制導(dǎo)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)探析

劉雪松

摘 ?要：隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的飛速發(fā)展，未來(lái)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)導(dǎo)彈的打擊精度和機(jī)動(dòng)性提出了更高的要求。制導(dǎo)控制系統(tǒng)作為導(dǎo)彈系統(tǒng)的核心部件，決定著導(dǎo)彈的性能。文章對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：制導(dǎo)導(dǎo)彈;導(dǎo)彈控制系統(tǒng);精確打擊

中圖分類號(hào)：E927 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）25-0060-02

Abstract： With the rapid development of modern military technology， the future information war puts forward higher requirements for missile strike accuracy and maneuverability. As the core component of the missile system， the guidance and control system determines the performance of the missile. In this paper， the missile control system is analyzed and summarized.

Keywords： guided missile; missile control system; precision strike

1 概述

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中武器裝備的科技水平提出了更高的要求。導(dǎo)彈作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不可缺少的武器裝備，往往決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的形勢(shì)甚至結(jié)果[1]。精確打擊目標(biāo)是現(xiàn)代高技術(shù)武器系統(tǒng)的首要任務(wù)，因此這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代軍事中的地位越來(lái)越重要。精確制導(dǎo)武器作為實(shí)現(xiàn)精確打擊的主要手段之一，已成為信息戰(zhàn)中造成人身傷害的主要手段，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用[2]。實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)的功能需要依靠導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)。

2 導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的組成

導(dǎo)彈控制系統(tǒng)主要由綜合控制電路、舵系統(tǒng)和慣性組件組成[3]，通過對(duì)導(dǎo)彈舵面的實(shí)時(shí)控制來(lái)改變導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和飛行軌跡[4]?？刂葡到y(tǒng)主要的部件有：測(cè)角儀、陀螺儀、角速度計(jì)、導(dǎo)引頭和舵機(jī)，下面將針對(duì)主要部件進(jìn)行介紹。

2.1 測(cè)角儀

測(cè)角儀是一種具有測(cè)量坐標(biāo)系的儀器，可用于測(cè)量空間運(yùn)動(dòng)物體（目標(biāo)或?qū)棧┰谧鴺?biāo)系中的位置[5]，它的輸入是被測(cè)目標(biāo)坐標(biāo)變化的信息，然后將輸入信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，進(jìn)而產(chǎn)生兩者之間的誤差。這個(gè)誤差經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，這樣就能通過電信號(hào)的分析，判斷被測(cè)目標(biāo)的位置變化，根據(jù)作用原理測(cè)角儀可分為紅外和雷達(dá)兩種。

2.2 陀螺儀

陀螺儀利用了剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的力學(xué)原理[6]。陀螺儀目前應(yīng)用廣泛，雖然它起初是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它不僅可以作為一種指示器，而且可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的敏感元件。根據(jù)陀螺儀的作用自由度分為二自由度和三自由度兩種類型。

2.3 加速度計(jì)

加速度計(jì)是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中重要的慣性傳感器之一，它輸出一個(gè)與移動(dòng)目標(biāo)的加速度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，然后分析和判斷目標(biāo)的法向加速度[7]。通過牛頓運(yùn)動(dòng)定律和數(shù)學(xué)微積分的知識(shí)，加速度計(jì)還可以判斷導(dǎo)彈切向加速度，這樣自然而然地能求出飛行的路程。加速度計(jì)有眾多優(yōu)點(diǎn)，比如：受環(huán)境干擾小，測(cè)量準(zhǔn)確等，根據(jù)加速度計(jì)的形狀和作用方式可以分為重錘式、液浮擺式、撓性擺式等形式。

2.4 導(dǎo)引頭

導(dǎo)引頭，顧名思義是接受目標(biāo)輻射或者反射的信號(hào)，然后把信號(hào)傳到控制和分析模塊，進(jìn)而確定導(dǎo)彈和目標(biāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系，然后反饋出調(diào)整信息，使得導(dǎo)彈完成任務(wù)[8]。導(dǎo)引頭的分類有很多依據(jù)，根據(jù)接收能量的能量位置分為：主動(dòng)、半主動(dòng)、被動(dòng)，根據(jù)接收能量的物理性質(zhì)分為：雷達(dá)導(dǎo)引頭、光電導(dǎo)引頭，根據(jù)測(cè)量坐標(biāo)系相對(duì)于彈體的坐標(biāo)系是靜止的還是移動(dòng)的：固定的，可移動(dòng)的。

2.5 舵機(jī)

舵機(jī)是控制舵面旋轉(zhuǎn)的裝置。在放大變換元件輸出信號(hào)的作用下，產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，調(diào)整導(dǎo)彈的姿態(tài)和飛行軌跡[9]。舵機(jī)的作用類似于飛行器上的操作面操作系統(tǒng)，舵機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

舵面設(shè)計(jì)的基本要求是在舵面上產(chǎn)生足夠的輸出扭矩、足夠的偏角和角速度。舵環(huán)應(yīng)不僅能快速響應(yīng)，而且應(yīng)盡可能呈線性。根據(jù)能量來(lái)源的不同，可分為電動(dòng)舵機(jī)、氣動(dòng)舵機(jī)和液壓舵機(jī)。

3 導(dǎo)彈控制系統(tǒng)工作方式

導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)是指根據(jù)選定的規(guī)律，結(jié)合不同部件來(lái)不斷調(diào)整和修正導(dǎo)彈飛行路線，引導(dǎo)并控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的軟硬件的集合。完成此項(xiàng)功能是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中各個(gè)模塊協(xié)作實(shí)現(xiàn)的，不同模塊有不同的功能，比如導(dǎo)引頭是接受目標(biāo)位置信號(hào)，角速度計(jì)等慣性元件是測(cè)量導(dǎo)彈的姿態(tài)，舵機(jī)是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈運(yùn)行軌跡和運(yùn)行姿態(tài)變化的部件，不過最終的目的是盡可能的使導(dǎo)彈在誤差范圍內(nèi)命中目標(biāo)，完成戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，一般的制導(dǎo)控制系統(tǒng)工作方式如圖2所示。導(dǎo)彈的制導(dǎo)方式大致分為：遙控制導(dǎo)方式、尋的制導(dǎo)方式和復(fù)合制導(dǎo)方式。

3.1 遙控制導(dǎo)方式

遙控制導(dǎo)是導(dǎo)彈外制導(dǎo)站控制導(dǎo)彈飛行的一種制導(dǎo)方法。遙控制導(dǎo)系統(tǒng)可分為無(wú)線電指令制導(dǎo)和波束制導(dǎo)。

無(wú)線電指令制導(dǎo)導(dǎo)彈的飛行控制指令在制導(dǎo)雷達(dá)站形成，通過無(wú)線電波從地面發(fā)送到導(dǎo)彈。目前，多雷達(dá)同時(shí)對(duì)目標(biāo)和導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，采用相對(duì)坐標(biāo)系，大大提高了測(cè)量精度，此外無(wú)線電指導(dǎo)方式中心是指揮系統(tǒng)，能根據(jù)實(shí)際情況來(lái)判斷導(dǎo)彈飛行過程中遇到的問題，比如巧妙躲開飛行中敵方導(dǎo)彈的攔截，依然能夠命中目標(biāo)。無(wú)線電指令制導(dǎo)的控制系統(tǒng)如圖3所示。

波束制導(dǎo)通過無(wú)線電或激光束形成波束中心，使其始終指向目標(biāo)。導(dǎo)彈上的傳感器從波束中心連續(xù)測(cè)量導(dǎo)彈的姿態(tài)信息，并據(jù)相對(duì)誤差信息形成導(dǎo)彈的飛行控制信號(hào)，使導(dǎo)彈能夠保持在波束中心飛行，然后直至命中目標(biāo)。

3.2 尋的制導(dǎo)方式

尋的制導(dǎo)是導(dǎo)彈導(dǎo)引頭（目標(biāo)跟蹤器）感知目標(biāo)反射或者輻射的能量信息，自動(dòng)核對(duì)目標(biāo)位置信息，形成相應(yīng)的制導(dǎo)指令，控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的一種制導(dǎo)方式。尋的制導(dǎo)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是導(dǎo)引頭，導(dǎo)引頭可以跟蹤和測(cè)量目標(biāo)，導(dǎo)引頭可以連續(xù)輸出導(dǎo)彈和目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息。尋的制導(dǎo)的控制系統(tǒng)如圖4所示。

3.3 復(fù)合制導(dǎo)方式

上述各種制導(dǎo)系統(tǒng)各有利弊。如果采用復(fù)合制導(dǎo)方式，可以彌補(bǔ)其優(yōu)缺點(diǎn)，更好地滿足作戰(zhàn)需要。較適用的復(fù)合制導(dǎo)方式如下：（1）慣性自主+尋的制導(dǎo)。導(dǎo)彈在運(yùn)行過程中，不同階段會(huì)采用不同類型的制導(dǎo)方式，一般情況下在導(dǎo)彈垂直發(fā)射后的快速轉(zhuǎn)彎控制段，通常采用慣性自主制導(dǎo)，底部的慣性測(cè)量系統(tǒng)提供導(dǎo)彈的姿態(tài)參考和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。而在飛行過程轉(zhuǎn)彎等程序下，一般使用尋的制導(dǎo)控制。（2）遙控+尋的制導(dǎo)。中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈飛行過程中，導(dǎo)彈飛行前期過程中一般采用遙控制導(dǎo)方式，當(dāng)導(dǎo)彈距離目標(biāo)較近時(shí)，然后采用尋的制導(dǎo)方式，這樣通過導(dǎo)引頭接受目標(biāo)信息，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令，控制導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)和軌跡，保證導(dǎo)彈能命中目標(biāo)，屬于更高精度的制導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程打擊是今后軍事發(fā)展的趨勢(shì)，因此要求導(dǎo)彈飛行能力的不斷提高，而導(dǎo)彈控制系統(tǒng)是導(dǎo)彈整體性能的基礎(chǔ)。雖然目前的制導(dǎo)方式已經(jīng)有很多，并且有許多優(yōu)點(diǎn)，不過應(yīng)該加大對(duì)新形式制導(dǎo)方式的研究，只有通過創(chuàng)新才能優(yōu)化導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航精度的提升，才能提高國(guó)防力量。

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