飞弹製导和控製系统--中文百科全书

发展概况

飞弹製导和控製系统起源于第二次世界大战期间德国研製的V-1、V-2和莱茵女儿飞弹。V-2飞弹使用了简单的惯性製导系统，从那时起直到80年代，无论是发射人造地球卫星的火箭或是洲际飞弹套用的仍然是V-2飞弹的製导原理。50年代，弹道飞弹主要採用无线电-惯性复合製导以提高命中精度。地空飞弹着重发展中、高空(1~20公裏)和中、远程(30~300公裏)的无线电製导系统。在这一时期，人们解决了指令製导、波束製导和寻的製导中一系列基本技术问题，使地空飞弹成为有效的武器。红外寻的製导当时也已採用，但性能不佳。60年代，随着惯性仪表精度的提高和误差分离与补偿技术的发展和套用，惯性製导系统因精度显着提高而得到广泛的套用。低空飞机、高低空无人驾驶飞机和巡航飞弹的发展促进了地空飞弹製导和控製技术(如快速反应和雷达低空性能)的发展。在这一时期中，光学跟蹤和光电製导技术也有所发展。70年代，製导系统的製导精度得到较大提高，洲际飞弹的精度比50~60年代提高了一个数量级。

分类

飞弹製导和控製系统的控製导引方法

可分为6类:①自主式:在製导和控製过程中，根据飞弹内部或外部的固定参考基準控製飞弹的飞行。製导和控製系统都装在飞弹内部，不需要任何人为的控製，也不需要地面设备配合工作。套用这种方法的系统主要有惯性製导系统、天文製导系统。②寻的式(见寻的製导)。③指令式(见指令製导)。④波束式(见波束製导)。⑤图像匹配式(见图像匹配製导)。⑥复合式:将上述方式组合起来形成复合式製导和控製系统，可以充分发挥各种方式的优点。

飞弹製导和控製系统按所用物理量的性质

可分为 5类:①无线电製导;②红外製导;③雷射製导;④雷达製导;⑤电视製导。

按套用对象分为下面3类

弹道飞弹製导和控製系统弹道飞弹的飞行弹道分为三段:主动飞行段、自由飞行段和再入飞行段。飞弹的命中精度主要取决于主动飞行段结束时飞弹的运动参数(位置和速度)。弹道飞弹一般都採用惯性製导系统进行主动飞行段的製导。此外，在发射前要进行方位瞄準和水準修正，为製导系统建立初始基準，这要由地面方位瞄準系统和水準修正系统与飞弹上的製导和控製系统共同完成。方位瞄準和水準修正的精度直接影响製导精度。有些弹道飞弹还採用末製导来提高製导精度，例如美国潘兴 2型飞弹就使用了地形匹配製导系统进行再入飞行段的末製导。

战术飞弹製导和控製系统战术飞弹指地空、舰空、空空等攻击快速活动目标类型的飞弹。由于目标是快速活动的，製导系统中必须有能即时截获和跟蹤目标的探测手段(通常使用电磁波)，以便不断地测定目标与飞弹的相对位置和速度，然后按规定的导引规律形成指令，引导飞弹飞向目标。目标探测装置和飞弹探测装置(图1)不断探测目标和飞弹运动参数，并输给製导电脑进行处理形成製导指令，经发射机和接收机送给自动驾驶仪，控製飞弹不断逼近目标。这类飞弹多採用寻的製导、指令製导或波束製导方式，有的採用两种以上的製导方式来提高飞弹的性能。

战术飞弹所用的导引规律通常有5种:①追蹤法:飞弹飞行速度的方向总是对準目标瞬时位置。②三点法:指挥站、飞弹和目标三者始终保持在一条直线上。③前置角法:飞弹和目标的连线(称为视线)与某基準线之间保持常值的夹角，即视线角为常值。这样飞弹始终沿着与目标相遇的路线飞行(图2 )。④位置前置点法:飞弹超前于目标与指挥站的连线一定距离，飞弹和指挥站连线与目标和指挥站连线间的夹角随着飞弹飞近目标而减小，直至为零。⑤比例导引法:飞弹速度向量的转动角速度与视线转动角速度成比例。

巡航飞弹製导和控製系统这类飞弹飞行轨迹的特点是在一段时间内保持等高或按预定高度程式飞行，在接近目标时，再俯沖飞向目标。岸舰、空舰、舰舰和空空飞弹多採用这种飞行方式。远程战略巡航飞弹多在低空或超低空飞行以提高突防能力，攻击的目标一般为慢速活动目标或固定目标。

这类飞弹的製导和控製系统与无人驾驶飞机的控製系统相似，一般採用程控(航程控製)高度表或惯性製导方式控製高度，接近目标时转为其他製导方式(如寻的製导、图像匹配製导等)，现代多採用惯性製导和图像匹配製导。为了修正惯性製导在长时间飞行中的积累误差，可附加自动星体跟蹤器(见天文导航)以取得修正信息。

製导精度

它是飞弹製导和控製系统最主要的性能指标，也是决定命中精度最主要的因素。攻击固定目标时飞弹的命中精度一般用圆公算偏差表示，攻击活动目标则用脱靶量表示。圆公算偏差的含意是向一个目标发射多枚飞弹，以目标为圆心作包围半数落下飞弹的圆，这个圆的半径即为圆公算偏差。脱靶量是飞弹飞行过程中飞弹与目标之间的最小距离。自主式製导方式的製导误差主要包括方法误差和工具误差两部分:方法误差是指由于所採用的製导规律不完善(例如方程的简化等)而产生的误差;工具误差是指由于使用装置的误差(例如陀螺仪的漂移、加速度计的测量误差等)而产生的误差。其他製导方式的製导误差主要包括原理误差和测量误差两部分;原理误差是指由于系统动态滞后等因素产生的误差;测量误差是指由探测装置等引起的误差。

系统性试验

飞弹製导和控製系统是一个综合性很强的复杂系统，在研製过程中各类系统性试验具有很重要的作用。这类试验有:①弹体横向振动试验(见火箭振动特徵试验);②系统综合试验和系统匹配试验:借以考验系统内部的设备之间、分系统之间及与其他系统(例如地面、遥测、安全等系统)之间是否协调和匹配，功能和参数是否满足设计要求;③电磁相容性试验;④仿真试验;⑤飞行试验。

目标和它所处背景对电磁波辐射和散射的特徵以及各种干扰都会影响探测装置的探测能力和探测精度，从而影响整个飞弹的性能。因此，在设计製导和控製系统时应使系统与目标特徵有最佳的匹配，最大限度地抑製背景的影响，提高抗干扰的能力。

发展状况

80年代以来，飞弹探测和製导精度已大大提高。即将投入使用的高级惯性参考球(又称浮球平台)将进一步提高惯性製导精度。採用复合製导可以提高防空飞弹抗干扰和全天候的作战能力。正在研製的导航星全球定位系统可提供更精确的製导方法。雷达频率捷变技术、成像製导技术和隐身技术的发展将提高巡航飞弹的命中精度、抗干扰能力和突防能力。