遙控制導與控制回路

1、遙控制導遙控制導與控制系統(tǒng)遙控制導與控制系統(tǒng) 概論 遙控指令制導 遙控指令的形成及原理 遙控波束制導 遙控制導和控制回路概論 遙控制導是指在制導站發(fā)出引導信號將導彈引向目標的一種制導技術分為兩類：1.遙控指令制導 2.駕束制導目標觀察跟蹤裝置引導指令形成裝置引導指令發(fā)射裝置控制系統(tǒng)導引信道導彈信道目標信道遙控指令制導目標控制系統(tǒng)引導指令形成裝置 觀測跟蹤裝置駕束制導一：遙控指令制導遙控指令制導是指從制導站向導彈發(fā)出引導指令信號，送給彈上控制系統(tǒng)把導彈引向目標的一種遙控制導方式。根據指令傳輸形式不同，遙控指令制導可分為：1.有線指令制導2.無線電指令制導1.有線指令制導最典型的有線指令制導是光學

2、跟蹤有線指令制導，多用于反坦克導彈。有線指令制導系統(tǒng)中制導指令是通過連接制導站和導彈的指令先傳送的。 第一代：射手通過手柄控制導彈飛向目標，對射手的訓練要求較高，但有不易受干擾的優(yōu)點。典型產品有法國的SS-10和原蘇聯(lián)的AT-3。 第二代：射手只需將瞄準具對準目標，導彈便會自動飛過去，大大提高了命中率，使用過程也變得更加簡單，典型產品有“紅箭-8”、美國的“陶”，歐洲的“霍特”、“米蘭”等。 第三代：采用熱成像、毫米波等先進制導技術，改用光纖導線，或采用無線制導，導彈射出去就不再需要射手控制，做到了“發(fā)射后不用管”，其典型產品有美國的“標槍”、以色列的“長釘”等。有線制導典型應用：反坦克導彈紅

3、箭7373（第1 1代）：目視瞄準、跟蹤，導線傳輸指令、手控制導，命中率不大于90。紅箭8 8（第2 2代）：光學瞄準跟蹤，紅外半自動制導、有線傳輸指令，命中概率90。紅箭9 9（第3 3代）：光學瞄準、電視測角、激光駕束制導、三點導向和數(shù)字化控制。發(fā)射后，射手只需將瞄準線對準目標，制導裝置會自動發(fā)出激光指令，控制導彈飛向目標。紅箭9A9A（紅箭9 9改進型）：毫米波制導，比紅箭9的激光指令制導方式提高了抗干擾能力。發(fā)射裝置將毫米波作為傳輸指令的載波或基波，把導彈偏離目標的信息及修正指令發(fā)送給正在飛向目標的導彈，導彈即可不斷地修正飛行軌跡，直到命中目標。美軍“海爾法”反坦克導彈的改進型“長弓海

4、爾法”也采用了毫米波制導。我國的反坦克導彈2.無線電指令制導無線電指令制導系統(tǒng)中導引指令是通過指令發(fā)射裝置以無線電的方式傳送給導彈的，無線電指令制導包括雷達指令制導和電視指令制導雷達指令制導單雷達指令制導系統(tǒng)雙雷達指令制導跟蹤目標的單雷達指令制導跟蹤導彈的單雷達指令制導跟蹤目標、導彈的單雷達指令制導系統(tǒng)雙雷達跟蹤指令制導系統(tǒng)是兩部雷達分別跟蹤目標和導彈，目標跟蹤雷達不斷跟蹤目標，測出目標的運動參數(shù)，并將這些參數(shù)輸入指令計算機；導彈跟蹤雷達用來跟蹤導彈，測出導彈的位置、速度等運動參數(shù)，并將這些參數(shù)輸入指令計算機。單雷達指令制導地面制導站設備：一部雷達，指令發(fā)射設備和制導指令解算裝置。彈上設備：指

5、令接收設備、詢問應答設備和控制系統(tǒng)。跟蹤雷達導彈應答信號導彈詢問信號和指令指令發(fā)送設備指令產生設備俯仰天線方位天線雙雷達指令制導制導站設備：兩部雷達（目標/導彈跟蹤雷達），指令發(fā)射設備和指令解算裝置。彈上設備：指令接收機和控制系統(tǒng)。雙雷達指令制導系統(tǒng)工作原理圖目標(導彈)跟蹤雷達：跟蹤目標(導彈)、測量目標(導彈)坐標參數(shù)，送入解算裝置。解算裝置：根據導彈和目標坐標及所用導引規(guī)律形成制導指令，編碼后由指令發(fā)射設備送給彈上指令接收機。指令接收機：接收指令發(fā)射設備發(fā)送的導引指令，并送入控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)：控制導彈飛行軌跡。目標跟蹤雷達導彈跟蹤雷達解算裝置導彈發(fā)射臺控制指令雙雷達指令制導優(yōu)缺點優(yōu)點：

6、可以采用在命中點附近法向加速度小的導引方法，如前置角法，這樣可以減小脫靶量。缺點：（1）系統(tǒng)龐大復雜 （2）目標和導彈測量坐標系不配合會帶來誤差。電視指令制導電視指令制導是利用目標反射的可見光信息對目標進行捕獲、定位、追蹤和導引的制導系統(tǒng)，他是光電制導的一種。電視制導的優(yōu)點：1.分辨率高，可提供清晰的目標景象，便于鑒定真假目標，工作可靠；2.制導精度高；3.采用被動方式工作，制導系統(tǒng)本身不發(fā)射電波，攻擊隱蔽性好；4.工作于可見光波段。電視制導的缺點：1.只能在白天作戰(zhàn)，受氣象條件影響較大；2在有煙、塵、霧等能見度較低的情況下，作戰(zhàn)效能降低；3不能測距；4.彈上設備比較復雜，制導系統(tǒng)成本較高。電

7、視接收機 電視發(fā)射機 指令發(fā)射機 指令接收機 自動駕駛儀 彈體 操縱桿 指令形成 顯像管 攝像頭 電視指令制導系統(tǒng)由導彈上的電視設備觀察目標，主要用來制導射程較近的導彈。制導系統(tǒng)彈上設備制導站攝像管電視發(fā)射機指令接收機彈上控制系統(tǒng)電視接受機指令形成裝置指令發(fā)射機電視跟蹤通常與雷達跟蹤系統(tǒng)復合運用，電視攝像機與雷達天線瞄準軸保持一致，在制導中相互補充，夜間和能見度差時用雷達跟蹤系統(tǒng)，雷達受干擾時用電視跟蹤系統(tǒng)，從而提高制導系統(tǒng)總的作戰(zhàn)性能。C-704KD空射反艦導彈電視制導導引頭與顯示屏二：指令形成和原理遙控指令制導系統(tǒng)中，引導指令是根據導彈和目標的運動參數(shù)，按所選定的引導方法進行變換、運算、綜

8、合形成的。形成引導指令時，導彈與目標視線間的偏差信號是最基本最重要的因素。通常采取一些矯正和補償措施，在必要時還要進行相應的坐標變換來改善系統(tǒng)的控制性能。遙控指令制導中引導指令由誤差信號、校正信號和補償信號等組成。1.誤差信號誤差信號線偏差信號距離角誤差前置信號線偏差信號的物理意義是某時刻導彈的位置與目標視線的垂直距離。距離角誤差：在掃描體制下，制導雷達對目標回波信號進行發(fā)射和接收兩次調制，而對導彈應答信號只進行一次接收調制，這樣就會產生測角誤差，其誤差角隨著距離的增大而增大。不同引導方法的誤差信號誤差信號是引導指令信號的主要組成部分，它是指導彈飛行過程中實際彈道與理想彈道的偏差。（1）三點法

9、導引時的誤差信號三點法是在控制導彈飛向目標的過程中，使導彈保持在目標視線上的飛行的導引方法因此在采用三點法導引時，導彈與目標視線間的線偏差，就是導彈偏離理想彈道的線偏差。（2）前置角法引導時的誤差信號采用前置角法引導時，在導彈飛向目標的過程中，導彈視線超前目標視線的一個角度前置信號的物理意義為前置角對應的線距離。2.校正與補償信號導彈的實際飛行情況比理想的情況要復雜的多，如果僅僅把誤差信號送到彈上去直接控制導彈，并不能使導彈準確地沿理想彈道飛行。因為導彈的飛行要受到很多的因素的影響，主要分為以下幾種：（1）運動慣性（2）目標機動（3）誤差信號過大（4）重力因素在遙控指令制導系統(tǒng)中，形成控制指令

10、是，除考慮目標和導彈的運動參數(shù)以及引導方法外，為了得到導彈飛向目標所要求的制導精度，還要考慮各種補償。最典型的補償有：動態(tài)誤差補償，重力誤差補償和儀器誤差補償?shù)葞追N常用的校正和補償方法：（1）微分校正（2）動態(tài)誤差補償信號導彈實際飛行的彈道稱為動態(tài)彈道，動態(tài)彈道與理想彈道之間的線偏差稱為動態(tài)誤差。動態(tài)誤差是由于理想彈道的曲率、導彈本身及制導系統(tǒng)的慣性等原因造成的，其中最主要的因素是理想彈道的曲率。理想彈道的曲率越大，動態(tài)誤差也越大理想彈道的曲率與以下幾個因素有關：a目標的機動性。目標相對導彈的橫向加速度越大，理想彈道的曲率越大。b導引方法。三點法導引時理想彈道的曲率較大，前置角法導引時理想彈道

11、的曲率相對較小。c導彈的速度。導彈的速度越大，理想彈道的曲率越小。動態(tài)誤差補償方法有兩種：制導回路中引入局部補償回路的方法和由制導回路外加入給定規(guī)律的補償信號。 （3）重力誤差補償信號重力補償信號dv cosgg sing 彈道傾角。完全補償有困難，一般在遭遇區(qū)要求有準確的補償，重力補償信號可取0*45cosKghG 0cosKghG 重力補償導彈重力的垂直于速度矢量的分量所引起的導彈偏離運動也將形成導引誤差。彈道重力補償信號僅加在俯仰通道。 三：遙控波束制導（駕束制導）在波束制導系統(tǒng)中，由制導站發(fā)出引導波束，導彈在引導波束中飛行，由彈上制導系統(tǒng)感受其在波束中的位置并形成引導指令，最終將導彈引

12、向目標。目前應用較廣的是雷達波束制導和激光波束制導。1.雷達波束制導雷達波束制導中，制導站的引導雷達發(fā)出引導波束，導彈在引導波束中飛行。雷達波束制導單雷達波束制導雙雷達波束制導引導雷達光軸目標D 單雷達波束制導，由一部雷達同時完成跟蹤目標和引導導彈的任務，在制導過程中，雷達向目標發(fā)射無線電波，目標回波被雷達天線接收，通過天線收發(fā)開關，送入接收機，接收機輸出信號，直接送給目標角跟蹤裝置，目標跟蹤裝置驅動天線轉動，使波束的等強信號跟蹤目標轉動。引導雷達計算機 目標跟蹤雷達目標目標雙雷達波束制導系統(tǒng)，也是由制導站和彈上設備兩部分組成。制導站通常包括目標跟蹤雷達、引導雷達和計算機。彈上設備包括接收機、

13、信號處理裝置、基準信號形成裝置、控制指令信號形成裝置和控制回路等雙雷達波束制導，可以采用三點法導引導彈，也可以采用前置角法2.雷達波束制導原理雷達按工作波形可分為連續(xù)波雷達和脈沖波雷達，這里僅以脈沖體制的圓錐掃描雷達為例，來說明導彈偏差信號的形成。天線圓錐掃描圖 導彈接收機輸出(正弦調制的脈沖信號)Ya（t=0)Za0 目標位于處當導彈偏離等強信號線方向，則導彈接收機接收經正弦調制的脈沖信號。調制頻率等于波束的旋轉頻率，調制深度和導彈偏離等強信號線的偏差角成正比，相位取決于導彈偏離等強信號線的方向。調幅信號脈沖包絡表達式為： )cos(1)(0 tmUtummUm0：未調制脈沖的幅度；m：調制

14、度；tKtKtKKUtummm sincoscossin)cos()(10 上式表示的導彈偏離等強信號線的誤差信號由導引雷達發(fā)送至彈上。Um(t)經峰值檢波和濾波后得：上述信號不能直接用于導彈執(zhí)行機構執(zhí)行。需要引入兩路基準信號。 圓錐掃描機構同步產生兩路基準信號 ，送至彈上經相位從而有偏差信號的獲取)2sin(21sin cossincoscossincos)(2tKKttKtKttum )2cos(21cos sincossincossinsin)(2tKKtKttKttum 濾去上式中的高頻項，即分別得到形成線偏差的方位角和高低角偏差項。代入線偏差表達式形成制導指令。 tt sin,cos

15、參考天線圓錐掃描圖可知導彈在YaYa（平面）和ZaZa（平面）方向的線偏差分別為 cos mrh sin mrh 距離測量 誤差信號中提取基準信號的產生n基準信號應與波束的圓錐掃描完全同步?；鶞市盘栍蓲呙桦姍C帶動天線輻射器和基準基準信號應與波束的圓錐掃描完全同步?；鶞市盘栍蓲呙桦姍C帶動天線輻射器和基準信號產生器的發(fā)電機轉子同步旋轉，定子上的兩對繞組便感應出相位相差信號產生器的發(fā)電機轉子同步旋轉，定子上的兩對繞組便感應出相位相差9090的兩個正的兩個正弦電壓，這兩個正弦電壓便可作為基準信號。弦電壓，這兩個正弦電壓便可作為基準信號。 sin K收發(fā)開關收發(fā)開關發(fā)射機發(fā)射機掃描電機掃描電機彈上接收機

16、彈上接收機檢波器檢波器基準信號基準信號產生器產生器誤差信號誤差信號解調器解調器伺服控制伺服控制系統(tǒng)系統(tǒng) cos K基準信號基準信號3.激光波束制導用激光束跟蹤目標，導彈飛行在激光束中，彈上設備感受導彈在光束中的位置，形成引導指令，使導彈飛向目標的制導技術，稱為激光制導。由于其制導設備輕，制導精度高，激光波束制導在各國都受到重視，并已經在地對空和反坦克等類型的導彈中得到了實際應用。激光制導系統(tǒng)的形成目標瞄準具導引光束形成裝置激光器光接收機信號處理 電路引導指令形成電路控制站彈上設備 引導指令（至控制系統(tǒng)）典型激光波束制導系統(tǒng)的組成波束制導系統(tǒng)特點1.系統(tǒng)比較簡單，導引可靠性高。2.同一波束同時能

17、導引幾發(fā)導彈攻擊同一目標。3.受氣象條件影響較小。4.在導引空空導彈時，裝有制導雷達的載機，在導彈擊中目標前的所有時間內，必須連續(xù)不斷地把波束指向目標，這就大大限制了載機在空戰(zhàn)中的機動性。為了避免導彈被甩出波束而失控，載機必須以使導彈的法向過載較小的方式飛行。在使用窄波束跟蹤快速運動或機動性較大的目標時，容易把導彈從波束中甩出去。5.導彈距離制導雷達距離越遠，導引精度越低。（解決辦法：采用復合制導系統(tǒng)）6.易受反輻射導彈打擊。7.無多目標攻擊能力。8.抗干擾性能差，目前較少采用這種系統(tǒng)。 四：遙控制導和控制回路導彈制導系統(tǒng)之所以能夠糾正導彈的飛行偏差，使之沿理想彈道飛行，是制導系統(tǒng)各組成部分相

18、互協(xié)調、相互配合的結果。要了解制導系統(tǒng)工作的性能，不僅要熟悉各部分的組成結構及工作原理了解每部分的作用，這就必須研究制導回路。由于波束制導回路與指令制導回路有很多相似的地方，這里主要研究指令制導回路。在指令制導系統(tǒng)中，制導站要對每發(fā)導彈發(fā)出好幾種指令信號，如俯仰通道信號，偏航通道指令信號，無線電引信起動指令及訊問信號等等。為了提高命中目標的概率，有時要發(fā)射好幾發(fā)導彈，因而導引站的指今天線往往要發(fā)送出十幾種至幾十種的指令信號，所有這些信號要清楚準確地為導彈接收。指令傳輸通道實質上一個無線電多路傳輸系統(tǒng)。通常的多路傳輸工作方式有頻分多路、時分多路及復合劃分多路傳輸?shù)取?指令傳輸信道指令傳輸信道頻分

19、多路傳輸系統(tǒng)首先把指令用一個低頻（副載頻）進行調制（前置調制）；然后把攜帶指令信息的副載頻調于主載頻上發(fā)射出去（二次調制）。 調制方式：調幅、調頻、調相 地空導彈指令制導回路地空導彈指令制導回路 1) 1)導彈坐標測量系統(tǒng)導彈坐標測量系統(tǒng)。2) 2)制導參數(shù)計算設備和控制制導參數(shù)計算設備和控制指令產生設備指令產生設備。3) 3)無線電控制通道無線電控制通道。4) 4)裝有穩(wěn)定系統(tǒng)的地空導彈。裝有穩(wěn)定系統(tǒng)的地空導彈。5) 5)導彈運動學環(huán)節(jié)導彈運動學環(huán)節(jié)。6) 6)目標及目標坐標測量系統(tǒng)目標及目標坐標測量系統(tǒng)。遙控制導小結遙控制導小結一、指令制導 有線指令制導：手動；半自動。 無線指令制導：單雷達；雙雷達。 電視指令制導。二、波束制導 單雷達（寬波束導入窄波束）。 雙雷達。三、制導指令形成與補償 形成依據：線偏差+前置角引入偏差； 補償信號：動態(tài)導引誤差補償； 重