火箭制导与控制系统 _生活百科

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火箭制导与控制系统火箭制导与控制系统，是火箭在飞向目标过程中，导引和控制火箭按选定的导引规律调整飞行路线，导向目标所需全部装置（包括硬体和软体）。它包括制导系统和姿态控制系统两个部分。
制导系统由测量装置和制导计算机组成，用来测量火箭相对目标的位置，速度和加速度，按预定规律进行计算处理形成指令。
【火箭制导与控制系统】姿态控制系统由敏感装置（陀螺仪、加速度计等惯性器件）、信息处理设备（计算机）和执行机构（舵机等）组成。当敏感元件、信息处理设备等装于一个组合中时，也称为自动驾驶仪。
基本介绍中文名：火箭制导与控制系统
外文名：Guidance and control system
组成与功能从控制系统的角度看，飞弹多有两个基本迴路。其内迴路是姿态控制迴路，它起稳定弹体姿态，并按控制指令产生弹道控制所需的法向力的作用。习惯上，称这一由弹体动力学、舵机、一些必要的敏感元件及校正网路组成的姿态控制迴路为自动驾驶仪。另—迴路是外迴路，它是飞弹质心运动的控制迴路。它採用敏感元件探测弹目相对关係，生成控制指令，控制弹的质心运动(弹道)，使其与目标交会。内迴路的控制被称为控制(Control)，外迴路的控制被称为制导(Guidance) 。姿态控制系统通过装在弹上的惯性器件测量火箭的视加速度和角度来实现对火箭的控制。按照测量参照系的不同，惯性器件有两种安装和使用方式：一种是惯性器件装在常平架上，以惯性坐标係为测量参照系，称为平台式姿态控制系统，如三轴陀螺稳定平台，它给出测速定向基準和测角参考轴；另一种是惯性器件固连于弹体上，以弹体为测量参照系，称为捷联式姿态控制系统，其测量量需经过计算机的转换变为惯性坐标系的参量，通常叫做数学常平架或假平台。制导系统用来探测或测定飞弹相对于目标的飞行情况，计算弹体实际位置与预定位置的偏差，形成引导指令，并操纵弹体改变飞行方向，使其飞向目标。制导系统分为引导和控制两个系统。（1）引导系统用来测定或探测弹体相对目标或发射点的位置，按希望的弹道形成引导指令，并把引导指令送给控制系统。引导系统通常由弹体、目标位置和运动敏感器(或观测器) 及引导指令形成装置等组成。（2）控制系统回响引导系统来的引导指令信兮，产生作用力迫使弹体改变航向，使弹体沿着要求的弹道飞行。控制系统的另一项主要任务是稳定弹体的飞行。控制系统通常由姿态敏感元件，弹载计箅机、自动驾驶仪和操纵面等组成。设计过程制导与控制系统一般设计过程如下：① 进行战术技术指标论证，如飞行高度包络、航程、攻击精度及目标类型等，了解总体对制导控制系统的战术技术要求以及相关已知数据。② 迸行攻击区分析，初步判定系统实用範围；进行动力学运动学分析，制定製导控制方案。③ 方案火箭设计及计算，获得理想弹道的相关参数，作为小扰动设计的基础。④ 选择导引头并初步确定主要参数，在视线角速度不大的情况下，主要考虑制导控制系统关于噪声干扰和通频带的要求。⑤ 根据试验数据或参考资料，建立各主要成部件数学模型。⑥ 选择稳定迴路结构并初步确定参数，要求在任何情况下系统的稳定裕量在规定的範围内，稳定迴路的设计需要与制导迴路统一考虑。⑦ 制导迴路设计，确定各元器件参数的计算值，保证导引準确度在误差範围内。根据火箭的气动布局和作战指标要求，选择适当的中制导规律和末制导规律，以发挥出火箭良好的飞行性能。⑧ 数学仿真分析，校验计算的参数值，全面检査性能指标是否达到要求。⑨ 半实物仿真。将制导控制的实际装置和部件或全部或部分地接入迴路中，校验仪器和部件的功能和工作逻辑。⑩ 飞行试验。通过实物飞行试验，检验系统设备和制导控制规律的可行性和正确性。分类火箭的制导控制系统按制导方式一般分为6类。自主式：在制导和控制过程中，根据火箭内部或外部的固定参考基準控制火箭半主动雷达制导飞行。制导控制设备全部装在火箭内部，火箭发射后不需外部控制和配合工作。寻的式：由装在弹上的敏感器（导引头）感受目标辐射或散射的能量，自动形成制导指令控制火箭飞向目标。根据照（辐）射源的位置（弹上、目标上、地面或发射平台）不同，又分为主动、被动和半主动3种寻的方式，主动和被动寻的制导设备全部装在弹上。指令式：一般由装在制导站的跟蹤测量装置、指令形成装置、指令传输装置和装在弹上的指令接收机与控制装置组成。此种制导方式弹上设备较简单。根据指令的传输方式又可分为无线电、有线和光纤指令制导等。驾束式：利用地面或发射平台的指挥站发出电磁波束或雷射波束导引火箭飞向目标的系统。这种制导系统，弹上装有能自动测定火箭偏离波束旋转轴位置（角度）并形成指令的装置，或瞄準跟蹤目标的光学系统。图像匹配式：又称地球相关制导。通过遥感地形、地貌、地磁等特徵图像把火箭自动引向目标。弹上装有图像遥感装置、计算机等设备，以及预先存储在存储器内的标準特徵图。图像遥感装置沿火箭飞行航迹在预定空域内摄取实际地表特徵图像。相关器将实时图与预先储存的标準特徵图进行匹配，由此确定火箭实际飞行位置与标準位置的偏差，形成控制指令。複合式：将上述两种或两种以上方式组合起来形成的複合制导系统，从而达到取长补短的目的。火箭制导系统按其物理特性分为：惯性制导（惯导）、无线电制导、红外製导、雷射制导、雷达制导、电视制导、有线制导，光纤制导，以及将两种或三种类型的末制导系统组合起来的双模或三模製导系统等。基本要求为了完成制飞弹药的制导任务，对弹药制导与控制系统有很多要求，其中最基本的要求是制导与控制系统的制导準确度、作战反应时间、制导系统对目标的鉴别力、制导系统的抗干扰能力、制导系统的可靠性等。制导準确度制飞弹药与常规弹药之间的差别，在效果上看是制火箭药具有很高的命中机率，而实质上在于制飞弹药是被控制的。所以，制导準确度是对制导系统的最基本也是最重要的要求。制导与控制系统的準确度通常用火箭的脱靶量表示。所谓脱靶量，是指火箭在制导过程中与目标间的最短距离。从误差性质看，造成火箭脱靶量的误差分为两种：系统误差；随机误差。系统误差在所有火箭攻击目标过程中是固定不变的，因此，系统误差为脱靶量的常值分量；随机误差分量是一个随机量，其平均值等于零。火箭的脱靶量允许值取决于很多因素，但主要取决于给出的命中机率、火箭战斗部的重量和性质、目标的类型及其防御能力。目前，战术火箭的脱靶量可以达到几米，有的甚至可与目标相碰；战略火箭由于其战斗部威力大，目前的脱靶量可达到几十米。为了使脱靶量小于允许值，就要提高制导系统的制导準确度，也就是减小制导误差。从误差来源看，火箭制导系统的制导误差分为动态误差、起伏误差和仪器误差。下面从误差来源角度分析制导误差。①动态误差。动态误差主要是由于制导系统受到系统的惯性、火箭机动性能、引导方法以及目标机动等因素的影响，不能保证火箭按理想弹道飞行而引起的。例如，当目标机动时，由于制导系统的惯性，火箭的飞行方向不能立即随之改变，中间有一定的延迟，因而使飞弹离开基準弹道，产生一定的偏差。引导方法不完善所引起的误差，是指当所採用的引导方法完全正确地实现时所产生的误差，它是引导方法本身所固有的误差，是一种系统误差。火箭的可用过载有限也会引起动态误差。在火箭飞行的被动段，飞行速度较低时或理想弹道弯曲度较大、火箭飞行高度较高时，可能会发生火箭的可用过载小于需用过载的情况，这时火箭只能沿可用过载决定的弹道飞行，而使实际弹道与理想弹道间出现偏差。②起伏误差。起伏误差是由制导系统内部仪器或外部环境的随机干扰所引起的误差。随机干扰包括目标信号起伏、制导迴路内部电子设备的噪声、敌方干扰、背景杂波、大气紊流等。当制导系统受到随机干扰时，制导迴路中的控制信号便附加了干扰成分，火箭的运动便加上了干扰运动，这就使得飞弹偏离基準弹道，造成飞行偏差。③仪器误差。由于製造工艺不完善及制导系统维护不良等原因造成的制导误差，称为仪器误差。仪器误差具有随时间变化很小或保持某个常值的特点，因此可以建立模型来分析它的影响。要保证和提高制导系统的制导準确度，除了在设计、製造时儘量减小各种误差外，在正确使用的同时，还要对火箭的制导设备进行精心维护，使制导系统保持最佳的工作性能。作战反应时间作战反应时间，是指从发现目标起到第一枚火箭起飞之间的一段时间，一般来说，它应由防御的指挥、控制、通信系统和制导系统的性能共同决定。但对攻击活动目标的火箭，作战反应时间则主要由制导系统决定，火箭系统的搜寻探测设备对目标进行识别和威胁判定后，就立即计算目标诸元并选定应攻击的目标。此后，制导系统便对指定的目标进行跟蹤，并进行转动发射设备、捕获目标、计算发射数据、执行发射等操作。制导系统执行上述操作所需要的时间，称为作战反应时间。随着科学技术的发展，目标机动速度越来越快，而火箭系统难以实现在远距离对低空目标的搜寻、探测，因此制导系统的反应时间必须儘量短。制导系统对目标的鉴别力如果要使火箭去攻击相邻几个目标中的某一个指定目标，火箭制导系统就必须具有较高的距离鉴别力和角度鉴别力。距离鉴别力是制导系统对同一方位上、不同距离上两个目标的分辨能力，一般用能够分辨出的两个目标间的最短距离△