航天技術(shù)概論(四)課件

1、第四章 導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)4.1 概述4.1.1制導(dǎo)系統(tǒng)的功用及組成圖4.1 導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成引導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)系統(tǒng)：探測(cè)或測(cè)定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)或發(fā)射點(diǎn)的位置探測(cè)或測(cè)定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)或發(fā)射點(diǎn)的位置，按照要求的 彈道，形成引導(dǎo)指令形成引導(dǎo)指令，并將引導(dǎo)指令傳送給控制系統(tǒng)傳送給控制系統(tǒng)。 由探測(cè)設(shè)備和導(dǎo)引指令形成裝置組成?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)：響應(yīng)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)指令信息響應(yīng)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)指令信息，產(chǎn)生作用力產(chǎn)生作用力，迫使導(dǎo)彈改變迫使導(dǎo)彈改變 飛行軌跡，使導(dǎo)彈沿著要求的彈道飛行飛行軌跡，使導(dǎo)彈沿著要求的彈道飛行; ; 或者穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行或者穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行。 由導(dǎo)彈姿態(tài)敏感元件、操縱面位置敏感元件、計(jì)算機(jī)、

2、作動(dòng)裝 置、操縱面和彈體組成。4.1.2制導(dǎo)系統(tǒng)的分類自主式制導(dǎo)：自主式制導(dǎo)：不需要從目標(biāo)或制導(dǎo)站獲取信息，完全由彈上制導(dǎo)設(shè)備 測(cè)量周圍環(huán)境的物理特性產(chǎn)生導(dǎo)引信號(hào)，使導(dǎo)彈沿預(yù)定 彈道飛向目標(biāo)的制導(dǎo)。遙控式制導(dǎo)：遙控式制導(dǎo)：是由導(dǎo)彈以外的指揮站向?qū)棸l(fā)出引導(dǎo)信息，使導(dǎo)彈飛 向目標(biāo)的制導(dǎo)方式。自尋的制導(dǎo)：自尋的制導(dǎo)：是由彈上設(shè)備直接感受目標(biāo)輻射或反射的各種信號(hào)（聲、 光、電、磁、熱等）而形成控制指令實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)。圖4.2 慣性制導(dǎo)原理圖4.2 自主式制導(dǎo)系統(tǒng)定義定義 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)是指利用彈上的慣性元件（陀螺、加速度計(jì)），測(cè)量導(dǎo)彈相對(duì)于慣性空間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如加速度等），并在給定運(yùn)動(dòng)的初始條件

3、的基礎(chǔ)上，由制導(dǎo)計(jì)算機(jī)算出導(dǎo)彈的速度、位置等參數(shù)，并將算出的位置信息與方案計(jì)算機(jī)的預(yù)定值進(jìn)行比較，形成引導(dǎo)指令，以導(dǎo)引導(dǎo)彈按預(yù)定彈道飛行。 4.2.1 慣性制導(dǎo)1 1）加速度計(jì)）加速度計(jì)慣性元件PksPk samm k saaksm2 2）陀螺儀）陀螺儀 陀螺陀螺 + + 支撐及輔助裝置支撐及輔助裝置陀螺儀具有陀螺儀具有定軸性定軸性和和進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性。定軸性：轉(zhuǎn)軸在慣性空間定軸性：轉(zhuǎn)軸在慣性空間保持恒定的方向。保持恒定的方向。陀螺進(jìn)動(dòng)角速度為：進(jìn)動(dòng)角速度為：MMHJ陀螺儀陀螺儀發(fā)展的兩個(gè)方向陀螺儀發(fā)展的兩個(gè)方向 1 1、高精度、高精度測(cè)量誤差：常值漂移和隨機(jī)漂移。測(cè)量誤差：常值漂移和隨機(jī)漂移。

4、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：幾度低精度：幾度/h/h2 2、低成本、小型化、低成本、小型化陀螺的分類陀螺的分類 三浮陀螺三浮陀螺 （液浮、氣浮、磁懸?。┮焊　飧?、磁懸?。?靜電陀螺、靜電陀螺、 激光陀螺、激光陀螺、 光纖陀螺光纖陀螺 1983-1994美國各類陀螺比例美國各類陀螺比例 陀螺穩(wěn)定平臺(tái)平臺(tái)式慣導(dǎo)制導(dǎo)原理圖慣性制導(dǎo)的分類慣性制導(dǎo)的分類 平臺(tái)式慣導(dǎo)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)平臺(tái)式慣導(dǎo)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)捷聯(lián)式慣導(dǎo)制導(dǎo)原理圖慣導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1）抗干擾能力和隱蔽性強(qiáng)，可提供全球?qū)Ш侥芰Γ?2）誤差隨時(shí)間累計(jì)增大，需要初始對(duì)準(zhǔn)；4.2

5、.3 地形匹配制導(dǎo)(terrain contour matchingTERCOM) 預(yù)先用偵察衛(wèi)星或其它偵察手段，測(cè)繪出導(dǎo)彈預(yù)定飛行路線的地形高度數(shù)據(jù)并制成數(shù)字地圖，存貯在彈上制導(dǎo)系統(tǒng)中。導(dǎo)彈發(fā)射后，彈上測(cè)量裝置實(shí)際測(cè)得的地形數(shù)據(jù)與存貯在彈上的數(shù)字地圖進(jìn)行比較，利用地形等高線匹配來確定導(dǎo)彈的地理位置，并將導(dǎo)彈引向預(yù)定區(qū)域或目標(biāo)的制導(dǎo)。雷達(dá)高度表氣壓高度表4.2.44.2.4景象匹配區(qū)域相關(guān)制導(dǎo)景象匹配區(qū)域相關(guān)制導(dǎo)(scene matching area correlation) 利用彈上設(shè)備實(shí)拍導(dǎo)彈飛行地區(qū)的景物圖像（實(shí)時(shí)圖），經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換，與預(yù)存的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)陣列(基準(zhǔn)圖)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行配準(zhǔn)比較

6、，來確定導(dǎo)彈相對(duì)于目標(biāo)位置的制導(dǎo)技術(shù)，通常簡(jiǎn)稱景象匹配制導(dǎo)。4.2.5衛(wèi)星導(dǎo)航定義：接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，通過解算，獲得載體的位置、接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，通過解算，獲得載體的位置、 速度、姿態(tài)信息，以此來形成導(dǎo)引指令的制導(dǎo)系統(tǒng)。速度、姿態(tài)信息，以此來形成導(dǎo)引指令的制導(dǎo)系統(tǒng)。典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國的美國的GPSGPS前蘇聯(lián)的前蘇聯(lián)的GLONASSGLONASS中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)(BDS) 1)GPS（Global Positioning System）GPS空間部分地面監(jiān)控部分用戶接收機(jī)：24顆星，軌道高度2.02萬千米，運(yùn)行周期約為11小時(shí)5

7、8分.：4個(gè)監(jiān)控站、1個(gè)上行注入站和1個(gè)主控站 GPS的工作原理 ：被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航 GPS的導(dǎo)航精度 P碼目前己由16m提高到6m， C/A碼目前己由25100m 提高到12m，授時(shí)精度日前約20ns。 式中：vti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。vto為接收機(jī)的鐘差。 2）GLONASS系統(tǒng) 由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周期11小時(shí)15分，軌道傾角64.8。 GLONASS系統(tǒng)單點(diǎn)定位精度水平方向?yàn)?6m，垂直方向?yàn)?5m。項(xiàng)目GPSGLONASS

8、星座衛(wèi)星數(shù)2424軌道面?zhèn)€數(shù)63軌道高度20183公里19100公里運(yùn)行周期11小時(shí)58分11小時(shí)15分軌道傾角55度65度載波頻率L1:1575.42MHzL1:1602.561615.50MHzL2:1227.60MHzL2:1246.441256.50MHz傳輸方式碼分多址頻分多址調(diào)制碼C/A-碼和P-碼S碼和P碼時(shí)間系統(tǒng)UTCUTC坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84SGS-E903）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS) BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System BDS空間部分：5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星 地面部分：主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站 用戶部分 第二階

9、段： 區(qū)域性無源區(qū)域性無源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（2012-12-27） 16顆導(dǎo)航衛(wèi)星 第一階段： 區(qū)域性有源區(qū)域性有源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，“北斗一號(hào)” 20002003 3顆地球同步衛(wèi)星（2顆工作星，定點(diǎn)在東經(jīng)80和140 1顆備份星，定點(diǎn)在東經(jīng)110.5) 覆蓋范圍東經(jīng)約70140，北緯555。 第三階段： 全球性無源全球性無源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（2020年前） 35顆導(dǎo)航衛(wèi)星開放服務(wù)： 定位精度10m，測(cè)速精度0.2m/s，授時(shí)精度10ns。 指揮站發(fā)出波束(無線電波束、激光波束)，控制波束自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。彈上制導(dǎo)設(shè)備感知導(dǎo)彈偏離波束的方向和距離，并產(chǎn)生相應(yīng)的引導(dǎo)指令，操縱導(dǎo)彈始終沿著波

10、束飛向目標(biāo)。單波束系統(tǒng)（按三點(diǎn)法導(dǎo)引），圖單波束系統(tǒng)（按三點(diǎn)法導(dǎo)引），圖(a)(a)雙波束系統(tǒng)（按前置點(diǎn)法導(dǎo)引）雙波束系統(tǒng)（按前置點(diǎn)法導(dǎo)引）, ,圖圖(b)(b)4.3 遙控式制導(dǎo)4.3.1 波束制導(dǎo) 原理原理 制導(dǎo)控制指令由彈外的制導(dǎo)站產(chǎn)生，由指令傳輸通道傳輸?shù)綄?dǎo)彈上，操縱導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。 組成組成 （1）跟蹤測(cè)量裝置：跟蹤測(cè)量裝置：目視的、光學(xué)的、雷達(dá)的、電視的目視的、光學(xué)的、雷達(dá)的、電視的 （2）指令形成裝置指令形成裝置 （3）指令傳輸裝置：指令傳輸裝置：有線的、無線的有線的、無線的 （4）指令接收和變換裝置指令接收和變換裝置 分類分類 目視有線指令制導(dǎo)目視有線指令制導(dǎo)(紅箭紅箭-73)

11、、光學(xué)有線指令制導(dǎo)光學(xué)有線指令制導(dǎo)（）、（）、 雷達(dá)無線指令制導(dǎo)雷達(dá)無線指令制導(dǎo)（紅旗（紅旗-2）、）、電視指令制導(dǎo)（鷹擊電視指令制導(dǎo)（鷹擊63）4.3.2 指令制導(dǎo) 雷達(dá)指令制導(dǎo)示意圖 電視指令制導(dǎo)工作原理圖 分類（1）主動(dòng)式自尋的 彈上有能量發(fā)射裝置。照射到目標(biāo)上，彈上有能量發(fā)射裝置。照射到目標(biāo)上， 被目標(biāo)反射回來，被導(dǎo)彈接收。被目標(biāo)反射回來，被導(dǎo)彈接收。（2）半主動(dòng)式自尋的 在導(dǎo)彈外有照射源。照射到目標(biāo)上，在導(dǎo)彈外有照射源。照射到目標(biāo)上， 被目標(biāo)反射回來，被導(dǎo)彈接收。被目標(biāo)反射回來，被導(dǎo)彈接收。 （3）被動(dòng)式自尋的 利用目標(biāo)輻射的紅外線或無線電波工作利用目標(biāo)輻射的紅外線或無線電波工作。4.4 自尋的制導(dǎo)主動(dòng)式自尋的半主動(dòng)式自尋的被動(dòng)自尋的4.5 復(fù)合制導(dǎo)目的：提高導(dǎo)引精度，增加制導(dǎo)距離和抗擾能力提高導(dǎo)引精度，增加制導(dǎo)距離和抗擾能力。 “愛國者”MIM-104 制