07第六章 制导系统技术.ppt

1 第六章制导系统技术 1导弹制导原理概述自主制导系统遥控制导系统自动寻的制导系统导弹控制方式舵机 2 1导弹制导原理概述 制导系统是完全操纵导弹飞向目标任务的所有设备的总和 导弹从准备发射到摧毁目标 需要经过发射控制 飞行控制 爆炸控制三个阶段 所以广义上的制导系统不仅包括制导回路中的设备 同时也包括初始目标信息的捕获和处理 发射控制及战斗部的引爆控制等设备 我们这里只讨论狭义的制导系统 包括从探测导弹及目标的相对位置形成控制指令 到操纵导弹飞行的所有设备 也就是飞行控制系统 这些设备的作用是使导弹保持在理想弹道附近飞行 1 1导弹制导原理概述 3 导弹制导系统从功能上可分为导引系统和控制系统两部分 导引系统通过探测装置确定导弹相对目标或发射点的位置 根据测量的参数按照设定的引导方法形成引导指令 指令形成之后送给控制系统 控制系统直接操纵导弹 要迅速而准确地执行引导系统发出的引导指令 控制导弹飞向目标 控制系统的另一项重要任务是保证导弹在每一飞行段稳定的飞行 所以也常称为稳定回路 稳定回路中通常还有校正装置 用以保证其有较高的控制质量 导弹作为制导系统的控制对象 它本身是由弹体和控制系统组成的闭合回路 4 一般情况下 制导系统可以按照俯仰 偏航和滚转三个通道或俯仰 偏航两个通道来控制和稳定导弹 不同类型的导弹其控制系统有其各自的特点 对 十 字舵面配置的空气动力控制的导弹 一般只有俯仰 偏航两个控制通道 在滚转通道 利用单独的稳定系统稳定导弹 以避免俯仰 偏航控制通道指令信号分配的不正确 对于旋转导弹 控制系统中没有滚转稳定装置 一般可以只有俯仰 偏航两个通道 因控制面随弹体一起旋转 指令信号通过坐标转换装置分配给两个控制通道 不会发生分配错误 5 在许多小型的旋转导弹上 可以采用单通道控制 振荡线性化的继电式舵机 用一对舵面 利用弹体自身的旋转 舵面按一定规律从一个极限位置向另一个极限位置交替偏转 其综合的效果产生的平均控制力 操纵导弹飞行 单通道控制中弹体自旋是必须的 否则一对舵面只能控制导弹在某一平面内的运动 而不能控制其空间运动 6 1 2导弹制导系统及其分类 制导系统的功能包括测量目标和导弹的飞行参数 按照选定的导引规律 形成导弹飞行控制指令 经综合 校正 放大后调整发动机推力方向或舵面偏转角 改变导弹的飞行姿态和飞行路线 使导弹按允许的误差去攻击目标 1 导弹制导系统功能 7 2 导弹制导系统组成 导弹制导系统是导引系统和控制系统的总称 制导系统通常按照导弹的运动分为俯仰 偏航 滚转三个通道来处理 我们举一个示例框图 后图 来说明制导系统一个通道的工作过程及其组成 8 制导系统工作过程及组成框图1 目标的运动 2 测量装置 3 程序装置 4 解算装置 5 控制指令信息 6 综合装置 7 放大变换器 8 执行机构 舵机 9 操纵元件 10 弹体 11 敏感装置 12 导弹姿态角和重心运动信息 13 导弹的运动 14 导引系统 15 控制系统 9 第二个虚线框内表示了导引系统的组成 其主要部分包括 1 测量装置 测量目标和导弹的运动参数 如惯性制导系统中安装在稳定平台上的加速度计 指令控制系统中的弹外雷达 自动寻的制导系统中的目标探测器等都是测量装置 2 程序装置 贮存和发生使导弹按照预先规定的程序运动的参数和指令 这种装置只在自主制导系统中使用 例如 惯性制导系统中的预定弹道 巡航导弹中的预定地形匹配制导的数字地图及预定弹道等都是程序装置 3 解算装置 将测量装置测得的信息经计算和变换后 形成控制指令信息输送给控制系统 10 测量装置测出导弹和目标的运动参数 通过解算装置确定出其偏差并形成修正的控制指令信息 输送给控制系统 如果导弹是程序制导 则测量装置仅测量出导弹的实际运动参数 而导弹的理想运动参数由程序装置给出 这两组运动参数通过解算装置进行比较 得出导弹的实际运动与理想运动之间的偏差并形成修正的控制指令信息 输送给控制系统 由此可以看出 导引系统的功能是测量导弹与目标的相对运动参数 并根据所选定的导引规律形成控制导弹运动的指令信息 11 第三个虚线框内表示了控制系统的组成 其主要部分包括 1 敏感装置 感受和测量导弹的姿态角信息及重心运动信息 如陀螺仪 加速度计 高度表等都是敏感装置 2 综合装置 将导引系统送来的信息与敏感装置送来的信息加以综合 形成对导弹的综合控制指令信息 3 放大变换器 将综合装置送来的指令信息进行校正 变换和功率放大 使之成为推动执行机构工作的指令信息 4 执行机构 舵机与操纵元件组合的总称称为执行机构 它根据控制指令信息驱动操纵元件动作 12 导引系统送来的控制指令信息输入到综合装置 通过敏感装置感受和测量出来的导弹姿态角和重心运动的信息也输到综合装置 这两种信息在综合装置中加以综合形成对导弹的综合控制指令信息 此信息经过放大变换器送到舵机上 舵机带动操纵元件动作 于是产生操纵力矩 使导弹转动一个角度 这样就改变了控制力的大小和方向 从而也就改变了导弹的运动状态 整个过程如此重复下去 不断地消除偏差 保证导弹按所需要的弹道飞行 由此可以看出 控制系统的功能之一是根据本身敏感装置得到的偏差信息 稳定导弹运动姿态角 使导弹始终处于良好的受控状态 功能之二是根据导引系统送来的控制指令信息 控制导弹按所需的弹道飞行 所以 控制系统的主体又常称为自动驾驶仪 13 3 导弹制导系统分类 14 2自主制导系统 2 1自主制导系统概述 制导系统与目标 制导站不发生联系的制导系统 称为自主制导系统 1 自主制导系统定义 导弹发射前 预先确定了导弹的弹道 导弹发射后 弹上制导系统的敏感元件不断测量预定的参数 如导弹的加速度 导弹的姿态角 天体位置 地貌特征等 这些参数在弹上经适当处理 与预定弹道该时刻的参数进行比较 一旦出现偏差 便产生引导指令 使导弹飞向预定的目标 2 自主制导系统基本原理 15 自主制导系统中 由于导弹在飞行过程中不与目标 制导站发生联系 故隐蔽性好 不易被干扰 导弹的射程远 制导精度也较高 但导弹一旦发射出去 其飞行弹道就不能再改变 所以只能攻击固定目标或已知其飞行轨迹的目标 3 自主制导系统优缺点 自主制导系统一般用于弹道导弹 巡航导弹和某些战术导弹的初始飞行段 4 自主制导系统适用范围 16 2 2测量 敏感装置 特性 定轴性 陀螺转子主轴在惯性空间方位保持不变 进动性 如在主轴垂直的方向上 加一外力矩M 则陀螺仪主轴要围绕与外力矩垂直的轴转动 使矢量以最短距离转向矢量M 1 陀螺仪 陀螺仪模型图1 转子 2 内环 3 外环 组成 转子 内环架 外环架等组成 17 陀螺仪力矩特性 当陀螺仪的转子旋转时 如果陀螺仪的主轴以某个角速度偏移原来位置就会产生一个陀螺力矩Mg陀螺力矩的方向 力图使矢量经过最短途径与相重合 18 转子副翼原理 利用陀螺仪力矩特性 19 需要指出 陀螺仪的定轴性的条件是没有外力矩的作用 实际上 由于轴承与传感器存在摩擦 以及陀螺仪本身制造上的不对称和不平衡等原因 经常有干扰力矩作用在陀螺仪上 它引起转子轴的缓慢进动 使之渐渐地偏离其原始方向 这种现象称为陀螺仪的漂移 陀螺仪的缓慢进动角速度称为漂移率或漂移速度 通常用每小时漂移的度数来表示 漂移率是衡量陀螺稳定性和工作精度的重要指标 它严重地影响到制导的精度 例如射程为10000km的洲际导弹 其陀螺稳定平台的常值漂移率为0 02 h 引起约400m的落点偏差 20 减小漂移率可采用增加转子的动量矩和减小干扰力的办法 为了减小支架轴承所导致的摩擦力矩 出现了液浮陀螺仪 气浮陀螺仪 挠性陀螺仪 静电陀螺仪 激光陀螺仪以及半球式固体波陀螺仪等 液浮支承的二自由度陀螺仪静压气浮的二自由度陀螺仪1 转子 2 浮筒式内环 3 自转轴 1 转子 2 壳体 3 自转轴 4 壳体 5 宝石轴承4 浮筒式内环 5 气膜 6 出气口 7 布气孔 8 进气口 21 2 定位陀螺仪 定位陀螺仪简图1 滚转传感器 2 俯仰传感器 3 外环 4 内环 定位陀螺仪有三个自由度 能测量导弹两个方向的角偏移 采用了滚转电位计l和俯仰电位计2作为传感器 滚转电位计的底座固定在外环 指针连接在内环轴上 俯仰电位计底座固定在导弹弹体上 指针连接在外环轴上 底座动 指针不动 22 3 速率陀螺仪 速率陀螺具有两个自由度 它是用来测量导弹绕某一坐标轴的转动角速度的 它应用陀螺的进动特性 23 4 积分陀螺仪 在速率陀螺仪的基础上取消恢复弹簧 加大阻尼约束 能测量导弹一个方向的角偏移 24 5 加速度计 弹簧 质量块式电磁 摆式积分 陀螺式 弹簧 质量块式加速度计简图 25 6 飞行高度表 为了测量导弹的飞行高度 可采用气压式高度表以及脉冲式或连续波式的无线电高度表 气压式高度表用普通气密性的真空气压盒作为构件 真空式气压盒随着外界压力的不同而改变它的体积 气压式高度表测出的是绝对高度 也就是距海平面的高度 无线电高度表测出的是相对高度 即导弹距地面的高度 无线电高度表工作原理 26 2 3惯性制导系统 惯性制导系统是一种利用装在弹上的惯性仪表测量导弹运动的速度和坐标而形成指令信息来导引导弹的系统 这种制导系统的基本原理是应用惯性加速度计 在三个互相垂直轴的方向上测出导弹质心运动的加速度分量 然后用相应的积分装置将加速度分量积分一次得到速度分量 把速度分量再积分一次得到坐标分量 由于导弹发射点的坐标和初始速度是已知的 因而可以计算出导弹在每一时刻的速度值和坐标值 把这些值与程序值进行比较 便能得出偏差量而进行修正 这样就保证了导弹沿着预先规定的运动程序飞向目标 1 作用 2 工作原理 27 平台惯导系统 3 种类 由于导弹在飞行过程中姿态是在不断变化的 如果直接将加速度计安装在弹体上 则加速度计敏感轴的方向将随之变化 这样一来 测量出的加速度就不再是原定方向上的加速度 为了解决这一问题 可以将加速度计安装在陀螺稳定平台上 利用平台提供一个在空间稳定不变的加速度测量基准 28 陀螺稳定平台 29 惯性制导系统方框图Ax Ay Az 加速度计 1 陀螺稳定平台 2 第一积分器 3 第二积分器 4 程序弹道计算机 5 程序弹道与真实弹道的偏差量计算机 6 计时器 7 校正装置 8 舵机 9 弹体 10 陀螺仪 30 捷联惯导系统 这种系统直接把陀螺仪和加速度计与弹体固连 用计算机来处理导弹姿态角变化对加速度输出的影响 也就是用计算机代替平台的作用 其缺点是加速度计直接与导弹固连而处于相当苛刻的振动环境之中 因而影响导引精度 其优点是简化了系统 可靠性高 31 惯性制导系统完全自动地制导导弹飞行 具有很强的抗干扰能力 但是 由于该系统中陀螺仪存在着漂移误差 这种误差会积累 对于飞行时间长 射程大 的导弹 误差就增大 所以 惯性制导系统一般不单独使用 如单独使用 则对陀螺仪的精度要求就非常高 32 利用测量恒星的方法来确定导弹在地面的位置 一般测量两个恒星的位置 2 4天文制导系统 33 天文制导系统完全自动化 不受外界干扰 其准确度取决于设备中仪器的误差 但是 利用天文制导系统 一旦六分仪看不见恒星时 则整个系统就陷于停顿 所以天文制导一般不单独使用 往往和惯性制导系统一起使用 以它作为整个制导系统的校正装置 天文制导系统的设备复杂 重量大 故一般用于远程导弹上 34 2 5多普勒制导系统 利用多普勒效应 无线电频率随位置变化而变化 多普勒效应表明 当观察点与振荡源之间的距离在变化的情况下 观测点所测得的振荡频率也在变化 频率变化的量与观测点和振荡源之间距离变化速率成比例 多普勒系统能用于各种气候条件和地形条件 由于测量仪器的发展完善和小型化 目前可用于各种飞行器上 但由于测量仪器的积累误差 多普勒系统会随着射程的增加而使误差放大 导弹在飞行中有发射信号 故可能被对方发现进行干扰 所以 多普勒系统往往用于复合制导系统中 用来校正其它系统的误差 35 多普勒系统方框图1 积分器 2 频率计 3 放大器 4 混频器 5 发射机 6 接收机 7 天线 一个波束 只能测速度和射程两个波束 纵向 横向速度 36 2 6图像匹配制导系统 利用地球表面的某些特征确定导弹位置 地形起伏无线电波反射微波辐射红外辐射 37 38 2 7程序制导 程序制导是预先将导弹命中目标所需要的飞行弹道 存储在程序控制机构内 导弹发射后 弹上程序控制机构按照预先安排好的飞行方案 按时输出控制指令 按部就班地控制导弹按预定弹道飞向目标 程序制导系统又称为 方案制导系统 其优点是设备简单 制导系统与外界无联系 抗干扰性好 但导引识差会随飞行时间的增加而增加 程序制导常用于弹道导弹的主动段 有翼战术导弹的初始段和中段制导以及无人驾驶侦察机和靶机的全程制导 39 3遥控制导系统 3 1遥控制导系统概述 由导弹以外的制导站向导弹发出引导信息的制导系统 称为遥控制导系统 遥控系统根据导引信号形式的不同 可分为指令系统波束制导系统 驾束无线电导航制导系统 双曲线 卫星 1 遥控制导系统定义 2 遥控制导系统分类 40 遥控制导系统的制导精度较高 作用距离可以比自寻的稍远些 弹上制导设备简单 但其制导精度随导弹与制导站的距离增大而降低 且易受外界干扰 3 遥控制导系统优缺点 4 遥控制导系统适用范围 遥控制导系统多用于地对空导弹和一些空对空 空对地导弹 有些战术巡航导弹也用遥控指令制导来修正其航向 早期的反坦克导弹多采用有线遥控指令制导 41 3 2指令系统 指令系统中导弹的运动规律是由指控点决定的 为了形成导引信号 指控点必须不断地根据目标和导弹的运动参数和导引方法进行计算 计算出导弹在航迹上的误差 形成指令信号送给导弹 因此 指控点必须不断地对目标和导弹进行观测 指令制导系统包括观测装置 指令形成装置 控制线等部分 通常指令制导系统可分为 有线指令系统 无线电指令系统 电视指令系统等 42 1 有线指令制导系统 有线指令制导导弹1 光学仪器 2 指令仪器 3 导线的线圈 在有线指令制导系统中最简单的一种是目视跟踪 手动控制的有线制导系统 下图所示为一目视跟踪 手控 有线制导的反坦克导弹 这种导弹一般采用三点法制导 43 这种系统的优点是设备简单 成本低 不易受敌方干扰 但是由于要射手手控发送指令 因而要对射手训练很严格 而且作战效果与射手的生理 精神状态有关 导弹的速度较低 一般不高于200m s左右 否则射手来不急反应 导弹的射程 作战地形都严重受到限制 最大射程不超过4km 这种导弹是所谓的第一代反坦克导弹的制导方式 44 光纤制导 控制指令通过光纤传给导弹的制导系统由光纤 弹上导引头 制导发射装置光纤传输的信息量大 频带宽 功耗低 自身辐射极小 所以光纤制导导弹的目标识别能力强 制导精度高 抗干扰性好 美国陶式反坦克导弹后继型 射程大于10km 最大飞行速度350m s 45 2 无线电指令制导系统 无线电指令制导系统有目视和雷达自动跟踪两种形式 目视系统与有线指令方式的区别是把导线换成无线电通讯线路 无线电发射机安装在指控点 而弹上装有接收机 操纵人员由光学装置观察目标和导弹 而用发射机发出无线电指令来控制导弹 这种系统由于易受干扰 所以未见应用 无线电自动指令制导系统大多用在地 舰 对空导弹上 其工作原理是 目标飞行情况由指控点的搜索雷达获得 导弹只接受指控点的指令 并把自己本身的位置 飞行情况报告给地面指控点 导弹导向目标完全通过指控点的命令进行 46 防空导弹的自动飞行制导系统方框图1 应答机 2 接收机 3 译码器 4 自动驾驶仪 5 发射机 6 编码器 7 防空导弹跟踪雷达 8 计算机 9 目标跟踪雷达 47 这种自动指令制导系统可以用多种导引方法将导弹导向目标 如平行接近法 前置法等 这种制导系统的优点是装在弹上的设备较简单 缺点是由于地面设备测量的是角度引导误差 所以导弹的导引误差 射程在20km时 导引误差约为50m 与飞行距离成比例 48 3 电视指令制导系统 在导弹上应用的电视导引系统可分为两类 一类是属于自动寻的式电视制导系统 另一类是遥控式的电视指令制导系统 前一类我们将在自动寻式的制导系统中介绍 后一类在这里作简要介绍 电视指令式制导示意图 49 电视指令式系统观测目标的基准在弹上 它和前面叙述的观测基准在指控站的情况不一样 有时 将这种观测基准在导弹上的遥控式系统称为第二类遥控系统 相应地观测基准在指控点上的遥控系统称为第一类遥控系统 第二类遥控系统和后面要介绍的自动寻的制导系统一样 都是在导弹上测出目标相对导弹的位置 可采用的导引方法也类似 例如可采用追踪法 比例导引法 前置角法等 电视指令式系统的优点是导引精度高 操纵人员能选择目标 缺点是易受敌方干扰和天气的影响 50 3 3波束制导系统 波束导引导弹示意图1 捕获波 宽 低能 2 制导波 狭 高能 3 追踪波 51 波束制导系统可分为无线电波束制导系统和激光波束制导系统两种 无线电波束制导系统可以看作是无线电指令制导系统的特例 它向导弹发出的不是指令 而是雷达波束 雷达在空间形成一个狭窄的锥形波束 导弹自动地沿雷达波束飞行 由雷达波束将导弹导向目标 弹上设备的任务是使导弹在整个飞行期间都保持在波束轴上 因而 在导弹上装有测定导弹偏离波束轴偏移量的装置和产生所需控制信号的装置 这种系统的优点是导弹上面的设备比较简单 其缺点是导引精度随飞行距离增加而降低 52 激光波束制导系统的原理和无线电波束制导系统的原理相同 只不过将无线电波换成了激光波束 激光波束的优点是不易被干扰 精度高 但由于受功率等因素的限制 一般只用在近距离战术导弹 如反坦克导弹上 53 为了对高速运动目标或多目标进行探测和跟踪 相控雷达阵得到了发展和应用 这种雷达的天线由几百个或几千个辐射元件排列成阵列 每个辐射元件都与计算机控制的移相器连接 用移相器来控制辐射元件所发射的无线电波的相位 可以按需要改变每个阵面场的相位分布 这样就形成了一个指向可以改变的波束 在空间实现扫瞄 这种雷达的天线没有机械运动 用电子扫瞄代替了机械扫瞄 扫瞄速度提高了百万倍 相控阵雷达简介 54 优点波束指向灵活 能实现无惯性快速扫描 数据率高 一个雷达可同时形成多个独立波束 分别实现搜索 识别 跟踪 制导 无源探测等多种功能 目标容量大 可在空域内同时监视 跟踪数百个目标 对复杂目标环境的适应能力强 抗干扰性能好 全固态相控阵雷达的可靠性高 即使少量组件失效仍能正常工作 缺点 相控阵雷达设备复杂 造价昂贵 且波束扫描范围有限 最大扫描角为90 120 当需要进行全方位监视时 需配置3 4个天线阵面 55 3 4无线电导航制导系统 双曲线导航 测距差导航 一条双曲线上的任意点到两个焦点的距离差为常数卫星导航系统 双曲线导航原理图 56 卫星导航系统 57 伪距 钟差 接收机的时钟与高精度导航卫星系统时钟的误差ri 导弹到卫星的真实距离 58 美国GPS全球定位系统 1994年投入使用GPS主要分三部分 空间部分 控制部分和用户设备三个部分 空间部分在6个轨道平面上有24颗卫星 每个平面上有4颗卫星 离地面2万公里 轨道周期为12小时 卫星位置和状态 以及用户位置的数据 定位精度达10 30m 59 北斗卫星导航系统 北斗一号由三颗 两颗工作卫星 一颗备用卫星 北斗定位卫星 精度100m 覆盖亚洲北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统 由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成 2020年建成 覆盖全球 60 4自动寻的制导系统 自寻的系统也称为自动导引系统 是利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标 由弹上导引头感受目标辐射或反射的能量 如无线电波 红外线 激光 可见光 声音等 测量目标 导弹相对运动参数 并形成相应的引导指令控制导弹飞行 使导弹飞向目标的制导系统 称为自寻的系统 为了使自寻的系统正常工作 首先必须能准确地从目标背景中发现目标 为此要求目标本身的物理特性与其背景或周围其他物体的特性必须有所不同 即使它具有对背景足够的能量对比性 根据信号的来源 自动寻的制导系统 可分为被动式 主动式和半主动式三种基本类型 4 1自动寻的制导系统简介 61 照射目标的能源在导弹上 对目标辐射能量 同时由导引头接收目标反射回来的能量的寻的制导方式 采用主动寻的制导的导弹 当弹上的主动导引头截获目标并转入正常跟踪后 就可以完全独立的工作 不需导弹以外的任何信息 1 主动式 主动式寻的制导 62 照射目标的能源不在导弹上 弹上只有接收装置 发射装置设在导弹以外的制导站或其他位置 因此它的功率可以很大 半主动式寻的制导系统的作用距离比主动式要大 2 半主动式 半主动式寻的制导D 导弹M 目标R 照射雷达 63 目标本身就是辐射能源 不需要发射装置 由弹上导引头直接感受目标辐射的能量 导引头将以目标的特定物理特性作为跟踪的消息源 被动式自寻的系统的作用距离不大 典型的被动式自寻的系统是红外自寻的系统 3 被动式 被动式寻的制导D 导弹M 目标 64 4 2雷达自动寻的系统 分类 1微波雷达自寻的制导主动式雷达自寻的制导半主动式雷达自寻的制导被动式雷达自寻的制导2毫米波雷达自寻的制导 65 微波的定义 微波是指是频率在300MHz 300GHz的电磁波 即波长在100cm至1mm范围内 也就是说波长在红外线与无线电波之间 微波波段中 波长在1 25cm的波段专门用于雷达 其余部分用于电讯传输 为了防止民用微波功率对无线电通讯 广播 电视和雷达等造成干扰 国际上规定工业 科学研究 医学及家用等民用微波的频率为2450 50MHz 因此 微波仪器所使用的频率基本上都是2450MHz 家用微波炉也如此 66 微波的特性 1 频率较普通无线电波高 可用频带宽 信息容量大 2 穿透大气的损失较红外 激光 可见光小 67 主动式微波雷达自寻的制导 在导弹弹体内装有雷达发射机和接收机 可以独立地捕获和跟踪目标 具有发射后不管的能力 由于采用寻的制导方式 导弹愈接近目标 对目标的角位置分辨能力愈强 因而具有较高的制导准确度 但是发射机功率有限 作用距离近 通常用做导弹飞行末段制导系统 而用微波雷达指令制导 波束制导以及半主动式寻的制导作为中段制导 68 半主动式微波雷达自寻的制导 半主动式雷达寻的制导系统中有用于跟踪和照射的两部雷达 导弹上的雷达接收机用前部天线接收目标反射的雷达波束能量 用后部天线接收雷达直接照射信号 提取目标的角位置和距离信息 弹上计算机计算出飞行偏差 控制导弹击中目标 69 半主动式雷达寻的制导系统的特点 制导精度高 全天候能力强 作用距离大 与主动式相比 弹上设备简单 体积较小 成本较低 易受干扰 照射雷达本身容易暴露 易受对方反辐射导弹的打击 70 被动式微波雷达自寻的制导 被动式雷达自寻的制导系统中 弹上载有高灵敏度的宽频带接收机 利用目标雷达 通信设备和干扰机等辐射的微波波束能量及其寄生的辐射电波作为信号源 捕获 跟踪目标 提取目标角位置信号 使导弹命中目标 以微波辐射源 雷达作为主要攻击对象 由于本身不辐射雷达波 也不用照射雷达对其目标进行照射 因而攻击隐蔽性好 对敌方的雷达 通信设备及其载体有很大的威胁和压制能力 71 毫米波雷达自寻的制导 毫米波通常指波长为1 10mm的电磁波 其对应的频率为30 300GHz 毫米波的波长和频率介于微波与红外波段之间 兼有这两个波段固有的特性 毫米波制导有五种方式 指令制导 波束制导 主动式寻的制导 被动式寻的制导和主动式寻的制导 多用于精确制导武器 72 毫米波制导系统的特点 制导设备体积小 质量轻 尺寸与波长成比例测量精度高 分辨能力强抗干扰能力强鉴别金属目标能力强穿透大气的损失较微波大探测目标的距离短 73 原理 红外导引头跟踪目标的发热部位 探测导弹和目标的相对位置 形成控制指令 分类 红外点源 将目标看作一点 红外成像制导系统 物体表面温度的空间分布应用 广泛应用于空空 地空导弹红外自寻的系统一般由红外导引头 弹上控制系统 弹体及导弹目标相对运动环节等组成 红外导引头用来接收目标辐射的红外能量 确定目标的位置及角运动特性 形成相应的跟踪和引导指令 4 3红外线自动的制导系统 74 红外点源自寻的制导系统的优缺点 优点1制导精度高 2可以发射后不管 3弹上制导设备简单 体积小 质量轻 成本低 工作可靠 缺点1受气候影响大 不能全天候作战 2容易收到激光 阳光 红外诱饵等干扰或热源的诱骗 偏离和丢失目标 3作用距离有限 一般用于近程导弹的制导系统或远程导弹的末制导系统 75 红外成像自寻的制导系统 概念 红外成像制导系统利用红外探测器探测目标的红外辐射 获取目标红外图像进行目标捕获与跟踪 并将导弹引向目标 它探测的是目标和背景间微小的温差或辐射频率差引起的热辐射分布图像 成像途径 红外光机扫描成像 红外凝视成像 76 红外成像导引头的基本组成 红外成像导引头分为实时红外成像器和视频信号处理器两部分 一般由红外摄像头 图像处理电路 图像识别电路 跟踪处理器和摄像头跟踪系统等部分组成 77 红外成像制导系统的优点 抗干扰能力强 空间分辨率和灵敏度高 探测距离大 具有准全天候功能 制导精度高 能使导弹直接命中目标 具有很强的适应性 可以装在各种型号的导弹上使用 78 激光自动导引头的作用原理和结构与红外自动导引头基本上相同 两者的差别仅在于感受目标发射出来的光波频段以及所用的光敏元件不同 激光导引头接受的是来自激光发射器照射目标的反射激光 所以 这种导引头多用于半主动式自寻制导系统 优点 由于激光具有方向性强 单色性好 强度高的特点 激光寻的制导系统具有制导精度高 目标分辨率高 抗干扰能力强 可以与其他寻的系统兼容 结构简单 成本较低的特点 缺点 激光制导系统的正常工作容易受云 雾和烟尘的影响 4 4激光自动寻的系统 79 4 5电视自动寻的系统 电视自动寻的制导系统 和红外线自动寻的制导系统一样 属于被动式自动寻的系统 它是由电视摄像机由光学系统 可见光 微光 电视摄像管及其扫描电路 误差信号形成电路和摄像机跟踪伺服系统等组成 电视自动寻的制导系统具有被动式自动寻的系统的优点 抗干扰性较强 隐蔽性好 它也便于驾驶员识别和选择目标 但是它易受天气影响 80 幼畜 空地反坦克导弹电视制导系统简图 81 5导弹控制方式 为完成导弹空间运动的控制 原理上可以通过导弹的俯仰 偏航和倾斜三个通道的姿态控制 实现对导弹质心运动的控制 如果以控制通道的选择作为分类原理 控制方式可分为三类 即单通道控制双通道控制三通道控制 82 一些小型导弹 弹体直径小 在导弹以较大的角速度绕纵轴旋转的情况下 可用一个控制通道控制导弹在空间的运动 这种控制方式称为单通道控制 采用单通道控制方式的导弹可采用一字舵面 继电式舵机 一般利用尾喷管斜置和尾翼斜置产生自旋 利用弹体自旋 使一对舵面在弹体旋转中不停地按一定规律从一个极限位置向另一个极限位置交替偏转 其综合效果产生的控制力 使导弹沿基准弹道飞行 5 1单通道控制方式 83 在单通道控制方式中 弹体的自旋是必要的 如果导弹不绕其纵轴旋转 则一个通道只能控制导弹在某一平面内运动 而不能控制其空间运动 单通道控制方式的优点是 由于只有一套执行机构 弹上设备较少 结构简单 重量轻 可靠性高 但由于仅用一对舵面控制导弹在空间的运动 对制导系统来说 有不少特殊问题要考虑 84 1 导弹旋转一周 舵面不动的情况 即不换向 由图可以看出 在导弹旋转一周内操纵力在平面各个方向上扫过的面积相等 显然 这时操纵力的平均效果为零 对导弹不起操纵作用 85 2 导弹旋转一周 舵面摆动二次的情况 即换向两次 图中的换向点为旋转角为 的情况 这时操纵力在导弹旋转一周内的平均效果是向下的 可以操纵导弹向上仰 一般操纵力作用点都在导弹重心后面 表示导弹旋转一周换向点为 的情况 86 表示导弹旋转一周换向点为 的情况 表示导弹旋转一周换向点为 的情况 87 因此 旋转导弹单通道控制系统采用继电式工作的单一舵机 只要适当选取操纵力换向的次数和调整换向点的位置 就可以对弹体产生所需方向和大小的平均操纵力 实现对导弹俯仰和偏航操纵 88 5 2双通道控制方式 通常制导系统对导弹实施横向机动控制 故可将其分解为在互相垂直的俯仰和偏航两个通道内进行的控制 对于倾斜通道仅由稳定系统对其进行稳定 而不需要进行控制 这种控制方式称为双通道控制方式 即直角坐标控制 89 其工作原理是 观测跟踪装置测量出导弹和目标在测量坐标系的运动参数 按导引规律分别形成俯仰和偏航两个通道的控制指令 这部分工作一般包括导引规律计算 动态误差和重力误差补偿计算 及滤波校正网络设计等内容 导弹控制系统将两个通道的控制信号传送到执行坐标系的两对舵面上 字型或x字型 控制导弹向减少误差信号的方向机动 双通道控制方式制导系统原理图 90 5 3三通道控制方式 制导系统对导弹实施控制时 对俯仰 偏航和倾斜三个通道都