導彈引論-第四章4.1～4.2

西北工業(yè)大學航天學院飛行器概論學習目的：1）了解制導系統(tǒng)的基本工作原理；2）介紹幾種常見的制導系統(tǒng)；3）介紹幾種常用的敏感裝置；4）介紹執(zhí)行機構的工作原理。第四章制導系統(tǒng)第四章制導系統(tǒng)§4.1概述

§4.2自主制導系統(tǒng)§4.3遙控制導系統(tǒng)§4.4自動尋的制導系統(tǒng)§4.5單通道控制原理§4.6舵機1.制導系統(tǒng)的任務

制導系統(tǒng)是以導彈為控制對象的一種自動控制系統(tǒng)，它是導彈的核心部分。制導系統(tǒng)的任務：根據(jù)導彈預先規(guī)定的彈道或根據(jù)目標的運動情況，隨時修正導彈的彈道，以便使導彈最終擊中目標。

§4.1

概述2.制導系統(tǒng)的組成

§4.1

概述導彈制導系統(tǒng)是導引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的總稱。導引系統(tǒng)的任務是確定目標和導彈的相對位置并進一步確定導彈的飛行規(guī)律；控制系統(tǒng)的任務是迅速而準確地執(zhí)行導引系統(tǒng)發(fā)出的導引指令，控制導彈飛向目標。控制系統(tǒng)的另一項重要任務是保證導彈沿理想的軌跡穩(wěn)定地飛行。所以控制系統(tǒng)也常稱為穩(wěn)定系統(tǒng)。2.制導系統(tǒng)的組成

§4.1

概述組成：導引控制通過觀測裝置測量導彈與目標之間的相互關系形成相應指令穩(wěn)定導彈運動姿態(tài)角，使導彈保持所需姿態(tài)角§4.1

概述自主制導遙控制導自動尋的制導復合制導制導系統(tǒng)§4.1

概述3.制導系統(tǒng)的分類

慣性制導天文制導方案制導地圖匹配制導自主制導系統(tǒng)§4.1

概述3.制導系統(tǒng)的分類

指令制導雷達、激光波束制導無線電制導全球衛(wèi)星制導遙控制導系統(tǒng)§4.1

概述3.制導系統(tǒng)的分類

主動式－雷達、聲學半主動式－雷達、激光被動式－雷達、紅外自尋的制導系統(tǒng)§4.1

概述3.制導系統(tǒng)的分類

自主＋自動尋的系統(tǒng)自主＋遙控制導系統(tǒng)遙控＋自動尋的系統(tǒng)自主＋遙控＋自尋的系統(tǒng)復合制導系統(tǒng)§4.1

概述3.制導系統(tǒng)的分類

原理：按照發(fā)射前預先規(guī)定的彈道程序或外界固定的參考點作為基準將導彈自動地導向目標。這個程序是由導彈的運動學參數(shù)（速度、射程、高度）與時間參數(shù)的一組固定關系組成，如方案制導。外界固定參考點可以利用衛(wèi)星、星球、地理條件等，如天文導航系統(tǒng)。優(yōu)缺點：隱蔽性好，抗干擾能力強。導彈一旦發(fā)射后，就不能再改變其預定的航跡，命中目標的精度完全取決于彈內設備。應用：只能用于對付固定目標或已知其飛行軌跡的目標。如彈道導彈、巡航導彈和某些戰(zhàn)術導彈的初始飛行段?！?.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置（1）陀螺儀陀螺儀是敏感角運動的一種裝置，它的基本原理是剛體轉動的力學原理。一般來說質量軸對稱分布的剛體當它繞對稱軸高速旋轉時，都可以稱為陀螺。陀螺自轉的軸叫陀螺的主軸或轉子軸?！?.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置（1）陀螺儀把陀螺轉子裝在一組框架上，使其有兩個或三個自由度，這種裝置就稱為陀螺儀。§4.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置陀螺儀的基本特性：定軸性定軸性：指高速旋轉的陀螺能使轉軸在慣性空間保持恒定的方向。利用這一特性可以在導彈上建立一個慣性坐標系。定軸性的條件：沒有外力矩。陀螺的漂移：由于不可能完全沒有外力矩或由于加工的不對稱性，故存在緩慢進動，因此形成陀螺儀的漂移。減小漂移可采用增大轉動慣量和減小阻尼的方法。

§4.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置§4.2

自主制導系統(tǒng)陀螺儀的基本特性：進動性當陀螺儀的轉子繞主軸高速旋轉時，若其受到與轉子軸垂直的外力矩作用，則轉子軸并不按外力矩的方向轉動，而是繞垂直于外力矩的第三個正交軸轉動，陀螺儀的動量矩相對于慣性空間轉動的特性稱為陀螺儀的進動性。

1.測量、敏感裝置（1）陀螺儀我們把陀螺儀繞著與外力矩矢量垂直方向的轉動叫作進動，其轉動角速度叫作進動角速度。進動角速度的大小為式中：M－加到陀螺上的外力矩；H—陀螺儀的動量矩。式中：I—陀螺轉子繞其轉軸的轉動慣量；—陀螺轉子的自轉角速度?！?.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置（1）陀螺儀陀螺儀的進動，其根本原因是轉子受外力矩的作用，外力矩作用于陀螺儀的瞬間，它就出現(xiàn)進動，外力矩除去的瞬間，它就立即停止進動；外力矩的大小、方向改變，進動角速度的大小、方向也立即發(fā)生相應的改變，也就是說，陀螺儀的進動是沒有慣性的。

§4.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置陀螺反力矩。當陀螺儀的轉子以的角速度旋轉時，如果陀螺儀的主軸以某個角速度偏移原來位置(見圖4.2)，就產生一個陀螺力矩，其向量關系為式中：H—轉子的動量矩；

I—轉子繞其轉軸的轉動慣量；

—轉子的角速度；

—與H向量的夾角。

§4.2

自主制導系統(tǒng)1.測量、敏感裝置陀螺儀種類：液浮陀螺；氣浮陀螺；撓性陀螺；靜電陀螺；激光陀螺；半球式固體波陀螺等。§4.2

自主制導系統(tǒng)(2)測量敏感裝置之一（定位陀螺儀）定位陀螺儀有三個自由度，其基本功能是敏感角位移。根據(jù)定位陀螺儀在導彈上安裝方式的不同，可分為垂直陀螺儀和方向陀螺儀。垂直陀螺儀：功能是測量彈體的俯仰角和滾動角；方向陀螺儀：功能是測量彈體的俯仰角和偏航角；如果要同時測量俯仰角、滾轉角與偏航角，則必須有兩個主軸相互垂直的定位陀螺儀。

§4.2

自主制導系統(tǒng)§4.2

自主制導系統(tǒng)(2)測量敏感裝置之一（定位陀螺儀）

定位陀螺儀：測量俯仰角和滾動角。安裝方向：飛行方向。滾轉電位計：測量彈體的滾動角，底座固定在陀螺儀的外環(huán)3上，指針連接在內環(huán)4上；俯仰電位計：測量彈體的俯仰角，底座固定在導彈彈體上，指針連接在外環(huán)軸上。(3)測量敏感裝置之二（速率陀螺儀）

速率陀螺有兩個自由度，用來測量導彈繞某一坐標軸的轉動角速度。如圖：x軸—導彈飛行方向

§4.2

自主制導系統(tǒng)原理：強迫繞y軸進動

形成陀螺反力矩Mg§4.2

自主制導系統(tǒng)內環(huán)的轉動角速度an與導彈的轉動角速度成正比，結果電位計的輸出端出現(xiàn)與角速度成比例的電壓。(3)測量敏感裝置之二（速率陀螺儀）(4)測量敏感裝置之三（積分陀螺儀）

在速率陀螺儀中去掉恢復彈簧，增設阻尼器和角度傳感器而構成。與速率陀螺儀相比，它只缺少彈性元件，而阻尼器起了主要作用。實際中應用的測速積分陀螺儀都是液浮式結構。陀螺轉子裝在浮筒內，浮筒被殼體支承，浮筒與殼體間充有浮液，浮筒受的浮力與其重量相等。§4.2

自主制導系統(tǒng)陀螺反力矩懸浮液的粘性對浮筒產生的阻尼力矩—浮筒的進動角速度Kz—阻尼系數(shù)當，陀螺處于平衡狀態(tài)，故有積分得由上式可以看出，陀螺儀的轉動角速度an與轉動角速度的積分成比例，故稱為積分陀螺儀?！?.2

自主制導系統(tǒng)(4)測量敏感裝置之三（積分陀螺儀）(5)測量敏感裝置之四（加速度計）加速度計是導彈控制系統(tǒng)中的重要慣性敏感元件之一，它輸出與運動載體的運動加速度成比例的信號。在慣性制導系統(tǒng)中，它可測得導彈的切向加速度，經(jīng)過兩次積分，便可確定導彈的飛行路程。

§4.2

自主制導系統(tǒng)原理：彈簧恢復力與慣性力平衡。彈簧恢復力K——彈簧的剛度系數(shù)慣性力式中的K和m是已知的，因而只要測出△S，就可以測出導彈的加速度?！?.2

自主制導系統(tǒng)(5)測量敏感裝置之四（加速度計）(6)測量敏感裝置之五（飛行高度表）

氣壓式高度表：利用真空式氣壓盒體積隨外壓變化的特性。因此，氣壓式高度表測量的是絕對高度，也就是距離海平面的高度。脈沖式無線電高度表：§4.2

自主制導系統(tǒng)2.慣性制導系統(tǒng)慣性制導系統(tǒng)利用安裝在慣性平臺上的3個加速度計測出導彈運動的加速度，由計算機對時間進行一次和二次積分，得到導彈沿三個方向的速度和距離，從而能連續(xù)地給出導彈的空間位置。加速度計測出在3個軸向的加速度，積分得出速度和坐標。加速度計裝在陀螺穩(wěn)定平臺上，以保證其指向?！?.2

自主制導系統(tǒng)2.慣性制導系統(tǒng)§4.2

自主制導系統(tǒng)陀螺穩(wěn)定平臺工作原理圖

2.慣性制導系統(tǒng)慣性制導系統(tǒng)依照系統(tǒng)中有無陀螺穩(wěn)定平臺可分為平臺式和捷聯(lián)式兩大類。陀螺穩(wěn)定平臺提供一個在空間穩(wěn)定不變的測量基準。捷聯(lián)式系統(tǒng)中的加速度計和陀螺直接和飛行器的殼體相連接，它測量彈體軸方向的加速度和彈體轉動的角速度及角度，通過計算機的計算，可換算成導航坐標系內的坐標。§4.2

自主制導系統(tǒng)2.慣性制導系統(tǒng)§4.2

自主制導系統(tǒng)慣性制導系統(tǒng)工作過程方框圖3.方案制導系統(tǒng)原理：控制導彈的某一個或幾個飛行參數(shù)在飛行中按預定的方案實現(xiàn)。應用：巡航導彈、彈道導彈的主動段、防空導彈的初始飛行段。彈道導彈的主動段常采用彈體俯仰角的方案控制。如右圖示。§4.2

自主制導系統(tǒng)3.方案制導系統(tǒng)

巡航導彈的方案飛行彈道基本上由兩段組成：爬升段和平飛段。方案飛行彈道如下圖所示?！?.2

自主制導系統(tǒng)3.方案制導系統(tǒng)§4.2

自主制導系統(tǒng)俯仰通道的制導系統(tǒng)方塊圖4.地圖匹配制導系統(tǒng)

地圖匹配制導系統(tǒng)是近年來由計算機技術發(fā)展而產生的一種自主式制導系統(tǒng)。它是利用圖形識別技術來導引導彈的。原理：利用某一已知地區(qū)的地形特征作為標志，根據(jù)導彈當時彈道下的實測地形特征和預定彈道下的地形特征相比較，來校正導彈的彈道，使導彈準確地按預定路線導向目標。§4.2

自主制導系統(tǒng)4.地圖匹配制導系統(tǒng)

需要有一幅數(shù)字地圖，如右圖示。不能用于沒有地形差別的海平面和平原地區(qū)。