航天技术概论第4章(哈工大版)

1、4.1 概概 述述4.1.1 制导系统的功用及组成 制导系统为导引系统和控制系统的综合导引和控制导弹按特定方式飞向目标，多数为自动控制系统（少数人工操纵）引导系统引导系统：探测或测定导弹相对于目标或发射点的位置探测或测定导弹相对于目标或发射点的位置，按照要求的弹道，形成引导指令形成引导指令，并将引导指令传送给传送给控制系统控制系统。由探测设备和导引指令形成装置组成。控制系统控制系统：响应响应引导系统引导系统的的引导指令信息引导指令信息，产生作用力产生作用力，迫使迫使导弹改变飞行轨迹，导弹改变飞行轨迹，使导弹沿着使导弹沿着要求的弹道飞行要求的弹道飞行; ; 或者或者稳定导弹的飞行稳定导弹的飞行。

2、由姿态敏感元件、计算机、作动装置、操纵面和弹体组成。第四章 导弹的制导导弹制导系统的基本组成第四章 导弹的制导自主式制导：自主式制导：不需要从目标或制导站获取信息，完全由弹上制导设备 测量周围环境的物理特性产生导引信号，使导弹沿预 定弹道飞向目标的制导。遥控式制导：遥控式制导：是由导弹以外的指挥站向导弹发出引导信息，使导弹飞 向目标的制导方式。自寻的制导：自寻的制导：是由弹上设备直接感受目标辐射或反射的各种信号（声、 光、电、磁、热等）而形成控制指令实现制导。复复 合合 制制 导：导：将三种基本类型的制导方式适当组合，形成一种新的制导体制。第四章 导弹的制导4.1.2 制导系统的分类第四章 导

3、弹的制导 惯性制导原理图4.2 自主式制导系统自主式制导系统 定定 义义 惯性制导系统惯性制导系统是指利用弹上的惯性元件(陀螺、加速度计)，测量导弹相对于惯性空间的运动参数(如加速度等)，并根据运动的初始条件，由制导计算机算出导弹的速度、位置等参数，并将算出的位置信息与方案计算机的预定值进行比较，形成引导指令，导引导弹按预定弹道飞行。4.2.1 惯性制导第四章 导弹的制导1 1）加速度计）加速度计 惯性元件惯性元件Pk s Pk samm k saaksm第四章 导弹的制导2 2）陀螺仪）陀螺仪 陀螺陀螺 + + 支撑及辅助装置支撑及辅助装置陀螺仪具有陀螺仪具有定轴性定轴性和和进动性进动性。定

4、轴性：转轴在惯性空间定轴性：转轴在惯性空间保持恒定的方向。保持恒定的方向。进动性：在进动性：在力矩力矩的作用下，陀螺的的作用下，陀螺的转轴方向转轴方向产生产生转动转动陀螺进动角速度进动角速度为：为：JM = H = 陀螺仪第四章 导弹的制导陀螺仪发展的两个方向陀螺仪发展的两个方向 1 1、高精度、高精度测量误差：常值漂移和随机漂移。测量误差：常值漂移和随机漂移。 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：几度低精度：几度/h/h2 2、低成本、小型化、低成本、小型化陀螺的分类陀螺的分类 机械陀螺机械陀螺 （液浮、气浮、磁悬浮）液浮、

5、气浮、磁悬浮） 静电陀螺静电陀螺 激光陀螺激光陀螺 光纤陀螺光纤陀螺 ( (干涉式和谐振式干涉式和谐振式) )1983-1994美国各类陀螺比例美国各类陀螺比例 第四章 导弹的制导陀螺稳定平台平台式惯导制导原理图惯性制导的分类惯性制导的分类 平台式惯导和捷联式惯导平台式惯导和捷联式惯导第四章 导弹的制导捷联式惯导制导原理图惯导系统的优缺点 1）抗干扰能力和隐蔽性强，可提供全球导航能力； 2）误差随时间累计增大，需要初始对准；第四章 导弹的制导4.2.3 地形匹配制导(terrain contour matchingTERCOM) 预先用侦察卫星或其它侦察手段，测绘出导弹预定飞行路线的地形高度数

6、据并制成数字地图，存贮在弹上制导系统中。导弹发射后，弹上测量装置实际测得的地形数据与存贮在弹上的数字地图进行比较，利用地形等高线匹配来确定导弹的地理位置，并将导弹引向预定区域或目标的制导。雷达高度表气压高度表第四章 导弹的制导4.2.4 图图象匹配制导象匹配制导(scene matching area correlation) 利用弹上设备实拍导弹飞行的景物图像（实时图），经过数字转换，与预存的基准数据阵列(基准图)在计算机中进行配准比较，来确定目标和导弹相对于目标位置的制导技术，通常简称图象匹配制导。第四章 导弹的制导4.2.5 卫星导航与制导定义：接收导航卫星发射的无线电信号，通过解算，获

7、得载体的位置、接收导航卫星发射的无线电信号，通过解算，获得载体的位置、 速度、姿态信息，以此来形成导引指令的制导系统。速度、姿态信息，以此来形成导引指令的制导系统。典型的卫星导航系统美国的美国的GPSGPS苏联苏联/ /俄罗斯的俄罗斯的GLONASSGLONASS中国的北斗中国的北斗欧空局的伽利略欧空局的伽利略 1)GPS（Global Positioning System）GPS空间部分地面监控部分用户接收机：24颗星，轨道高度2.02万千米，运行周期约为11小时58分.：4个监控站、1个上行注入站和1个主控站 第四章 导弹的制导GPS的工作原理 式中：vti (i=1、2、3、4) 分别为

8、卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由 卫星星历提供。vto为接收机的钟差。 GPS的导航精度 P码目前己由16m提高到6m， C/A码目前己由25100m 提高到12m，授时精度日前约20ns。第四章 导弹的制导2）GLONASS系统 由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8。 GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。第四章 导弹的制导项目GPSGLONASS星座卫星数2424轨道面个数63轨道高度20183公里19100公里运行周期11小时58分11小时15分

9、轨道倾角55度65度载波频率L1:1575.42MHzL1:1602.561615.50MHzL2:1227.60MHzL2:1246.441256.50MHz传输方式码分多址频分多址调制码C/A-码和P-码S码和P码时间系统UTCUTC坐标系统WGS-84SGS-E90GPS与GLONASS对比3）北斗导航系统 由2颗地球静止卫星、1颗在轨备份卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。 定位系统覆盖范围是北纬555，东经70140之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35左右。 定位精度为水平精度100 m，设立标校站之后为20 m(类似差分状态)。工作频率：2491.75 MHz

10、。授时精度约100ns。第四章 导弹的制导 正在建设的北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统(北斗二代)空间端由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10m，授时精度为50ns，测速精度0.2m/s； 指挥站发出波束(无线电波束、激光波束)，控制波束自动跟踪目标。弹上制导设备感知导弹偏离波束的方向和距离，并产生相应的引导指令，操纵导弹始终沿着波束飞向目标。单波束系统（按三点法导引），图单波束系统（按三点法导引），图(a)(a)双波束系统（按前置点法导引）双波束系统（按前置点法导引）, ,图图(b)(b)4

11、.3 遥控式制导4.3.1 波束制导第四章 导弹的制导 原理原理 制导控制指令由弹外的制导站产生，由指令传输通道传输到导弹上，操纵导弹飞向目标。 组成组成 （1）跟踪测量装置：跟踪测量装置：目视的、光学的、雷达的、电视的目视的、光学的、雷达的、电视的 （2）指令形成装置：指令形成装置：信息处理信息处理 （3）指令传输装置：指令传输装置：有线的、无线的有线的、无线的 （4）指令接收和变换装置：指令接收和变换装置：执行机构执行机构 分类分类 目视有线指令制导目视有线指令制导、光学有线指令制导光学有线指令制导（红箭（红箭-73）、）、 雷达无线指令制导雷达无线指令制导（红旗（红旗-2）、）、电视指令

12、制导电视指令制导4.3.2 指令制导第四章 导弹的制导 雷达指令制导示意图第四章 导弹的制导 电视遥控指令制导工作原理图 第四章 导弹的制导TVM (Track Via Missile)制导 利用导弹上的半主动导引头测量导弹相对于目标的位置坐标及其变化率，并将测量结果及弹上其他运动参数通过下行传输通道传送到地面的制导站，地面制导站计算机将地面制导站测量得到的目标与导弹运动信息及弹上下传的信息进行处理和状态估计，根据导引规律的要求形成控制指令，并通过上行传输通道，由地面的制导站传送到弹上，控制导弹飞向目标。 第四章 导弹的制导 分类 主动式、半主动式、被动式自寻的制导。 （1）主动式自寻的 弹上有能量发射装置。照射到目标上，弹上有能量发射装置。照射到目标上， 被目标反射回来，被导弹接收。被目标反射回来，被导弹接收。（2）半主动式自寻的 在导弹外有照射源。照射到目标上，在导弹外有照射源。照射到目标上， 被目标反射回来，被导弹接收。被目标反射回来，被导弹接收。 （3）被动式自寻的 利用目标辐射的红外线或无线电波工作利用目标辐射的红外线或无线电波工作。4.4 自寻的制导第四章 导弹的制导4.5 复合