制導(dǎo)與控制技術(shù)作業(yè)

1、制導(dǎo)與控制技術(shù)1104330126 席家禎陀螺的基本特性及其應(yīng)用基本特性：定軸性、進(jìn)動(dòng)性實(shí)際應(yīng)用：航天器的定向； 船舶上減小首尾或兩舷的不同時(shí)起伏陀螺儀在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡目標(biāo)瞄準(zhǔn)和保持自身穩(wěn)定中的作用哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的3個(gè)遙感裝置中每個(gè)都裝有一個(gè)陀螺儀和一個(gè)備份，以保證望遠(yuǎn)鏡的指向。瞬時(shí)地理位置測(cè)量原理導(dǎo)航平臺(tái)一般模擬的是地理坐標(biāo)系ONED，飛行器的位置一般都用地理經(jīng)緯度和來(lái)表示。如果X軸指北（N），Y軸指東（E），則用經(jīng)緯度表示的飛行器位置為式中：R為地球半徑，為地理經(jīng)緯度初始值。初始對(duì)準(zhǔn)：初始速度、初始位置。地形匹配制導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理基本原理：利用地形識(shí)別技術(shù)，將導(dǎo)彈當(dāng)時(shí)彈道下的實(shí)測(cè)地形特征和

2、預(yù)定彈道下的已知地形特征相比較確定導(dǎo)彈位置與偏離誤差，形成導(dǎo)引信號(hào)，使導(dǎo)彈準(zhǔn)確地按預(yù)定路線(xiàn)導(dǎo)向目標(biāo)。制導(dǎo)精度與工作波長(zhǎng)、天線(xiàn)孔徑、彈目距離的關(guān)系制導(dǎo)精度在很大程度上取決于目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的角分辨率。探測(cè)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的角分辨率越高，則制導(dǎo)精度越高。工作波長(zhǎng)愈短、探測(cè)系統(tǒng)的孔徑越大，彈目距離越近，則角分辨率越高。由于彈徑有限，靠增加天線(xiàn)孔徑來(lái)提高分辨率是有限的。精確制導(dǎo)武器主要是縮短波長(zhǎng)，工作于毫米波、紅外和可見(jiàn)光波段。光譜濾波與空間濾波的方法光譜濾波:采用帶通濾光片（如吸收濾光片、散射濾光片、偏振濾光片、干涉濾光片）與探測(cè)器響應(yīng)波長(zhǎng)組合起來(lái)抑制不希望的輻射進(jìn)入系統(tǒng)?？臻g濾波：目標(biāo)是在一定背景下出

3、現(xiàn)的，若它們的波長(zhǎng)不同可用光譜濾波的方法區(qū)分。若輻射波長(zhǎng)相近或一樣，則可根據(jù)輻射體的大小、形狀不同，用空間濾波方法區(qū)分，例如用調(diào)制盤(pán)方法光電轉(zhuǎn)換之前對(duì)目標(biāo)輻射能進(jìn)行調(diào)制的目的 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦的像點(diǎn)，是強(qiáng)度隨時(shí)間不變的熱能信號(hào)，直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到的信號(hào)只能表明視場(chǎng)內(nèi)有目標(biāo)存在，不能獲取目標(biāo)的失調(diào)信息，因此要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制（按照要傳遞的信息來(lái)改變載體的一個(gè)或多個(gè)參量）。調(diào)制器的作用（1）使恒穩(wěn)的光能轉(zhuǎn)變成交變的光能將恒定的目標(biāo)輻射能量（不考慮目標(biāo)距離、方向及大氣對(duì)紅外輻射的影響）調(diào)制為交變的電信號(hào)，以便信號(hào)處理。（2）抑制背景干擾（空間濾波作用）基于點(diǎn)源目標(biāo)和大面積背景元之間尺寸特性的差異。（

4、3）提供目標(biāo)的方位和失調(diào)信息紅外探測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)幅度、相位的變化反映了目標(biāo)空間位置的變化，信號(hào)處理電路分解出這種變化，并進(jìn)行座標(biāo)變換，就得出目標(biāo)的方位和失調(diào)信息。旋轉(zhuǎn)調(diào)幅式調(diào)制盤(pán)的工作原理 原理：根據(jù)物體張角的不同，濾除云彩所反射的太陽(yáng)光線(xiàn)、低空飛行時(shí)地面輻射的紅外線(xiàn)干擾。（張角：物體輪廓最大尺寸點(diǎn)和導(dǎo)彈探測(cè)器連線(xiàn)的夾角。）云彩的像大，在透過(guò)調(diào)制盤(pán)后，照射到光敏電阻上始終是個(gè)常數(shù)值，因而光敏電阻輸出信號(hào)是個(gè)直流信號(hào)，可利用交流放大器濾除。成象跟蹤方法根據(jù)信號(hào)來(lái)源的不同，尋的制導(dǎo)系統(tǒng)可分為哪三種類(lèi)型？ 根據(jù)信號(hào)來(lái)源不同，尋的制導(dǎo)系統(tǒng)可分為主動(dòng)、被動(dòng)和半主動(dòng)三種類(lèi)型。遭遇段目標(biāo)多普勒頻率的計(jì)算及其

5、在起爆控制中的應(yīng)用 雜波多普勒頻率的分析主動(dòng)尋的導(dǎo)引頭的雜波多普勒頻率令VT = 0，得雜波多普勒頻率雜波元位置不同， 則也不同， 的取值范圍-1，+1，故主動(dòng)尋的系統(tǒng)雜波多普勒頻率范圍：平臺(tái)跟蹤活動(dòng)式導(dǎo)引頭的工作原理1. 發(fā)射前裝定?？刂普鞠?qū)椦b定目標(biāo)信息使導(dǎo)引頭對(duì)選定的跟蹤目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)。指令以電信號(hào)形式加到放大器上，放大后再加到力矩馬達(dá)My、Mz上產(chǎn)生使萬(wàn)向支架旋轉(zhuǎn)的力矩，結(jié)果陀螺產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，平臺(tái)也改變位置，使天線(xiàn)初步對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)的方向。2. 目標(biāo)捕獲。在指令裝定之后，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1調(diào)整到2的位置，轉(zhuǎn)入自動(dòng)跟蹤工作狀態(tài)。從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)含有目標(biāo)偏離天線(xiàn)軸線(xiàn)ox的大小及符號(hào)等信息，失調(diào)電壓經(jīng)K

6、1反饋給放大器，再加到力矩馬達(dá)上，結(jié)果使平臺(tái)調(diào)整，亦即使天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)角度，使目標(biāo)正好處于天線(xiàn)軸線(xiàn)ox方向上。3. 目標(biāo)跟蹤。導(dǎo)彈發(fā)射后一定時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2調(diào)整到2位置，失調(diào)信號(hào)不僅控制導(dǎo)引頭天線(xiàn)跟蹤，而且也加到形成導(dǎo)彈飛行控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)電路中。4. 自動(dòng)選擇器。按距離和速度選擇目標(biāo)信號(hào)。半主動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)雜波譜分析特點(diǎn)：主瓣雜波出現(xiàn)在雜波區(qū)高端。副瓣雜波較平坦。尾部接收機(jī)的參考信號(hào)與直饋波耦合信號(hào)均相對(duì)發(fā)射頻率f0下移了一個(gè)多普勒頻率VM/，整個(gè)雜波的寬度為2VM/。目標(biāo)信號(hào)的頻率則上移（2VT+VM）/ 。目標(biāo)的檢測(cè)在雜波以外的系統(tǒng)熱噪聲譜區(qū)進(jìn)行。由于導(dǎo)彈在低空飛行時(shí)，其飛行的方向不同

7、，導(dǎo)引頭接收天線(xiàn)波束的指向不同，使得地物、背景中不同反射點(diǎn)與導(dǎo)彈的相對(duì)速度有很大差異，因而導(dǎo)引頭收到的雜波譜是個(gè)寬譜結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，目標(biāo)回波的多普勒頻率和雜波多普勒頻率是不重迭的。因而可以通過(guò)檢測(cè)預(yù)定的多普勒頻譜區(qū)是否存在目標(biāo)信號(hào)來(lái)判定目標(biāo)。TVM制導(dǎo)的原理1) 目標(biāo)搜索與截獲2) 目標(biāo)跟蹤與照射3) 導(dǎo)彈的TVM跟蹤4) 目標(biāo)信息的下行通信5) 地面信息處理6) 跟蹤制導(dǎo)指令的上行通信主動(dòng)式雷達(dá)導(dǎo)引頭的工作體制。按信號(hào)的形式，可分為脈沖式、連續(xù)波式及脈沖多普勒式三種：（1）脈沖主動(dòng)式雷達(dá)導(dǎo)引頭優(yōu)點(diǎn)：測(cè)距；時(shí)分方式解決收發(fā)隔離。利用距離跟蹤能提高對(duì)目標(biāo)的鑒別能力，有效地克服一些雜波及多目

8、標(biāo)的干擾。沒(méi)有速度分辨能力，抗固定地/海雜波能力較差，僅適用于對(duì)付大反射截面積、低速度軍艦?zāi)繕?biāo)，多用于亞音速飛行的反艦導(dǎo)彈。（2）連續(xù)波主動(dòng)式雷達(dá)導(dǎo)引頭有速度分辨能力，但波形在時(shí)間上連續(xù)，收發(fā)隔離困難。（3）脈沖多普勒主動(dòng)式雷達(dá)導(dǎo)引頭時(shí)分方式解決收發(fā)隔離問(wèn)題。具有距離/速度鑒別能力，有很強(qiáng)的雜波抑制能力，可以在較強(qiáng)的雜波背景中檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)回波。主動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)雜波譜分析 雜波譜主要由主瓣雜波、副瓣雜波和高度線(xiàn)雜波組成。在低空下視時(shí)，雜波最為嚴(yán)重，常比導(dǎo)引頭接收機(jī)的熱噪聲大70-90dB。動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)原理不考慮切向飛行目標(biāo)是時(shí)，固定目標(biāo)和動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率不同。固定目標(biāo)多普勒頻率通常為零，動(dòng)目標(biāo)不為

9、零，因此我們便可以通過(guò)多普勒頻率來(lái)檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)。切向力和法向力的作用切向力能改變導(dǎo)彈飛行速度的大小，而法向力能改變導(dǎo)彈飛行速度的方向，都能控制導(dǎo)彈重心運(yùn)動(dòng)，所以稱(chēng)它們?yōu)榍邢蚩刂屏头ㄏ蚩刂屏?，或統(tǒng)稱(chēng)為控制力。低速流動(dòng)的基本方程及其應(yīng)用對(duì)于一定量的理想氣體，其特性由狀態(tài)參數(shù):壓強(qiáng)p、密度和溫度I確定。氣體從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)，其狀態(tài)參數(shù)關(guān)系滿(mǎn)足狀態(tài)方程：流動(dòng)氣體除上述三個(gè)狀態(tài)參數(shù)，還要加上空氣流速v，它們之間遵循的關(guān)系可用氣體流動(dòng)的基本方程表示。高速流動(dòng)的流量方程及其應(yīng)用氣體低速流動(dòng)，密度變化很小。在高速流動(dòng)時(shí)，密度變化顯著，氣體可壓縮性不容忽視。高速流動(dòng)的流量方程（流速與截面積關(guān)系）：

10、式中M=v/a，a為大氣中的聲速，A為氣流的截面積。由上式可知：當(dāng)M<1時(shí)（亞音速流），速度變化率與截面積變化成反比；當(dāng)M>1時(shí)（超音速流），速度變化率與截面積變化成正比；因此，當(dāng)亞音速流欲加速至超音速流，可以采用先收縮后擴(kuò)張的方法。應(yīng)用：拉瓦爾噴管。彈翼升力系數(shù)與攻角的關(guān)系彈體的升力系數(shù)在小攻角范圍內(nèi)（<15°）與攻角成線(xiàn)性關(guān)系，即： 失速產(chǎn)生的原因隨著攻角進(jìn)一步增加，Cy增大到最大值。如果再進(jìn)一步增大攻角，則Cy反而會(huì)下降，這種情況稱(chēng)為失速。靜矩與導(dǎo)彈穩(wěn)定性之間的關(guān)系正靜距（壓力中心處于重心之后）的導(dǎo)彈，在受到頭部向上的擾動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)頭部向下的力矩，反之亦然，

11、即其具有恢復(fù)其原始位置的傾向。因此，正靜距意味著導(dǎo)彈是靜穩(wěn)定的。零靜距（壓力中心與重心重合）的導(dǎo)彈將是中性穩(wěn)定的。負(fù)靜距（壓力中心位于重心前面）的導(dǎo)彈則是靜不穩(wěn)定的。副翼的作用副翼是兩機(jī)翼外側(cè)后緣一塊狹長(zhǎng)的可動(dòng)翼面，左右對(duì)稱(chēng)安裝，其功能是控制飛行器繞縱軸滾轉(zhuǎn)或制止?jié)L轉(zhuǎn)。副翼總是差動(dòng)偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致在左翼面和右翼面上產(chǎn)生的附加升力方向相反，從而產(chǎn)生對(duì)X1軸的滾轉(zhuǎn)力矩。當(dāng)副翼舵偏角比較小的情況下，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩與舵偏角呈線(xiàn)性關(guān)系。表征飛行誤差的兩種坐標(biāo)系（1）直角坐標(biāo)（2）極坐標(biāo)控制方法分為哪兩大類(lèi)？（1） 空氣動(dòng)力控制（2）發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制導(dǎo)彈的操縱性和穩(wěn)定性之間的關(guān)系導(dǎo)彈的操縱性越好，導(dǎo)彈就越容易改變其

12、原來(lái)的飛行狀態(tài)；而導(dǎo)彈的穩(wěn)定性越好，導(dǎo)彈就越不容易改變其原來(lái)的飛行狀態(tài)，因此，提高導(dǎo)彈的操縱性，就會(huì)削弱導(dǎo)彈的穩(wěn)定性；提高導(dǎo)彈的穩(wěn)定性，就會(huì)削弱導(dǎo)彈的操縱性。另一方面，靜穩(wěn)定性差，則要求導(dǎo)彈的自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)生操縱力矩，用以克服外加干擾，保持導(dǎo)彈的穩(wěn)定。在這種情況下，如果導(dǎo)彈的操縱性好，導(dǎo)彈在自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)作用下，能夠很快地改變其飛行狀態(tài)，迅速達(dá)到穩(wěn)定。這說(shuō)明，提高導(dǎo)彈的操縱性有助于加強(qiáng)導(dǎo)彈的穩(wěn)定性。導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性和操縱性之間的關(guān)系因?yàn)椴倏v導(dǎo)彈作曲線(xiàn)飛行的過(guò)程，就是導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)的過(guò)程，有了好的操縱性，一定能獲得高的機(jī)動(dòng)性。但是，操縱性是表示操縱導(dǎo)彈的效率，即導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化量和相應(yīng)的操縱元件發(fā)生動(dòng)作（

13、如舵面偏轉(zhuǎn)角）的變化量之比，是一個(gè)相對(duì)量；機(jī)動(dòng)性是表示改變導(dǎo)彈飛行方向的能力，即導(dǎo)彈操縱元件發(fā)生最大動(dòng)作（如舵面偏轉(zhuǎn)到最大角度）時(shí)，導(dǎo)彈所能產(chǎn)生的法向加速度，它是一個(gè)絕對(duì)量。導(dǎo)彈控制面的三種結(jié)構(gòu)1）尾控制面2）前控制面3）活動(dòng)翼尾控制面與前控制面的控制效率對(duì)比分析假定導(dǎo)彈的前進(jìn)速度恒定，導(dǎo)彈不發(fā)生橫滾，且只考慮水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)(重力作用為零)。假定彈體、翼和尾部控制面產(chǎn)生的法向力N都在中心位置，它的作用點(diǎn)過(guò)壓心。由于控制面偏轉(zhuǎn)了值，因而將產(chǎn)生一個(gè)法向控制力Nc，設(shè)Nc作用點(diǎn)距重心的距離為lc。方向舵產(chǎn)生的力矩NcLc如果數(shù)值上等于NX*（這里X*是靜距）就是一種動(dòng)態(tài)平衡。如果Lc/X*=10 ，則N=10Nc，于是，總的側(cè)向力=9Nc 。應(yīng)當(dāng)注意，總側(cè)向力與Nc方向相反。導(dǎo)彈作為一個(gè)整體產(chǎn)生的側(cè)向力同控制面偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的力同向，如果Lc/X*=10 （仍同尾部控制情形一樣），此時(shí)的總法向力為11Nc 。因此，前控制面比尾控制面