航天技術(shù)概論(四)

1、第四章 導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng) 4.1 概述 4.1.1制導(dǎo)系統(tǒng)的功用及組成 圖4.1 導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成 引導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)系統(tǒng)：探測(cè)或測(cè)定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)或發(fā)射點(diǎn)的位置探測(cè)或測(cè)定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)或發(fā)射點(diǎn)的位置，按照要求的 彈道，形成引導(dǎo)指令形成引導(dǎo)指令，并將引導(dǎo)指令傳送給控制系統(tǒng)傳送給控制系統(tǒng)。 由探測(cè)設(shè)備和導(dǎo)引指令形成裝置組成。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)：響應(yīng)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)指令信息響應(yīng)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)指令信息，產(chǎn)生作用力產(chǎn)生作用力，迫使導(dǎo)彈改變迫使導(dǎo)彈改變 飛行軌跡，使導(dǎo)彈沿著要求的彈道飛行飛行軌跡，使導(dǎo)彈沿著要求的彈道飛行; ; 或者穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行或者穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行。 由導(dǎo)彈姿態(tài)敏感元件、操縱面位置敏感元件

2、、計(jì)算機(jī)、作動(dòng)裝 置、操縱面和彈體組成。 4.1.2制導(dǎo)系統(tǒng)的分類(lèi) 自主式制導(dǎo)：自主式制導(dǎo)：不需要從目標(biāo)或制導(dǎo)站獲取信息，完全由彈上制導(dǎo)設(shè)備 測(cè)量周?chē)h(huán)境的物理特性產(chǎn)生導(dǎo)引信號(hào)，使導(dǎo)彈沿預(yù)定 彈道飛向目標(biāo)的制導(dǎo)。 遙控式制導(dǎo)：遙控式制導(dǎo)：是由導(dǎo)彈以外的指揮站向?qū)棸l(fā)出引導(dǎo)信息，使導(dǎo)彈飛 向目標(biāo)的制導(dǎo)方式。 自尋的制導(dǎo)：自尋的制導(dǎo)：是由彈上設(shè)備直接感受目標(biāo)輻射或反射的各種信號(hào)（聲、 光、電、磁、熱等）而形成控制指令實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)。 圖4.2 慣性制導(dǎo)原理圖 4.2 自主式制導(dǎo)系統(tǒng) 定義定義 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)是指利用彈上的慣性元件（陀螺、加速度計(jì)），測(cè)量 導(dǎo)彈相對(duì)于慣性空間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如加速度等

3、），并在給定運(yùn)動(dòng)的初 始條件的基礎(chǔ)上，由制導(dǎo)計(jì)算機(jī)算出導(dǎo)彈的速度、位置等參數(shù)，并將 算出的位置信息與方案計(jì)算機(jī)的預(yù)定值進(jìn)行比較，形成引導(dǎo)指令，以 導(dǎo)引導(dǎo)彈按預(yù)定彈道飛行。 4.2.1 慣性制導(dǎo) 1 1）加速度計(jì)）加速度計(jì) 慣性元件 Pks Pk s a mm k s aaks m 2 2）陀螺儀）陀螺儀 陀螺陀螺 + + 支撐及輔助裝置支撐及輔助裝置 陀螺儀具有陀螺儀具有定軸性定軸性和和進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性。 定軸性：轉(zhuǎn)軸在慣性空間定軸性：轉(zhuǎn)軸在慣性空間保持恒定的方向。保持恒定的方向。 陀螺 進(jìn)動(dòng)角速度為：進(jìn)動(dòng)角速度為： MM HJ 陀螺儀 陀螺儀發(fā)展的兩個(gè)方向陀螺儀發(fā)展的兩個(gè)方向 1 1、高精度、高

4、精度 測(cè)量誤差：常值漂移和隨機(jī)漂移。測(cè)量誤差：常值漂移和隨機(jī)漂移。 高精度：高精度：0.000010.00001/h/h 中等精度：中等精度：0.10.1/h/h 低精度：幾度低精度：幾度/h/h 2 2、低成本、小型化、低成本、小型化 陀螺的分類(lèi)陀螺的分類(lèi) 三浮陀螺三浮陀螺 （液浮、氣浮、磁懸?。┮焊?、氣浮、磁懸?。?靜電陀螺、靜電陀螺、 激光陀螺、激光陀螺、 光纖陀螺光纖陀螺 1983-1994美國(guó)各類(lèi)陀螺比例美國(guó)各類(lèi)陀螺比例 陀螺穩(wěn)定平臺(tái) 平臺(tái)式慣導(dǎo)制導(dǎo)原理圖 慣性制導(dǎo)的分類(lèi)慣性制導(dǎo)的分類(lèi) 平臺(tái)式慣導(dǎo)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)平臺(tái)式慣導(dǎo)和捷聯(lián)式慣導(dǎo) 捷聯(lián)式慣導(dǎo)制導(dǎo)原理圖 慣導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1）抗干擾能

5、力和隱蔽性強(qiáng)，可提供全球?qū)Ш侥芰Γ?2）誤差隨時(shí)間累計(jì)增大，需要初始對(duì)準(zhǔn)； 4.2.3 地形匹配制導(dǎo)(terrain contour matchingTERCOM) 預(yù)先用偵察衛(wèi)星或其它偵察手段，測(cè)繪出導(dǎo)彈預(yù)定飛行路 線(xiàn)的地形高度數(shù)據(jù)并制成數(shù)字地圖，存貯在彈上制導(dǎo)系統(tǒng)中。 導(dǎo)彈發(fā)射后，彈上測(cè)量裝置實(shí)際測(cè)得的地形數(shù)據(jù)與存貯在彈上 的數(shù)字地圖進(jìn)行比較，利用地形等高線(xiàn)匹配來(lái)確定導(dǎo)彈的地理 位置，并將導(dǎo)彈引向預(yù)定區(qū)域或目標(biāo)的制導(dǎo)。雷達(dá)高度表 氣壓高度表 4.2.44.2.4景象匹配區(qū)域相關(guān)制導(dǎo)景象匹配區(qū)域相關(guān)制導(dǎo)(scene matching area correlation) 利用彈上設(shè)備實(shí)拍導(dǎo)彈飛

6、行地區(qū)的景物圖像（實(shí)時(shí)圖），經(jīng)過(guò)數(shù)字 轉(zhuǎn)換，與預(yù)存的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)陣列(基準(zhǔn)圖)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行配準(zhǔn)比較，來(lái)確 定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)位置的制導(dǎo)技術(shù)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)景象匹配制導(dǎo)。 4.2.5衛(wèi)星導(dǎo)航 定義：接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，通過(guò)解算，獲得載體的位置、接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，通過(guò)解算，獲得載體的位置、 速度、姿態(tài)信息，以此來(lái)形成導(dǎo)引指令的制導(dǎo)系統(tǒng)。速度、姿態(tài)信息，以此來(lái)形成導(dǎo)引指令的制導(dǎo)系統(tǒng)。 典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 美國(guó)的美國(guó)的GPSGPS 前蘇聯(lián)的前蘇聯(lián)的GLONASSGLONASS 中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)(BDS) 1)GPS（Global Positioning

7、 System） GPS 空間部分 地面監(jiān)控部分 用戶(hù)接收機(jī) ：24顆星，軌道高度2.02萬(wàn)千米，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分. ：4個(gè)監(jiān)控站、1個(gè)上行注入站和1個(gè)主控站 GPS的工作原理 ：被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航 GPS的導(dǎo)航精度 P碼目前己由16m提高到6m， C/A碼目前己由25100m 提高到12m，授時(shí)精度日前約20ns。 式中：vti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提 供。vto為接收機(jī)的鐘差。 2）GLONASS系統(tǒng) 由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個(gè) 近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆 衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周

8、期 11小時(shí)15分，軌道傾角64.8。 GLONASS系統(tǒng)單點(diǎn)定位精度水平方 向?yàn)?6m，垂直方向?yàn)?5m。 項(xiàng)目GPSGLONASS 星座衛(wèi)星數(shù)2424 軌道面?zhèn)€數(shù)63 軌道高度20183公里19100公里 運(yùn)行周期11小時(shí)58分11小時(shí)15分 軌道傾角55度65度 載波頻率 L1:1575.42MHz L1:1602.561615.50 MHz L2:1227.60MHz L2:1246.441256.50 MHz 傳輸方式碼分多址頻分多址 調(diào)制碼C/A-碼和P-碼S碼和P碼 時(shí)間系統(tǒng)UTCUTC 坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84SGS-E90 3）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS) BeiDou（COMPA

9、SS）Navigation Satellite System BDS 空間部分：5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星 地面部分：主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站 用戶(hù)部分 第二階段： 區(qū)域性無(wú)源區(qū)域性無(wú)源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（2012-12-27） 16顆導(dǎo)航衛(wèi)星 第一階段： 區(qū)域性有源區(qū)域性有源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，“北斗一號(hào)” 20002003 3顆地球同步衛(wèi)星（2顆工作星，定點(diǎn)在東經(jīng)80和140 1顆備份星，定點(diǎn)在東經(jīng)110.5) 覆蓋范圍東經(jīng)約70140，北緯555。 第三階段： 全球性無(wú)源全球性無(wú)源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（2020年前） 35顆導(dǎo)航衛(wèi)星 開(kāi)放服務(wù)： 定位精度10m，測(cè)速精度0.2

10、m/s，授時(shí)精度10ns。 指揮站發(fā)出波束(無(wú)線(xiàn)電波束、激光波束)，控制波束自動(dòng) 跟蹤目標(biāo)。彈上制導(dǎo)設(shè)備感知導(dǎo)彈偏離波束的方向和距離，并 產(chǎn)生相應(yīng)的引導(dǎo)指令，操縱導(dǎo)彈始終沿著波束飛向目標(biāo)。 單波束系統(tǒng)（按三點(diǎn)法導(dǎo)引），圖單波束系統(tǒng)（按三點(diǎn)法導(dǎo)引），圖(a)(a) 雙波束系統(tǒng)（按前置點(diǎn)法導(dǎo)引）雙波束系統(tǒng)（按前置點(diǎn)法導(dǎo)引）, ,圖圖(b)(b) 4.3 遙控式制導(dǎo) 4.3.1 波束制導(dǎo) 原理原理 制導(dǎo)控制指令由彈外的制導(dǎo)站產(chǎn)生，由指令傳輸通道傳輸?shù)?導(dǎo)彈上，操縱導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。 組成組成 （1）跟蹤測(cè)量裝置：跟蹤測(cè)量裝置：目視的、光學(xué)的、雷達(dá)的、電視的目視的、光學(xué)的、雷達(dá)的、電視的 （2）指令形成裝

11、置指令形成裝置 （3）指令傳輸裝置：指令傳輸裝置：有線(xiàn)的、無(wú)線(xiàn)的有線(xiàn)的、無(wú)線(xiàn)的 （4）指令接收和變換裝置指令接收和變換裝置 分類(lèi)分類(lèi) 目視有線(xiàn)指令制導(dǎo)目視有線(xiàn)指令制導(dǎo)(紅箭紅箭-73) 、光學(xué)有線(xiàn)指令制導(dǎo)光學(xué)有線(xiàn)指令制導(dǎo)（）、（）、 雷達(dá)無(wú)線(xiàn)指令制導(dǎo)雷達(dá)無(wú)線(xiàn)指令制導(dǎo)（紅旗（紅旗-2）、）、電視指令制導(dǎo)（鷹擊電視指令制導(dǎo)（鷹擊63） 4.3.2 指令制導(dǎo) 雷達(dá)指令制導(dǎo)示意圖 電視指令制導(dǎo)工作原理圖 分類(lèi) （1）主動(dòng)式自尋的 彈上有能量發(fā)射裝置。照射到目標(biāo)上，彈上有能量發(fā)射裝置。照射到目標(biāo)上， 被目標(biāo)反射回來(lái)，被導(dǎo)彈接收。被目標(biāo)反射回來(lái)，被導(dǎo)彈接收。 （2）半主動(dòng)式自尋的 在導(dǎo)彈外有照射源。照射到目標(biāo)上，在導(dǎo)彈外有照射源。照射到目標(biāo)上， 被目標(biāo)反射回來(lái)，被導(dǎo)彈接收。被目標(biāo)反射回來(lái)，被導(dǎo)彈接收。 （3）被動(dòng)式自尋的 利用目標(biāo)輻射的紅外線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電波工作利用目標(biāo)輻射的紅外線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電波工作。 4.4 自尋的制導(dǎo) 主動(dòng)式自尋的 半主動(dòng)式自尋的 被動(dòng)自尋的 4.5 復(fù)合制導(dǎo) 目的：提高導(dǎo)引精度，增加制導(dǎo)距離和抗擾能力提高導(dǎo)引精度，增加制導(dǎo)距離和抗擾能力。 “愛(ài)國(guó)者”MIM-10