导弹制导原理

导弹制导原理北航精确制导技术研究中心主讲教师：张庆振*第一章概论 现代战争，从某种意义上说是科技水平的较量，武器的先进性虽然不能最终决定战争的胜负，但用高科技手段装备的精良武器在某个局部战争中确实能起到关键作用，任何人决不能忽视科技手段在现代化战争中发挥的越来越重要的作用。 与以往的战争相比，现代战争的突出特点是进攻武器的快速性、长距离、高空作战能力强。对于机动能力很强的空中目标或远在几百、几千公里的非机动目标，一般的武器是无能为力的，即使能够勉强予以攻击，其杀伤效果也十分差。要对付这种目标，需要提高攻击武器的射程、杀伤效率及攻击准确度，导弹就是一种能够满足这些要求的先进武器。** 导弹与普通武器的根本区别在于它具有制导系统。制导系统的基本任务是确定导弹与目标的相对位置，操纵导弹飞行，在一定的准确度下，导引导弹沿预定的弹道飞向目标。导弹命中目标的概率主要取决于制导系统的工作，所以制导系统在整个导弹系统中占有极重要的地位。且随着科学技术的发展和相对导弹武器命中精度要求的提高，制导系统在整个导弹系统中的地位会越来越重要。 本课程即是一门主要介绍导弹制导技术的专业基础课程。第一章概论*§1.1导弹概述一．火箭与导弹*一．火箭与导弹 火箭与火箭武器：火箭是依靠自身动力装置（火箭发动机）推进的飞行器。火箭可根据不同的用途而装有各种不同的有效载荷，当火箭的有效载荷为战斗部系统时，就称之为火箭武器。 火箭武器可分为两大类：一类称为无控火箭武器，如火箭弹，其飞行轨迹不可导引控制；另一类是可控火箭武器，其飞行轨迹由制导系统导引、控制。*一．火箭与导弹 导弹：导弹是一种飞行武器，它载有战斗部，依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行轨迹，并将其导向目标。 显然，可控的火箭武器是导弹。但并不是所有的导弹都是可控火箭武器。主要是因为导弹的动力推进装置不一定是火箭发动机。依靠空气中氧助燃的喷气发动机或组合型发动机也可以作为导弹的动力装置（如大部分巡航导弹的动力装置为组合型发动机，且以喷气发动机为主）。不论导弹的动力装置是何种发动机，但导弹之所以称为武器，就是因为载有战斗部。*一．火箭与导弹 导弹的组成：一般讲导弹由五部分组成:(1)推进系统(2)制导系统(3)战斗部(4)弹体系统(5)供电系统（弹上电源）*一．火箭与导弹（1）：推进系统 推进系统以发动机为主体，为导弹提供飞行动力，保证导弹获得需要的射程和速度。 导弹常用的发动机有火箭发动机（固体、液体火箭发动机）、空气喷气发动机（涡轮喷气和冲压喷气发动机）、以及组合型发动机（固—液组合，火箭—冲压组合发动机）。* 有的导弹，如面对空导弹、反坦克导弹用两台或单台双推力发动机，其中一台用来起飞助推，使导弹从发射装置上迅速起飞和加速，因此也称为助推器。另一台作为主发动机，用来使导弹维持一定的速度飞行，以便能追击目标，因此称为续航发动机。远程导弹、洲际导弹，其飞行速度要求在火箭发动机熄火时达到每秒数千米。因而需要用多级火箭才能完成每级火箭都要用一台或几台火箭发动机。*一．火箭与导弹（2）制导系统 制导系统是导引和控制导弹飞向目标的仪器和设备的总称。为能够将导弹导向目标，一方面需要不断地测量导弹实际运动状态与理论上所要求的运动状态之间的偏差，或者测量导弹与目标a相对位置与偏差，以便向导弹发出修正偏差或跟踪目标的控制指令;另一方面还需要保证导弹稳定飞行，并操纵导弹改变飞行姿态，控制导弹按所需要的方向和轨迹飞行而命中目标。完成前一个方面任务的部分是导引系统，完成后一个方面任务的部分是控制系统。两个系统集成在一起就构成制导系统。 制导系统可以完全装在弹上，如自寻的制导系统。但也有的导弹，弹上只装控制系统，导引系统则装在地面指挥站或载舰、载机上，如面对空导弹等。*一．火箭与导弹（3）战斗部 战斗部是导弹上直接毁伤目标，完成其战斗任务的部分，由于大多置于导弹头部，故习惯称为导弹头。 由于导弹所攻击的目标性质和类型不同，相应的要求导弹配置有毁伤作用不同，结构类型不同的战斗部，如爆破战斗部、杀伤战斗部、聚能战斗部、化学战斗部、生物战剂战斗部以及核战斗部。*一．火箭与导弹（4）弹体 弹体是导弹的结构主体，是各舱、门、空气动力翼面、弹上机构及一些零组件联接而成的，具有良好的气动外形的壳体，用以安装战斗部、制导系统、动力装置、推进剂及供点系统（弹上电源），以及空气动力翼面（包括产生升力的弹翼），产生操纵力的舵面，以及保证稳定飞行的安定面（尾翼）。对弹道式导弹，由于弹道大部分在大气层外飞行，主动为只作程序转向飞行。因此没有弹翼或根本没有空气动力翼面。*一．火箭与导弹（5）供电系统（弹上电源） 供电系统负责给弹上各分系统供给正常工作所需要的电能，主要包括电源，各种配电、变电装置等。常用的电源有电池，如银锌电池、镍铬电池等、发动机带动的小型发电机，如有的巡航导弹采用涡轮风扇发动机带动小型发电机作为弹上电源。还有的导弹，如个别有线制导的反坦克导弹，弹上没有电源，由地面电源供弹上使用。*§1.1导弹概述二．导弹的分类*二．导弹的分类 尽管一般把导弹分成五大系统，但不同的导弹个各分系统有着很大的区别。为了便于研究，通常将它们进行分类。导弹的分类方法很多，但每一种方法都应该概括地反映出它们的主要特征。通常划分导弹类别的依据主要有按照发射点和目标位置的不同、按照作战使命、按照结构与弹道特征、按照射程、按照所攻击的目标等。下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 是各种分类的一个概括：*表1-1:常用的导弹分类方法(1)地对地导弹岸对舰导弹舰对舰导弹潜对潜导弹舰对地导弹舰对空导弹地对空导弹潜对空导弹远程全天候导弹空对舰导弹全天候攻击导弹潜对地导弹舰对潜导弹空对地导弹空对潜导弹近距格斗导弹全天攻击导弹(1)*表1-1:常用的导弹分类方法(2)(2)战略型导弹战术型导弹*表1-1:常用的导弹分类方法(3)(3)有翼式导弹弹道式导弹巡航式导弹其他有翼导弹*表1-1:常用的导弹分类方法(4)(4)近程导弹(射程≦1000km)洲际导弹(>8000km)中程导弹(1000～3000km)远程导弹(3000～8000km)*表1-1:常用的导弹分类方法(5)(5)攻击固定目标的导弹攻击活动目标的导弹反卫星导弹反坦克导弹反舰(潜)导弹反飞机导弹反弹道导弹*二．导弹的分类 在上表中，发射点和目标的位置可以在地面、地下、水面、水下（潜艇）和空中（飞机、导弹）、空间（卫星、空间站），一般约定地面（包括地下），水面（包括水下）统称为面。 从进攻一方讲，战略型导弹是指攻击敌方导弹或核武器发射基地、军事指挥部门、军用机场、港口、防空和反导基地、重要军需仓库、工业和能源基地、交通和通讯枢纽、政府部门等战略目标，完成战略打击的导弹。远程面对面导弹，空对面导弹属于战略导弹。 此外，从防守一方讲，用于保卫重要城市和具有战略意义的要地，设施的远程面对空导弹也属于战略导弹。*二．导弹的分类 战术型导弹主要指用于地面、空中、海域作战的完成某个具体战役的战术目标任务的导弹。其类型很多。 有翼式导弹除飞航（巡航）导弹外，分类表中列出的面对空、空对面、空对空导弹，以及其他攻击活动目标的导弹均属于有翼导弹。 按照射程分类的，近、中、远程导弹和洲际导弹一般只适用于弹道式导弹和巡航导弹。 还有一些特殊用途的导弹，如诱饵导弹，反雷达（反辐射）导弹等没有明确列入分类表中。实际上它们已包含在上面的分类表中，只不过是由于用途特殊而另有名号罢了。*§1.2导弹制导的一般原理 导弹之所以能够准确地命中目标，是由于能按照一定的导引规律对导弹实施控制，控制导弹的飞行。根本点是改变导弹飞行（速度）方向，而改变飞行方向的方法就是产生与导弹飞行速度矢量垂直的控制力。 在大气层中飞行的导弹主要受发动机推力P、空气动力R和导弹重力G作用。这三种力的合力就是导弹上受到的总作用力。导弹受到的作用力可分解为平行导弹飞行方向的切向力和垂直于导弹飞行方向的法向力，切向力只能改变导弹飞行速度的大小，法向力才能改变导弹飞行方向，法向力为零时，导弹作直线运动。导弹的法向力由推力、空气动力和导弹重力决定，导弹的重力一般不能随意改变，因此要改变导弹的控制力，只有改变导弹的推力或空气动力。*§1.2导弹制导的一般原理 在大气层内飞行的导弹，可由改变空气动力获得控制，有翼导弹一般用改变空气动力的方法来改变控制力。 在大气层中或大气层外飞行的导弹，都可以用改变推力的方法获得控制。无翼导弹主要是用改变推力的办法来改变控制力，因无翼导弹在稀薄大气层内飞行时，弹体产生的空气动力很小。*§1.2导弹制导的一般原理 下面我们以改变导弹空气动力的方法为例说明导弹飞行控制原理。 导弹所受的空气动力可沿速度坐标系分解成升力、侧力和阻力，其中升力和侧力是垂直于飞行速度方向的；升力在导弹纵对称平面内，侧力在导弹侧平面内。所以，利用空气动力来改变控制力，是通过改变升力和侧力来实现的。由于导弹的气动外形不同，改变升力和侧力的方法也略有不同。*§1.2导弹制导的一般原理 现以轴对称导弹为例来说明。轴对称导弹一般具有两对弹翼和舵面，在纵对称面和侧对称面内都能产生较大的空气动力。如果要使导弹在纵对称平面内向上或向下改变飞行方向，就需改变导弹的攻角a（导弹纵轴与速度方向之间的夹角），攻角改变以后，导弹的升力就随之改变。*§1.2导弹制导的一般原理作用在纵对称平面内的导弹受力图如图1.1所示。各力在弹道法线方向上的投影可表示为：式中θ为弹道倾角，Y为升力导弹所受的可改变的法向力为：由牛顿第二定律、圆周运动律可得如下关系式：即:式中v为导弹的飞行速度，m为导弹的质量ρ为导弹的曲率半径。*§1.2导弹制导的一般原理而曲率半径又可表示成式中，S为导弹运动轨迹，则有：即：*§1.2导弹制导的一般原理 由此可以看出，要使导弹在纵对称平面内向上或向下改变飞行方向，就需要利用操纵元件产生操纵力矩使导弹绕质心转动，来改变导弹的攻角。攻角改变后，导弹的法向力也随之改变。而且，当导弹的飞行速度一定时，法向力越大，弹道倾角的变化率就越大，也就是说，导弹在纵对称平面内的飞行方向改变得就越快。 同理，导弹在侧平面内的可改变的法向力为平面内的控制力*§1.2导弹制导的一般原理 由此可见，要使导弹在侧平面内向左或向右改变飞行方向，就需要通过操作元件改变侧滑角β，使侧力z发生变化，从而改变侧向控制力。 显然，要使导弹在任意平面内改变飞行方向，就需要同时改变攻角和侧滑角，使升力和侧力同时发生变化。此时，导弹的法向力NX就是NY和NZ的合力。(如图1.2所示)*§1.3导弹制导系统§1.3.1导弹制导系统的一般组成*§1.3.1导弹制导系统的一般组成 导弹制导系统包括由探测系统，控制指令形成，到操纵导弹飞行的所有设备，也就是通常所说的飞行控制系统。这些设备的作用是使导弹保持在理想弹道附近飞行。如图1.3所示。*§1.3.1导弹制导系统的一般组成y图1.3导弹制导系统的一般组成*§1.3.1导弹制导系统的一般组成 从功能上可将制导系统分为导引系统和控制系统两部分。导引系统通过探测装置确定导弹相对目标或发射点的位置形成导引指令。探测装置对目标和导弹运动信息的测量，可以用不同类型的装置予以实现。例如，可以在选定的坐标系内，对目标或导弹的运动信息分别进行测量，也可以在选定的坐标系内，对目标与导弹的相对运动信息进行测量。探测装置可以是制导站上的红外或雷达测角仪，也可能是装在导弹上的导引头。导引系统根据探测装置测量的参数按照设定的导引方法形成导引指令，指令形成之后送给控制系统，有些情况要经过相应的坐标转换。*§1.3.1导弹制导系统的一般组成 控制系统直接操纵导弹，要迅速而准确地执行导引系统发出的导引指令，控制导弹飞向目标。控制系统的另一项重要任务是保证导弹在每一飞行段稳定地飞行，所以也常称为稳定回路。稳定回路中通常含有校正装置，用以保证其有较高的控制质量。 一般情况下，制导系统是一个多回路系统，稳定回路作为制导系统大回路的一个环节，它本身也是闭环回路，而且可能是多回路(如包括阻尼回路和加速度计反馈回路等)而稳定回路中的执行机构通常也采用位置或速度反馈形成闭环回路。当然并不是所有的制导系统都要求具备上述各回路，例如，有些小型导弹就可能没有稳定回路，也有些导弹的执行机构采用开环控制，但所有导弹都必须具备制导系统大回路。*§1.3.2导弹制导系统的分类 稳定回路系统是制导系统的重要环节，它的性质直接影响制导系统的制导准确度，弹上控制系统应既能保证导弹飞行的稳定性，又能保证导弹的机动性，即对飞行有控制和稳定的作用。 制导系统从功能上讲包括导引系统和控制系统两部分，各类导弹由于其用途、目标的性质和射程的远近等因素的不同，具体的制导设备差别很大。各类导弹的控制系统都在弹上，工作原理也大体相同，而导引系统的设备可能全部放在弹上，也可能放在制导站或导引系统的主要设备放在制导站。* 根据导引系统的工作是否与外界发生联系，或者说导引系统的工作是否需要导弹以外的任何信息，制导系统可分为非自主制导与自主制导两大类。 非自主制导包括自动导引（自寻的制导）、遥控制导、天文制导与地图匹配制导等。自主制导包括方案制导与惯性制导等。为提高制导性能，将几种制导方式组合起来使用，称为复合制导系统。制导系统分类见图1.4。*§1.3.2导弹制导系统的分类*§1.3.2导弹制导系统的分类 从导弹、制导站和目标之间在导弹制导过程中的相互联系，导引系统的作用距离、结构和工作原理以及其他方面的特征来看，这几类制导系统间的差别很大，在每一类制导系统内，导引系统的形式也有所不同，因为导引系统是根据不同的物理原理构成的，实现的技术要求也不同。*§1.3.2导弹制导系统的分类一．自寻的制导系统 自动导引系统也称为自寻的制导系统，是利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标。*一．自寻的制导系统 自寻的制导系统：由弹上导引头感受目标辐射或反射的能量(如无线电波、红外线、激光、可见光、声音等)，测量目标、导弹相对运动参数，并形成相应的导引指令，控制导弹飞行，使导弹飞向目标的制导系统，称为自寻的制导系统。 为了使自寻的制导系统正常工作，首先必须能准确地从目标背景中发现目标，为此要求目标本身的物理特性与其背景或周围其他物体的特性必须有所不同，即要求它具有对背景足够的能量对比性。*一．自寻的制导系统 具有红外辐射(热辐射)源的目标很多，如军舰、飞机(特别是喷气式)、坦克、冶金工厂，在大气层中高速飞行的导弹之头部也具有足够大的热辐射。利用目标辐射的红外线使导弹飞向目标的自寻的系统称为红外自寻的系统。这种系统的作用距离取决于目标辐射(或反射)面的面积和温度、接收装置的灵敏度和气象条件。 有些目标与周围背景不同，它能辐射本身固有的光线，或是反射太阳、月亮的或人工照明的可见光线。利用可见光的自寻的制导系统，其作用距离取决于目标与背景的对比特性、昼夜时间和气候条件。*一．自寻的制导系统 有些目标是强大的声源，如从飞机喷气发动机或电动机以及军舰的工作机械等发出的声音，利用接收声波原理构成的自寻的系统称为声学自寻的系统。这种系统的缺点是，当其被用在射击空中目标的导弹上时，因为声波的传播速度慢，使导弹难以命中空中目标，而是导向目标后面的某一点。此外，高速飞行的导弹本身产生的噪声，会对系统的工作造成干扰。声学自寻的系统多用于水下自寻的鱼雷。 雷达自寻的系统是广泛应用的自寻的制导系统，因为很多军事上的重要目标本身就是电磁能的辐射源，如雷达站、无线电干扰站、导航站等等。*一．自寻的制导系统 有时为了研究上的方便，根据导弹所利用能量的能源所在位置的不同，自寻的制导系统可分成三种:主动式 2.半主动式 3.被动式*一．自寻的制导系统主动式 照射目标的能源在导弹上，对目标辐射能量，同时有导引头接收目标反射回来的能量的寻的制导方式，图1.5所示。采用主动寻的制导的导弹，当弹上的主动导引头截获目标并转入正常跟踪后，就可以完全独立地工作，不需要导弹以外的任何信息。*随着能量发射装置的功率增大，系统作用距离也增大，但同时弹上设备的体积和重量也增大，所以弹上不可能有功率很大的发射装置。因而主动式寻的系统作用的距离一般不是太远。已实际应用的典型的主动式寻的系统主要是雷达寻的系统。*一．自寻的制导系统半主动式 照射目标的能源不在导弹上，弹上只有接收装置，能量发射装置设在导弹以外的制导站或其他位置，如图1.6所示。因此它的功率可以很大，半主动式寻的制导系统的作用距离比主动式要大。*被动式一．自寻的制导系统D—导弹；M—目标 目标本身就是辐射源，不需要发射装置，由弹上导引头直接感受目标辐射的能量，导引头将以目标的特定物理特性作为跟踪的信息源，如图1.7所示。*一．自寻的制导系统 被动式自寻的系统的作用距离不大，典型的被动式自寻的系统是红外自寻的系统。 自寻的制导系统由导引头、弹上信号处理装置与弹上控制系统等组成，自寻的制导系统组成原理如图1.8所示。图1.8寻的制导系统组成原理*一．自寻的制导系统 导引头实际上是制导系统的探测装置，当它对目标能够稳定地跟踪后，即可输出导弹和目标的有关相对运动参数；弹上控制指令形成装置综合导引头及弹上其他敏感元件的测量信号，形成控制指令，把导弹导向目标。 自寻的系统的制导设备全部在弹上，具有发射后不管的特点，可攻击高速目标，制导精度较高。但由于它靠来自目标辐射或反射的能量来测定导弹的飞行偏差，作用距离有限，抗干扰能力差。一般用于空对空、地对空、空对地导弹和某些弹道导弹，用于巡航导弹的末飞行段，以提高末段制导精度。*§1.3.2导弹制导系统的分类二．遥控制导系统 由导弹以外的制导站向导弹发出导引信息的制导系统，称为遥控制导系统。根据导引指令在制导系统中形成的部位不同，遥控制导又分为波束制导和遥控指令制导。*二．遥控制导系统 波束制导系统中，制导站发出波束(无线电波束、激光波束)，导弹在波束内飞行，弹上的制导设备感受它偏离波束中心的方向和距离，并产生相应的导引指令，操纵导弹飞向目标。在多数波束制导系统中，制导站发出的波束应始终跟踪目标。 遥控指令制导系统中，由制导站的导引设备同时测量目标、导弹的位置和其他运动参数，并在制导站形成导引指令，该指令通过无线电波或传输线传送至弹上，弹上控制系统操纵导弹飞向目标。早期的无线电指令制导系统往往使用两部雷达分别对目标和导弹进行跟踪测量，目前多用一部雷达同时跟踪测量目标和导弹的运动，这样不仅可以简化地面设备，而且由于采用了相对坐标体制，大大提高了测量精度，减小了制导误差。*二．遥控制导系统 波束制导和遥控指令制导虽然都由导弹以外的制导站导引导弹，但波束制导中制导站的波束指向，只给出导弹的方位信息，而导引指令则由在波束中飞行的导弹感受其在波束中的位置偏差来形成。弹上的敏感装置不断地测量导弹偏离波束中心的大小与方向，并据此形成导引指令，使导弹保持在波束中心飞行。而遥控指令制导系统中的导引指令，是由制导站根据导弹、目标的位置和运动参数来形成的。* 与自寻的制导系统相比，遥控制导系统在导弹发射后，制导站必须对目标(指令制导中还包括导弹)进行观测，并不断向导弹发出导引信息；而自寻的制导系统中导弹发射后，只由弹上制导设备对目标进行观测、跟踪，并形成导引指令。因此，遥控制导设备分布在弹上和制导站上，而自寻的系统的制导设备基本都装在导弹上。*二．遥控制导系统 遥控制导系统的制导精度较高，作用距离可以比自寻的系统远，弹上制导设备简单。但其制导精度随导弹与制导站的距离增大而降低。同时，遥控制导系统的制导站在导弹发射后，击中目标前不能移动（规避），且要不断发射探测信号，除了易受外界干扰外，还是敌方攻击的主要对象。从武器系统生存能力意义上讲，遥控制导难以与自寻的制导比拟。 遥控制导系统多用于地对空导弹和一些空对空、空对地导弹，有些战术巡航导弹也用遥控指令制导来修正其航向。早期的反坦克导弹多采用有线遥控指令制导。*§1.3.2导弹制导系统的分类三．天文导航（星光制导） 天文导航（星光制导）是根据导弹、地球、星体三者之间的运动关系，来确定导弹的运动参量，将导弹引向目标的一种制导技术。*三．天文导航（星光制导） 导弹天文导航系统一般有两种，一种是由光电六分仪或无线电六分仪，跟踪一种星体，导引导弹飞向目标。另一种是用两部光电六分仪或无线电六分仪，分别观测两个星体，根据两个星体等高圈的交点，确定导弹的位置，导引导弹飞向目标。 六分仪是天文导航的观测装置，它借助于观测天空中的星体来确定导弹的地理位置。以星体与地球中心连线与地球表面相交的一点为圆心，任意距离为半径在地球表面画的圆圈上任一点的高度必然相等，这个圆称为等高圈。这里的高度是指星体高度，定义为从星体投射到观测点的光线与当地地平面的夹角。*四．地图匹配制导 地图匹配制导是利用地图信息进行制导的一种制导方式。 地图匹配制导一般有地形匹配制导与景象匹配区域相关器制导两种。地形匹配制导利用的是地形信息，也叫地形等高线匹配制导；景象匹配区域相关器制导利用的是景象信息，简称为景象匹配制导。它们的基本原理相同，都是利用弹上计算机预存的地形图或景象图，与导弹飞行到预定位置时携带的传感器测出的地形图或景象图进行相关处理，确定出导弹当前位置偏离预定位置的偏差，形成制导指令，将导弹引向预定区域或目标。*五．方案制导 所谓方案制导就是根据导弹飞向目标的既定航迹，拟制的一种飞行 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。方案制导是导引导弹按这种预先拟制好的计划飞行，导弹在飞行中的导引指令就根据导弹的实际参量值与预定值的偏差来形成。方案制导系统实际上是一个程序控制系统，所以方案制导也叫程序制导。*六．惯性制导 惯性导航系统是一自主式的空间基准保持系统。所谓惯性制导是指利用弹上惯性元件，测量导弹相对于惯性空间的运动参数，并在给定运动的初始条件下，由制导计算机计算出导弹的速度、位置及姿态等参数，形成控制信号，导引导弹完成预定飞行任务的一种自主制导系统。它由惯性测量装置、控制显示装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成。惯性测量装置包括三个加速度计和三个陀螺仪。前者用来测量运动体的三个质心移动运动的加速度，后者用来测量运动体的三个绕质心转动运动的角速度。对测出的加速度进行两次积分，可算出运动体在所选择的导航参考坐标系的位置，对角速度进行积分可算出运动体的姿态角。*七．复合制导 当对制导系统要求较高时，如导弹必须击中很远的目标或者必须增加对远距离的目标命中率，可把上述几种制导方式以不同的形式组合起来，以进一步提高制导系统的性能。例如，在导弹飞行初始段用自主制导，将导弹导引到要求的区域，中段采用遥控指令制导，比较精确地把导弹导引到目标附近，末段采用自寻的制导，这不仅增大了制导系统的作用距离，而且提高了制导精度。*七．复合制导 复合制导在转换制导方式过程中，各种制导设备的工作必须协调过渡，实现两种制导方式的交接班，使导弹的弹道能够平滑地衔接起来。 根据导弹在整个飞行过程中，或在不同飞行段上制导方法的组合方式不同，复合制导可分为串联复合制导、并联复合制导和串并联复合制导三种。串联复合制导就是在导弹飞行弹道的不同段上，采用不同的制导方法。并联复合制导就是在导弹的整个飞行过程中，或者在弹道的某一段上，同时采用几种制导方式。串并联复合制导就是在导弹的飞行过程中，既有串联又有并联的复合制导方式。*§1.4导弹控制方式 为提高导弹命中精度与毁伤效果，对导弹进行控制的最终目标是使导弹命中目标时质心与目标足够接近，有时还要求有特定的弹着角。为完成这一任务需要对导弹的质心与姿态同时进行控制。但目前大部分导弹是通过对姿态的控制间接实现质心控制的。导弹姿态运动有三个自由度，即俯仰、偏航和滚转三个姿态，通常也称为三个通道。如果以控制通道的选择作为分类原则，控制方式可分为三类，即单通道控制、双通道控制和三通道控制。*§1.4导弹控制方式一．单通道控制方式 一些小型导弹，弹体直径小，在导弹以较大的角速度绕纵轴旋转的情况下，可用一个控制通道控制导弹在空间的运动，这种控制方式称为单通道控制。*一．单通道控制方式 采用单通道控制方式的导弹可采用“一”字舵面，继电式舵机，一般利用尾喷管斜置和尾翼斜置产生自旋，利用弹体自旋，使一对舵面在弹体旋转中不停地按一定规律从一个极限位置向另一个极限位置交替偏转，其综合效果产生的控制力，使导弹沿基准弹道飞行。 在单通道控制方式中，弹体的自旋转是必要的，如果导弹不绕其纵轴旋转，则一个通道只能控制导弹在某一平面内的运动，而不能控制其空间运动。 单通道控制方式的优点是，由于只有一套执行机构，弹上设备较少，结构简单，质量轻，可靠性高，但由于仅用一对舵面控制导弹在空间的运动，对制导系统来说，有不少特殊问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 要考虑。*§1.4导弹控制方式二．双通道控制方式 通常制导系统对导弹实施横向机动控制，故可将其分解为在互相垂直的俯仰和偏航两个通道内进行的控制，对于滚转通道仅由稳定系统对其进行稳定，而不需要进行控制，这种控制方式称为双通道控制方式，即直角坐标控制。*二．双通道控制方式 双通道控制方式制导系统组成原理图如图1.9所示，其工作原理是：观测跟踪装置测量出导弹和目标在测量坐标系的运动参数，按导引规律分别形成俯仰和偏航两个通道的控制指令。这部分工作一般包括导引规律计算，动态误差和重力误差补偿计算，及滤波校正等内容。 导弹控制系统将两个通道的控制信号传送到执行坐标系的两对舵面上(+字型或×字型)，控制导弹向减少误差信号的方向运动。*二．双通道控制方式图1.9双通道控制方式制导系统原理图*二．双通道控制方式 双通道控制方式中的滚转回路分为滚转角位置稳定和滚转角速度稳定两类。在遥控制导方式中，控制指令在制导站形成，为保证在测量坐标中形成的误差信号正确地转换到控制(执行)坐标系中形成控制指令，一般采用滚转角位置稳定。若弹上有姿态测量装置，且控制指令在弹上形成，可以不采用滚转角位置稳定。在主动式寻的制导方式中，测量坐标系与控制坐标系的关系是确定的，控制指令的形成对滚转角位置没有要求。也有一些文献中把双通道控制方式称为三通道控制。*§1.4导弹控制方式三．三通道控制方式 制导系统对导弹实施控制时，对俯仰、偏航和滚转三个通道都进行控制的称为三通道控制方式，如垂直发射导弹的发射段的控制及滚转转弯控制等。*三．三通道控制方式 三通道控制方式制导系统组成原理图如图1.10所示，其工作原理是：观测跟踪装置测量出导弹和目标的运动参数，然后形成三个控制通道的控制指令，包括姿态控制的参量计算及相应的坐标转换、导引规律计算、误差补偿计算及控制指令形成等，所形成的三个通道的控制指令与三个通道的某些状态量的反馈信号综合，送给执行机构。*三．三通道控制方式图1.10三通道控制方式制导系统原理图*§1.5弹道与过载 导弹在飞行过程中,如果有力或力矩作用到弹体上，则会使弹体产生加速度，从而改变飞行弹道。导弹受到的作用力和产生的加速度可以用过载来衡量。导弹的机动性是评价导弹飞行性能的重要指标之一，导弹的机动性也可以用过载进行评定。过载与弹体结构、制导系统的设计存在密切的关系。下面将介绍过载和机动性的有关概念，过载的投影，过载与导弹运动的关系等内容。*§1.5弹道与过载 为了方便下面的概念介绍，首先介绍相关的三个坐标系。 （1）.弹体坐标系：Ox1y1z1坐标系原点O取在导弹的质心上，Ox1轴与弹体纵轴重合，指向头部为正；Oy1轴位于弹体纵对称面内，垂直于Ox1轴，方向向上为正；Oz1轴垂直于x1Oy1平面，方向按右手定则确定。 （2）.弹道坐标系：Ox2y2z2坐标系原点O取在导弹的质心上，Ox2轴与导弹质心的速度矢量V重合；Oy2轴位于包含速度矢量V的铅垂面内，且垂直于轴Ox2，方向向上为正；Oz2轴垂直于x2Oy2平面，方向按右手定则确定。 （3）.速度坐标系：Ox3y3z3坐标系原点O取在导弹的质心上，Ox3轴与导弹速度矢量V重合；Oy3轴位于弹体纵对称面内，垂直于轴Ox3，方向向上为正；Oz3轴垂直于x3Oz3平面，方向按右手定则确定。*§1.5.1机动性与过载1.所谓机动性，是指导弹在单位时间内改变飞行速度大小和方向的能力。如果要攻击活动目标，特别是攻击空中的机动目标，导弹必须具有良好的机动性。导弹的机动性可以用切向和法向加速度来表征。但人们通常用过载矢量的概念来评定导弹的机动性。*§1.5.1机动性与过载2.所谓过载n，是指作用在导弹上除重力之外的所有外力的合力N(即控制力)与导弹重量G的比值:由过载定义可知，过载是个矢量，它的方向与控制力的方向一致，其模值表示控制力大小为重量的多少倍。这就是说，过载矢量表征了控制力的大小和方向。*§1.5.1机动性与过载 过载的概念，除用于研究导弹的运动之外，在弹体结构强度和控制系统设计中也常用到。因为过载矢量决定了弹上各个部件或仪表所承受的作用力。例如，导弹以加速度作平移运动时，相对弹体固定的某个质量为的部件，除受到随导弹作加速运动引起的惯性力之外，还要受到重力和连接力的作用，部件在这三个力的作用下处于相对平衡状态，即导弹运动的加速度为所以(1-5-2)(1-5-3)(1-5-4)*§1.5.1机动性与过载 可以看出：弹上任何部件所承受的连接力等于本身重量乘以导弹的过载矢量。因此，如果已知导弹在飞行时的过载，就能确定其上任何部件所承受的作用力。 过载这一概念，还有另外的定义(即把过载定义为作用在导弹上的所有外力的合力(包括重力)与导弹重量的比值)。显然，在同样的情况下，过载的定义不同，其值也不同。*§1.5.2运动与过载一．运动与过载的关系 过载不仅是评定导弹机动性的指标，而且和导弹的运动之间存在着密切的联系。*一．运动与过载的关系 根据过载的定义，描述导弹质心运动的动力学方程可以写成 其中Gx2,Gy2,Gz2为重力在弹道坐标系三个坐标轴上的投影，可用重力和弹道倾角来表示。 　即:Ｇy2=-mgcosθ*一．运动与过载的关系将其代入上式，方程两端同除以mg，得到式（1-5-6）左端表示导弹质心的无量纲加速度在弹道坐标系上的3个分量，式（1-5-6）描述了导弹质心运动与过载之间的关系。由此可见，用过载表示导弹质心运动的动力学方程，形式很简单。(1-5-5)*一．运动与过载的关系同样，过载也可以用运动参数V,θ,ΦV来表示，即:式（1-5-7）中，参数表示飞行速度的大小和方向，方程的右边含有这些参数对时间的导数。由此看出，过载矢量在弹道坐标系上的投影表征着导弹改变飞行速度大小和方向的能力。（1-5-7）*一．运动与过载的关系由式（1-5-7）可以得到导弹在某些特殊飞行情况下所对应的过载，例如： (1)导弹在铅垂平面内飞行时： (2)导弹在水平面内飞行时： (3)导弹作直线飞时： (4)导弹作等速直线飞行时： (5)导弹作水平直线飞行时： (6)导弹作水平等速直线飞行时：*一．运动与过载的关系 利用过载矢量在弹道坐标系上的投影还能定性地表示弹道上各点的切向加速度和弹道的形状。由式(1-5-6)可得根据式（1-5-8），可以建立过载在弹道坐标系中的投影与导弹切向加速度之间的关系：（1-5-8）*一．运动与过载的关系 在铅垂平面x2Oy2内（见图1.5.1），过载在弹道坐标系中的投影与导弹弹道之间的关系：*一．运动与过载的关系 同样，在水平面x2Oy2内（见图1.5.2），过载在弹道坐标系中的投影与导弹弹道之间的关系：*§1.5.2运动与过载二．弹道曲率半径与法向过载*二．弹道曲率半径与法向过载 建立弹道曲率半径与法向过载之问的关系，对研究弹道特性也是必要的。如果导弹是在铅垂平面x2Oy2内运动，那么，弹道上某点的曲率就是该点处的弹道倾角θ对弧长s的导数，即而该点的曲率半径ρy2，则为曲率的倒数，所以有*二．弹道曲率半径与法向过载将式(1-5-8)的第2个方程代入上式，可得到 式(1-5-9)表明：在给定速度V的情况下，法向过载越大，曲率半径越小，导弹转弯速率就越大；若值不变，随着飞行速度V的增加，弹道曲率半径就增加，这说明速度越大，导弹越不容易转弯。（1-5-9）*二．弹道曲率半径与法向过载 同理，如果导弹在水平面内飞行，那么曲率半径可写成将式(1-5-8)的第3个方程代入上式，则有*§1.5.3需用过载、极限过载和可用过载 在弹体结构和控制系统设计中，常需要考虑导弹在飞行过程中能够承受的过载。根据战术技术要求的规定，飞行过程中过载不得超过某一数值。这个数值决定了弹体结构和弹上各部件能够承受的最大载荷。为保证导弹能正常飞行，飞行中的过载也必须小于这个数值。 在导弹设计过程中，经常用到需用过载、极限过载和可用过载的概念，下面分别加以叙述。*（1）.需用过载 所谓需用过载是指导弹按给定的弹道飞行时所需要的法向过载，用nR表示。导弹的需用过载是飞行弹道的一个重要特性。 需用过载必须满足导弹的战术技术要求，例如，导弹要攻击机动性强的空中目标，则导弹按一定的导引规律飞行时必须具有较大的法向过载(即需用过载)；另一方面，从设计和制造的观点来看，希望需用过载在满足导弹战术技术要求的前提下越小越好。因为需用过载越小，导弹在飞行过程中所承受的载荷越小，这对防止弹体结构破坏、保证弹上仪器和设备的正常工作以及减小导引误差都是有利的。*（2）．极限过载 在给定飞行速度和高度的情况下，导弹在飞行中所能产生的过载取决于攻角α、侧滑角β及操纵机构的偏转角。通过对导弹气动力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可知，导弹在飞行中，当攻角达到临界值aL时，对应的升力系数达到最大值Cymax，这是一种极限情况。若使攻角继续增大，则会出现所谓的"失速"现象。攻角或侧滑角达到临界值时的法向过载称为极限过载nL。 以纵向运动为例，相应的极限过载可写成*（3）．可用过载 当操纵面的偏转角为最大时，导弹所能产生的法向过载称为可用过载。它表征着导弹产生法向控制力的实际能力。若要使导弹沿着导引规律所确定的弹道飞行，那么，在这条弹道的任一点上，导弹所能产生的可用过载都应大于需用过载。*（3）．可用过载 例如，在某一时刻，从O点向运动着的目标O’发射一枚导弹，采用追踪法导引(见第2章)，亦即导弹的速度矢量始终跟随目标转动(见图1.5.3)。这时导弹跟踪目标所需的过载nR，即为需用过载。如果在某时刻，操纵面偏转角达到最大允许值所产生的可用过载仍小于需用过载，则导弹速度矢量就不可能再跟随目标转动，从而导致脱靶。*（3）．可用过载 在实际飞行过程中，各种干扰因素总是存在的，导弹不可能完全沿着理论弹道飞行，因此，在导弹设计时，必须留有一定的过载余量，用以克服各种扰动因素导致的附加过载。然而，考虑到弹体结构、弹上仪器设备的承载能力，可用过载也不是越大越好。实际上，导弹的舵面偏转总是会受到一定的限制，如操纵机构的输出限幅和舵面的机械限制等。 通过分析，不难发现：极限过载nL>可用过载nP>需用过载nL。*§1.6对制导系统的基本要求 为了完成导弹的制导任务，对导弹制导系统有很多要求，最基本的要求是制导系统的制导准确度、对目标的鉴别力、可靠性和抗干扰能力等几个方面。*一．制导准确度（制导精度） 导弹与炮弹之间的差别在效果上看是导弹具有很高的命中概率，而其实质上的不同在于导弹是被控制的，所以制导准确度是对制导系统的最基本也是最重要的要求。 制导系统的准确度通常用导弹的脱靶量表示。所谓脱靶量，是指导弹在制导过程中与目标间的最短距离。从误差性质看，造成导弹脱靶量的误差分为两种，一种是系统误差，另一种是随机误差。系统误差在所有导弹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。*§1.6对制导系统的基本要求 导弹的脱靶量允许值取决于很多因素，主要取决于给出的命中概率、导弹战斗部的重量和性质、目标的类型及其防御能力。目前，战术导弹的脱靶量可以达到几米，有的甚至可与目标相碰，战略导弹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准确度，也就是减小制导误差。 下面从误差来源角度分析制导误差。从误差来源看，导弹制导系统的制导误差分为动态误差、起伏误差和仪器误差。*(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、导弹机动性能、导引方法的不完善以及目标的机动等因素的影响，不能保证导弹按理想弹道飞行而引起的误差。例如，当目标机动时，由于制导系统的惯性，导弹的飞行方向不能立即随之改变，中间有一定的延迟，因而使导弹离开基准弹道，产生一定的偏差。 导引方法不完善所引起的误差，是指当所采用的导引方法完全正确地实现时所产生的误差，它是导引方法本身所固有的误差，这是一种系统误差。 导弹的可用过载有限也会引起动态误差。在导弹飞行的被动段，飞行速度较低时或理想弹道弯曲度较大、导弹飞行高度较高时，可能会发生导弹的可用过载小于需用过载的情况，这时导弹只能沿可用过载决定的弹道飞行，使实际弹道与理想弹道间出现偏差。*(2)起伏误差 起伏误差是由于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、制导回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，制导回路中的控制信号便附加了干扰成分，导弹的运动便加上了干扰运动，使导弹偏离基准弹道，造成飞行偏差。*(3)仪器误差 由于制造工艺不完善造成制导设备固有精度和工作稳定的局限性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，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准确度，除了在设计、制造时应尽量减小各种误差外，还要对导弹的制导设备进行正确使用和精心维护，使制导系统保持最佳的工作性能。*二．作战反应时间 作战反应时间，指从发现目标起到第一枚导弹起飞为止的一段时间，一般来说应由防御的指挥、控制、通信系统和制导系统的性能决定。但对攻击活动目标的战术导弹，则主要由制导系统决定。当导弹系统的搜索探测设备对目标识别和进行威胁判定后，立即计算目标诸元并选定应射击的目标。制导系统便对被指定的目标进行跟踪，并转动发射设备、捕获目标、计算发射数据、执行发射操作等。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，目标速度越来越快，由于难以实现在远距离上对低空目标的搜索、探测，因此制导系统的反应时间必须尽量短。*三．制导系统对目标的鉴别力 如果要使导弹去攻击相邻几个目标中的某一个指定目标，导弹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，不同距离的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△r表示；角度鉴别力是制导系统对同一距离上，不同方位的两个目标的分辨能力，一般用能够分辨出的两个目标与控制点连线间的最小夹角表示，见图l.ll。图1.11制导系统的目标分辨率*三．制导系统对目标的鉴别力 如果导弹的制导系统是基于接受目标本身辐射或者反射的信号进行控制的，那么鉴别力较高的制导系统就能从相邻的几个目标中分辨出指定的目标；如果制导系统对目标的鉴别力较低，就可能出现下面的情况：(1)当某一目标辐射或反射信号的强度远大于指定目标辐射或反射信号的强度时，制导系统便不能把导弹引向指定的目标，而是引向信号较强的目标。(2)当目标群中多个目标辐射或反射信号的强度相差不大时，制导系统便不能把导弹引向指定目标，因而导弹摧毁指定目标的概率将显著降低。 制导系统对目标的鉴别力，主要由其传感器的测量精度决定，要提高制导系统对目标的鉴别力，必须采用高分辨能力的目标传感器。*四．制导系统的抗干扰能力 制导系统的抗干扰能力是指在遭到敌方袭击、电子对抗、反导对抗和受到内部、外部干扰时，该制导系统保持其正常工作的能力。对多数战术导弹而言，要求具有很强的抗干扰能力。不同的制导系统受干扰的情况各不相同，对雷达遥控系统而言，它容易受到电子干扰，特别是敌方施放的各种干扰，对制导系统的正常工作影响很大。为提高制导系统的抗干扰能力，一是要不断地采用新技术，使制导系统对干扰不敏感；二是要在使用过程中加强制导系统工作的隐蔽性、突然性，使敌方不易察觉制导系统是否在工作；三是制导系统可以采用多种工作模式，一种模式被干扰，立即转换到另一种模式制导。 对战略导弹而言，它的生存能力很重要。为提高生存能力，战略导弹可以在井下或水下发射、机动发射。*五．制导系统的可靠性 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。制导系统的可靠性，可以看做是在给定使用和维护条件下，制导系统各种设备能保持其参数不超过给定范围的性能，通常用制导系统在允许工作时间内不发生故障的概率来表示。这个概率越大，表明制导系统发生故障的可能性越小，也就是系统的可靠性越好。*五．制导系统的可靠性 规定的时间是可靠性定义中的核心。因为不谈时间就无可靠性可言，而规定时间的长短又随着产品对象不同和使用目的不同而异。如导弹、火箭(成败性系统)是要求在几秒或几分钟内可靠，地下电缆，海底电缆系统则要求几十年内可靠，一般的电视机，通讯设备则要求几千小时到几万小时内可靠。一般来说，产品的可靠性是随着使用时间的延长而逐渐降低，所以，一定的可靠性是对一定时间而言的。 规定的条件是指使用条件、维护条件、环境条件和操作技术，这些条件对产品可靠性都会有直接的影响，在不同的条件下，同一产品的可靠性也不一样。比如，实验室条件与现场使用条件不一样，它们的可靠性有时可能相近，有时可能会相差几倍到几十倍。所以不在规定条件下谈论可靠性，就失去比较产品质量的前提。*五．制导系统的可靠性 制导系统的工作环境很复杂，影响制导系统工作的因素很多。例如，在运输、发射和飞行过程中，制导系统要受到振动、冲击和加速度等影响；在保管、储存和工作过程中，制导系统要受到温度、湿度和大气压力变化以及有害气体、灰尘等环境的影响。制导系统的每个元件，由于受到材料、制造工艺的限制，在外界因素的影响下，都可能使元件变质、失效，从而影响制导系统的可靠性。为了保证和提高制导系统的可靠性，在研制过程中必须对制导系统进行可靠性设计，采用优质耐用的元器件、合理的结构和精密的制造工艺。除此之外，还应正确地使用和科学地维护制导系统。*五．制导系统的可靠性 规定的功能常用产品的各种性能指标来评估，通过试验，产品的各项规定的性能指标都已达到，则称该产品完成规定的功能，否则称该产品丧失规定功能。产品丧失规定功能的状态叫做产品发生"故障"或"失效"。相应的各项性能指标就叫做"故障判据"或"失效判据"。 关于可靠性定义中的能力，由于产品在工作中发生故障带有偶然性，所以不能仅看产品的工作情况而应在观察大量的同类产品之后，方能确定其可靠性的高低，故可靠性定义中的"能力"具有统计学的意义。如产品在规定的时间内和规定的条件下，失效数与产品总量之比愈小，可靠性就愈高，或者产品在规定的条件下，平均无故障工作时间愈长，可靠性也就愈高。*六．体积小、质量轻、成本低 在满足上述基本要求的前提下，尽可能的使制导系统的仪器设备结构简单、体积小、质量轻、成本低，对弹上的仪器设备更应如此。*思考题1.制导系统有几种基本类型并说明各制导系统的特点。2.根据导引头所利用能源所在位置不同，寻的制导系统可分为哪几种，简述各自的特点。3.制导系统由哪几部分组成，制导系统的功能是什么?4.什么是导弹的单通道控制、双通道控制和三通道控制，这三种控制方式各适用于什么情况?5.自寻的制导在哪些方面优于遥控制导?6.过载和机动性如何定义?两者有何联系?7.法向过载与弹道形状有何关系？8.弹道曲率半精、导弹转弯速率与导弹法向过载有何联系？9.需用过载、可用过载和极限过载如何定义，它们之间有何关系？10.对制导系统有哪些基本要求?*中国b611型战术地对地导弹地对地导弹*岸对舰导弹瑞典ＲＢＳ－１５Ｇ岸对舰导弹*舰对地导弹us研制的舰对地巡航导弹*舰对舰导弹“鱼叉”舰对舰导弹*舰对潜导弹RUR-5A 型阿斯洛克舰对潜导弹*潜对地导弹SS-N-20潜对地洲际导弹*潜对潜导弹潜对潜导弹*地对空导弹解放军军属防空旅配备红旗-7型地对空导弹*舰对空导弹“鞑靼人”舰对空导弹*空对地导弹"小牛"空对地导弹*空对舰导弹鹰击-62大型空对舰导弹*