第四章 导弹制导控制系统

第四章 导弹制导控制系统4.1 概述

4.1.1 制导系统的功用及组成

目标、导弹传感器

导弹姿态敏感元件

操纵面计算机引导指令形成装置

弹体

操纵面位置敏感元件

作动装置目标运动参数

导弹运动参数

引导系统 引导指令 控制系统

图 4.1 导弹制导系统的基本组成

引导系统：探测或测定导弹相对于目标或发射点的位置，按照要求的 弹道，形成引导指令，并将引导指令传送给控制系统。 由探测设备和导引指令形成装置组成。

控制系统：响应引导系统的引导指令信息，产生作用力，迫使导弹改变 飞行轨迹，使导弹沿着要求的弹道飞行 ; 或者稳定导弹的飞行。 由导弹姿态敏感元件、操纵面位置敏感元件、计算机、作动装 置、操纵面和弹体组成。

4.1.2 制导系统的分类

自主式制导：不需要从目标或制导站获取信息，完全由弹上制导设备 测量周围环境的物理特性产生导引信号，使

导弹沿预定 弹道飞向目标的制导。

遥控式制导：是由导弹以外的指挥站向导弹发出引导信息，使导弹飞 向目标的制导方式。

自寻的制导：是由弹上设备直接感受目标辐射或反射的各种信号（声、 光、电、磁、热等）而形成控制指令实现制导。

加速度计稳定平台

坐标变换 ò

制导计算机

舵机 弹体

重力补偿计算

方案计算机

òW

v0 S0

Sa

gv

图 4.2 惯性制导原理图

4.2 自主式制导系统

定义 惯性制导系统是指利用弹上的惯性元件（陀螺、加速度计），测量导弹相对于惯性空间的运动参数（如加速度等），并在给定运动的初始条件的基础上，由制导计算机算出导弹的速度、位置等参数，并将算出的位置信息与方案计算机的预定值进行比较，形成引导指令，以导引导弹按预定弹道飞行。

4.2.1 惯性制导

1 ）加速度计

惯性元件

P k s

P k sa

m m

k sa a k s

m

2 ）陀螺仪

陀螺 + 支撑及辅助装置

陀螺仪具有定轴性和进动性。

定轴性：转轴在惯性空间保持恒定的方向。

陀螺

进动角速度为：M M

H J

陀螺仪

陀螺仪发展的两个方向 1 、高精度测量误差：常值漂移和随机漂移。 高精度： 0.00001°/h 中等精度： 0.1°/h 低精度：几度 /h2 、低成本、小型化

陀螺的分类 三浮陀螺 （液浮、气浮、磁悬浮） 静电陀螺、 激光陀螺、 光纤陀螺

1983-1994 美国各类陀螺比例

陀螺稳定平台

加速度表

陀螺

三轴稳定平台

导航计算机 控制显示

稳定回路

加速度信息 位置信息

陀螺施矩信息

陀螺输出信息

控制平台信息

速度信息

从环架轴拾取的姿态信息飞行器

平台式惯导制导原理图

惯性制导的分类

平台式惯导和捷联式惯导

捷联式惯导制导原理图

加速度表

陀螺

姿态矩阵

姿态矩阵计算

导航计算机 控制显示

姿态角计算

位置速度

姿态航向

方向余弦元素

垂直旋转速率

沿地理系加速度分量

沿弹体轴加速度分量

沿弹体轴测得速率

导弹

pbC

bib

bip

biba

piba

惯导系统的优缺点 1 ）抗干扰能力和隐蔽性强，可提供全球导航能力； 2 ）误差随时间累计增大，需要初始对准；

4.2.3 地形匹配制导 (terrain contour matching—TERCOM)

预先用侦察卫星或其它侦察手段，测绘出导弹预定飞行路线的地形高度数据并制成数字地图，存贮在弹上制导系统中。导弹发射后，弹上测量装置实际测得的地形数据与存贮在弹上的数字地图进行比较，利用地形等高线匹配来确定导弹的地理位置，并将导弹引向预定区域或目标的制导。 雷达高度表

气压高度表

4.2.4 景象匹配区域相关制导 (scene matching area correlation)

利用弹上设备实拍导弹飞行地区的景物图像（实时图），经过数字转换，与预存的基准数据阵列 (基准图 )在计算机中进行配准比较，来确定导弹相对于目标位置的制导技术，通常简称景象匹配制导。

4.2.5 卫星导航定义：接收导航卫星发射的无线电信号，通过解算，获得载体的位置、 速度、姿态信息，以此来形成导引指令的制导系统。典型的卫星导航系统

美国的 GPS前苏联的 GLONASS中国的北斗双星

1)GPS （ Global Positioning System）

GPS

空间部分

地面监控部分

用户接收机

： 24颗星，轨道高度 2.02万千米，运行周期约为 11小时 58分 .

： 4个监控站、 1个上行注入站和 1个主控站

GPS的工作原理

GPS的导航精度 P码目前己由16m提高到6m， C/A码目前己由25~100m 提高到12m，授时精度日前约20ns。

式中：vti (i=1 、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。vto为接收机的钟差。

2 ） GLONASS 系统 由 24颗卫星组成，均匀分布在 3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面 8颗卫星，轨道高度 19100 公里，运行周期 11小时 15分，轨道倾角 64.8°。 GLONASS 系统单点定位精度水平方向为 16m ，垂直方向为 25m 。

项目 GPS GLONASS

星座卫星数 24 24

轨道面个数 6 3

轨道高度 20183 公里 19100 公里

运行周期 11 小时 58 分 11 小时 15 分

轨道倾角 55 度 65 度

载波频率L1:1575.42MHz

L1:1602.56~1615.50MHz

L2:1227.60MHzL2:1246.44~1256.50MHz

传输方式 码分多址 频分多址

调制码 C/A- 码和 P- 码 S 码和 P 码

时间系统 UTC UTC

坐标系统 WGS-84 SGS-E90

3 ）北斗导航系统 由 2颗地球静止卫星、 1颗在轨备

份卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。

定位系统覆盖范围是北纬 5°~55°， 东经 70°~140° 之间的心脏地区， 上大下小，最宽处在北纬 35° 左右。 定位精度为水平精度 100 m ，设立 标校站之后为 20 m( 类似差分状态 )。 工作频率： 2491.75 MHz。授时精度 约 100ns 。

指挥站发出波束 (无线电波束、激光波束 ) ，控制波束自动跟踪目标。弹上制导设备感知导弹偏离波束的方向和距离，并产生相应的引导指令，操纵导弹始终沿着波束飞向目标。

单波束系统（按三点法导引），图 (a)双波束系统（按前置点法导引） ,图 (b)

4.3 遥控式制导4.3.1 波束制导

原理 制导控制指令由弹外的制导站产生，由指令传输通道

传输到导弹上，操纵导弹飞向目标。 组成

（ 1）跟踪测量装置：目视的、光学的、雷达的、电视的 （ 2）指令形成装置 （ 3）指令传输装置：有线的、无线的 （ 4）指令接收和变换装置 分类 目视有线指令制导（）、光学有线指令制导（红箭 -73 ）、 雷达无线指令制导（红旗 -2 ）、电视指令制导

4.3.2 指令制导

雷达指令制导示意图

电视遥控指令制导工作原理图

TVM(Tracking Via Missile) 制导 利用导弹上的半主动导引头测量导弹相对于目标的位置坐标及其

变化率，并将测量结果及弹上其他运动参数通过下行传输通道传送到地面的制导站，地面制导站计算机将地面制导站测量得到的目标与导弹运动信息及弹上下传的信息进行处理和状态估计，根据导引规律的要求形成控制指令，并通过上行传输通道，由地面的制导站传送到弹上，控制导弹飞向目标。

分类 主动式自寻的、半主动式自寻的、被动式 自寻的。 （ 1）主动式自寻的 弹上有能量发射装置。照射到目标上， 被目标反射回来，被导弹接收。 （ 2 ）半主动式自寻的 在导弹外有照射源。照射到目标上， 被目标反射回来，被导弹接收。 （ 3 ）被动式自寻的 利用目标辐射的红外线或无线电波工作。

4.4 自寻的制导

4.5 复合制导目的：提高导引精度，增加制导距离和抗扰能力。 “爱国者” MIM-104

制导方式：程序 + 指令 +TVM

程序起飞，指令修正，弹上导引头发现目标时，进入 TVM 制导。 “战斧” BGM-109C( 海基 )

制导方式：惯导 + 地形匹配 + 数字景像匹配 “飞鱼” AM39

制导方式：惯导 + 主动雷达末制导 “AIM-120A”

制导方式：惯导 + 指令修正 + 主动雷达