冲法确定角度误差比旧的COSERO系统更受欢迎，因为具有更高的数据速率和更快的响应时间;然而，相位比较单脉冲或干涉仪方法在某些应用中具有优势。归位引导方法可分为三种类型：1）主动归位2）半主动归位3）被动归位这些方法可以用于使用上述任何能量形式的寻求者，尽管某些方法可能因能量形式的性质而被排除在外;例如，人们不会建造被动激光导引头或主动或半主动红外导引头。5.3.2.主动寻的在主动寻的中，武器包含发射器和接收器。搜索和采集与任何跟踪传感器一样进行。使用单站几何形状跟踪目标，其中来自目