導彈制導原理北航精確制導技術研究中心主講教師：張慶振整理ppt第一章概論現代戰爭，從某種意義上說是科技水平的較量，武器的先進性雖然不能最終決定戰爭的勝負，但用高科技手段裝備的精良武器在某個局部戰爭中確實能起到關鍵作用，任何人決不能忽視科技手段在現代化戰爭中發揮的越來越重要的作用。與以往的戰爭相比，現代戰爭的突出特點是進攻武器的快速性、長距離、高空作戰能力強。對于機動能力很強的空中目標或遠在幾百、幾千公里的非機動目標，一般的武器是無能為力的，即使能夠勉強予以攻擊，其殺傷效果也十分差。要對付這種目標，需要提高攻擊武器的射程、殺傷效率及攻擊準確度，導彈就是一種能夠滿足這些要求的先進武器。2整理ppt導彈與普通武器的根本區別在于它具有制導系統。制導系統的基本任務是確定導彈與目標的相對位置，操縱導彈飛行，在一定的準確度下，導引導彈沿預定的彈道飛向目標。導彈命中目標的概率主要取決于制導系統的工作，所以制導系統在整個導彈系統中占有極重要的地位。且隨著科學技術的發展和相對導彈武器命中精度要求的提高，制導系統在整個導彈系統中的地位會越來越重要。本課程即是一門主要介紹導彈制導技術的專業基礎課程。第一章概論3整理ppt§1.1導彈概述一．火箭與導彈4整理ppt一．火箭與導彈火箭與火箭武器：火箭是依靠自身動力裝置（火箭發動機）推進的飛行器。火箭可根據不同的用途而裝有各種不同的有效載荷，當火箭的有效載荷為戰斗部系統時，就稱之為火箭武器。火箭武器可分為兩大類：一類稱為無控火箭武器，如火箭彈，其飛行軌跡不可導引控制；另一類是可控火箭武器，其飛行軌跡由制導系統導引、控制。5整理ppt一．火箭與導彈導彈：導彈是一種飛行武器，它載有戰斗部，依靠自身動力裝置推進，由制導系統導引、控制其飛行軌跡，并將其導向目標。顯然，可控的火箭武器是導彈。但并不是所有的導彈都是可控火箭武器。主要是因為導彈的動力推進裝置不一定是火箭發動機。依靠空氣中氧助燃的噴氣發動機或組合型發動機也可以作為導彈的動力裝置（如大部分巡航導彈的動力裝置為組合型發動機，且以噴氣發動機為主）。不論導彈的動力裝置是何種發動機，但導彈之所以稱為武器，就是因為載有戰斗部。6整理ppt一．火箭與導彈導彈的組成：一般講導彈由五部分組成:(1)推進系統

(2)制導系統

(3)戰斗部

(4)彈體系統

(5)供電系統（彈上電源）7整理ppt一．火箭與導彈（1）：推進系統推進系統以發動機為主體，為導彈提供飛行動力，保證導彈獲得需要的射程和速度。導彈常用的發動機有火箭發動機（固體、液體火箭發動機）、空氣噴氣發動機（渦輪噴氣和沖壓噴氣發動機）、以及組合型發動機（固—液組合，火箭—沖壓組合發動機）。8整理ppt有的導彈，如面對空導彈、反坦克導彈用兩臺或單臺雙推力發動機，其中一臺用來起飛助推，使導彈從發射裝置上迅速起飛和加速，因此也稱為助推器。另一臺作為主發動機，用來使導彈維持一定的速度飛行，以便能追擊目標，因此稱為續航發動機。遠程導彈、洲際導彈，其飛行速度要求在火箭發動機熄火時達到每秒數千米。因而需要用多級火箭才能完成每級火箭都要用一臺或幾臺火箭發動機。9整理ppt一．火箭與導彈（2）制導系統制導系統是導引和控制導彈飛向目標的儀器和設備的總稱。為能夠將導彈導向目標，一方面需要不斷地測量導彈實際運動狀態與理論上所要求的運動狀態之間的偏差，或者測量導彈與目標a相對位置與偏差，以便向導彈發出修正偏差或跟蹤目標的控制指令;另一方面還需要保證導彈穩定飛行，并操縱導彈改變飛行姿態，控制導彈按所需要的方向和軌跡飛行而命中目標。完成前一個方面任務的部分是導引系統，完成后一個方面任務的部分是控制系統。兩個系統集成在一起就構成制導系統。制導系統可以完全裝在彈上，如自尋的制導系統。但也有的導彈，彈上只裝控制系統，導引系統則裝在地面指揮站或載艦、載機上，如面對空導彈等。10整理ppt一．火箭與導彈（3）戰斗部戰斗部是導彈上直接毀傷目標，完成其戰斗任務的部分，由于大多置于導彈頭部，故習慣稱為導彈頭。由于導彈所攻擊的目標性質和類型不同，相應的要求導彈配置有毀傷作用不同，結構類型不同的戰斗部，如爆破戰斗部、殺傷戰斗部、聚能戰斗部、化學戰斗部、生物戰劑戰斗部以及核戰斗部。11整理ppt一．火箭與導彈（4）彈體

彈體是導彈的結構主體，是各艙、門、空氣動力翼面、彈上機構及一些零組件聯接而成的，具有良好的氣動外形的殼體，用以安裝戰斗部、制導系統、動力裝置、推進劑及供點系統（彈上電源），以及空氣動力翼面（包括產生升力的彈翼），產生操縱力的舵面，以及保證穩定飛行的安定面（尾翼）。對彈道式導彈，由于彈道大部分在大氣層外飛行，主動為只作程序轉向飛行。因此沒有彈翼或根本沒有空氣動力翼面。12整理ppt一．火箭與導彈（5）供電系統（彈上電源）

供電系統負責給彈上各分系統供給正常工作所需要的電能，主要包括電源，各種配電、變電裝置等。常用的電源有電池，如銀鋅電池、鎳鉻電池等、發動機帶動的小型發電機，如有的巡航導彈采用渦輪風扇發動機帶動小型發電機作為彈上電源。還有的導彈，如個別有線制導的反坦克導彈，彈上沒有電源，由地面電源供彈上使用。13整理ppt§1.1導彈概述二．導彈的分類14整理ppt二．導彈的分類盡管一般把導彈分成五大系統，但不同的導彈個各分系統有著很大的區別。為了便于研究，通常將它們進行分類。導彈的分類方法很多，但每一種方法都應該概括地反映出它們的主要特征。通常劃分導彈類別的依據主要有按照發射點和目標位置的不同、按照作戰使命、按照結構與彈道特征、按照射程、按照所攻擊的目標等。下表是各種分類的一個概括：15整理ppt表1-1:常用的導彈分類方法(1)按照發射地點和目標所在的位置分類地對地導彈岸對艦導彈艦對艦導彈潛對潛導彈艦對地導彈艦對空導彈地對空導彈潛對空導彈遠程全天候導彈空對艦導彈全天候攻擊導彈潛對地導彈艦對潛導彈空對地導彈空對潛導彈近距格斗導彈全天攻擊導彈(1)16整理ppt表1-1:常用的導彈分類方法(2)按照作戰使命分類(2)戰略型導彈戰術型導彈17整理ppt表1-1:常用的導彈分類方法(3)按照結構與彈道分類(3)有翼式導彈彈道式導彈巡航式導彈其他有翼導彈18整理ppt表1-1:常用的導彈分類方法(4)按照射程遠近分類(4)近程導彈(射程≦1000km)洲際導彈(>8000km)中程導彈(1000～3000km)遠程導彈(3000～8000km)19整理ppt表1-1:常用的導彈分類方法(5)按所攻擊的目標分類(5)攻擊固定目標的導彈攻擊活動目標的導彈反衛星導彈反坦克導彈反艦(潛)導彈反飛機導彈反彈道導彈20整理ppt二．導彈的分類在上表中，發射點和目標的位置可以在地面、地下、水面、水下（潛艇）和空中（飛機、導彈）、空間（衛星、空間站），一般約定地面（包括地下），水面（包括水下）統稱為面。從進攻一方講，戰略型導彈是指攻擊敵方導彈或核武器發射基地、軍事指揮部門、軍用機場、港口、防空和反導基地、重要軍需倉庫、工業和能源基地、交通和通訊樞紐、政府部門等戰略目標，完成戰略打擊的導彈。遠程面對面導彈，空對面導彈屬于戰略導彈。此外，從防守一方講，用于保衛重要城市和具有戰略意義的要地，設施的遠程面對空導彈也屬于戰略導彈。21整理ppt二．導彈的分類戰術型導彈主要指用于地面、空中、海域作戰的完成某個具體戰役的戰術目標任務的導彈。其類型很多。有翼式導彈除飛航（巡航）導彈外，分類表中列出的面對空、空對面、空對空導彈，以及其他攻擊活動目標的導彈均屬于有翼導彈。按照射程分類的，近、中、遠程導彈和洲際導彈一般只適用于彈道式導彈和巡航導彈。還有一些特殊用途的導彈，如誘餌導彈，反雷達（反輻射）導彈等沒有明確列入分類表中。實際上它們已包含在上面的分類表中，只不過是由于用途特殊而另有名號罷了。22整理ppt§1.2導彈制導的一般原理導彈之所以能夠準確地命中目標，是由于能按照一定的導引規律對導彈實施控制，控制導彈的飛行。根本點是改變導彈飛行（速度）方向，而改變飛行方向的方法就是產生與導彈飛行速度矢量垂直的控制力。在大氣層中飛行的導彈主要受發動機推力P、空氣動力R和導彈重力G作用。這三種力的合力就是導彈上受到的總作用力。導彈受到的作用力可分解為平行導彈飛行方向的切向力和垂直于導彈飛行方向的法向力，切向力只能改變導彈飛行速度的大小，法向力才能改變導彈飛行方向，法向力為零時，導彈作直線運動。導彈的法向力由推力、空氣動力和導彈重力決定，導彈的重力一般不能隨意改變，因此要改變導彈的控制力，只有改變導彈的推力或空氣動力。23整理ppt§1.2導彈制導的一般原理在大氣層內飛行的導彈，可由改變空氣動力獲得控制，有翼導彈一般用改變空氣動力的方法來改變控制力。在大氣層中或大氣層外飛行的導彈，都可以用改變推力的方法獲得控制。無翼導彈主要是用改變推力的辦法來改變控制力，因無翼導彈在稀薄大氣層內飛行時，彈體產生的空氣動力很小。24整理ppt§1.2導彈制導的一般原理

下面我們以改變導彈空氣動力的方法為例說明導彈飛行控制原理。導彈所受的空氣動力可沿速度坐標系分解成升力、側力和阻力，其中升力和側力是垂直于飛行速度方向的；升力在導彈縱對稱平面內，側力在導彈側平面內。所以，利用空氣動力來改變控制力，是通過改變升力和側力來實現的。由于導彈的氣動外形不同，改變升力和側力的方法也略有不同。25整理ppt§1.2導彈制導的一般原理現以軸對稱導彈為例來說明。軸對稱導彈一般具有兩對彈翼和舵面，在縱對稱面和側對稱面內都能產生較大的空氣動力。如果要使導彈在縱對稱平面內向上或向下改變飛行方向，就需改變導彈的攻角a（導彈縱軸與速度方向之間的夾角），攻角改變以后，導彈的升力就隨之改變。26整理ppt§1.2導彈制導的一般原理作用在縱對稱平面內的導彈受力圖如圖1.1所示。各力在彈道法線方向上的投影可表示為：式中θ為彈道傾角，Y為升力導彈所受的可改變的法向力為：由牛頓第二定律、圓周運動律可得如下關系式：即:式中v為導彈的飛行速度，m為導彈的質量ρ為導彈的曲率半徑。27整理ppt§1.2導彈制導的一般原理而曲率半徑又可表示成式中，S為導彈運動軌跡，則有：即：28整理ppt§1.2導彈制導的一般原理由此可以看出，要使導彈在縱對稱平面內向上或向下改變飛行方向，就需要利用操縱元件產生操縱力矩使導彈繞質心轉動，來改變導彈的攻角。攻角改變后，導彈的法向力也隨之改變。而且，當導彈的飛行速度一定時，法向力越大，彈道傾角的變化率就越大，也就是說，導彈在縱對稱平面內的飛行方向改變得就越快。同理，導彈在側平面內的可改變的法向力為平面內的控制力29整理ppt§1.2導彈制導的一般原理由此可見，要使導彈在側平面內向左或向右改變飛行方向，就需要通過操作元件改變側滑角β，使側力z發生變化，從而改變側向控制力。顯然，要使導彈在任意平面內改變飛行方向，就需要同時改變攻角和側滑角，使升力和側力同時發生變化。此時，導彈的法向力NX就是NY和NZ的合力。(如圖1.2所示)30整理ppt§1.3導彈制導系統§1.3.1導彈制導系統的一般組成31整理ppt§1.3.1導彈制導系統的一般組成

導彈制導系統包括由探測系統，控制指令形成，到操縱導彈飛行的所有設備，也就是通常所說的飛行控制系統。這些設備的作用是使導彈保持在理想彈道附近飛行。如圖1.3所示。32整理ppt§1.3.1導彈制導系統的一般組成++δλ舵機回路-姿態穩定回路Х制導回路-θzy圖1.3導彈制導系統的一般組成33整理ppt§1.3.1導彈制導系統的一般組成從功能上可將制導系統分為導引系統和控制系統兩部分。導引系統通過探測裝置確定導彈相對目標或發射點的位置形成導引指令。探測裝置對目標和導彈運動信息的測量，可以用不同類型的裝置予以實現。例如，可以在選定的坐標系內，對目標或導彈的運動信息分別進行測量，也可以在選定的坐標系內，對目標與導彈的相對運動信息進行測量。探測裝置可以是制導站上的紅外或雷達測角儀，也可能是裝在導彈上的導引頭。導引系統根據探測裝置測量的參數按照設定的導引方法形成導引指令，指令形成之后送給控制系統，有些情況要經過相應的坐標轉換。34整理ppt§1.3.1導彈制導系統的一般組成

控制系統直接操縱導彈，要迅速而準確地執行導引系統發出的導引指令，控制導彈飛向目標。控制系統的另一項重要任務是保證導彈在每一飛行段穩定地飛行，所以也常稱為穩定回路。穩定回路中通常含有校正裝置，用以保證其有較高的控制質量。一般情況下，制導系統是一個多回路系統，穩定回路作為制導系統大回路的一個環節，它本身也是閉環回路，而且可能是多回路(如包括阻尼回路和加速度計反饋回路等)而穩定回路中的執行機構通常也采用位置或速度反饋形成閉環回路。當然并不是所有的制導系統都要求具備上述各回路，例如，有些小型導彈就可能沒有穩定回路，也有些導彈的執行機構采用開環控制，但所有導彈都必須具備制導系統大回路。35整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類穩定回路系統是制導系統的重要環節，它的性質直接影響制導系統的制導準確度，彈上控制系統應既能保證導彈飛行的穩定性，又能保證導彈的機動性，即對飛行有控制和穩定的作用。制導系統從功能上講包括導引系統和控制系統兩部分，各類導彈由于其用途、目標的性質和射程的遠近等因素的不同，具體的制導設備差別很大。各類導彈的控制系統都在彈上，工作原理也大體相同，而導引系統的設備可能全部放在彈上，也可能放在制導站或導引系統的主要設備放在制導站。36整理ppt根據導引系統的工作是否與外界發生聯系，或者說導引系統的工作是否需要導彈以外的任何信息，制導系統可分為非自主制導與自主制導兩大類。非自主制導包括自動導引（自尋的制導）、遙控制導、天文制導與地圖匹配制導等。自主制導包括方案制導與慣性制導等。為提高制導性能，將幾種制導方式組合起來使用，稱為復合制導系統。制導系統分類見圖1.4。37整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類制導系統38整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類

從導彈、制導站和目標之間在導彈制導過程中的相互聯系，導引系統的作用距離、結構和工作原理以及其他方面的特征來看，這幾類制導系統間的差別很大，在每一類制導系統內，導引系統的形式也有所不同，因為導引系統是根據不同的物理原理構成的，實現的技術要求也不同。39整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類

一．自尋的制導系統

自動導引系統也稱為自尋的制導系統，是利用目標輻射或反射的能量制導導彈去攻擊目標。40整理ppt一．自尋的制導系統自尋的制導系統：由彈上導引頭感受目標輻射或反射的能量(如無線電波、紅外線、激光、可見光、聲音等)，測量目標、導彈相對運動參數，并形成相應的導引指令，控制導彈飛行，使導彈飛向目標的制導系統，稱為自尋的制導系統。為了使自尋的制導系統正常工作，首先必須能準確地從目標背景中發現目標，為此要求目標本身的物理特性與其背景或周圍其他物體的特性必須有所不同，即要求它具有對背景足夠的能量對比性。41整理ppt一．自尋的制導系統具有紅外輻射(熱輻射)源的目標很多，如軍艦、飛機(特別是噴氣式)、坦克、冶金工廠，在大氣層中高速飛行的導彈之頭部也具有足夠大的熱輻射。利用目標輻射的紅外線使導彈飛向目標的自尋的系統稱為紅外自尋的系統。這種系統的作用距離取決于目標輻射(或反射)面的面積和溫度、接收裝置的靈敏度和氣象條件。有些目標與周圍背景不同，它能輻射本身固有的光線，或是反射太陽、月亮的或人工照明的可見光線。利用可見光的自尋的制導系統，其作用距離取決于目標與背景的對比特性、晝夜時間和氣候條件。42整理ppt一．自尋的制導系統有些目標是強大的聲源，如從飛機噴氣發動機或電動機以及軍艦的工作機械等發出的聲音，利用接收聲波原理構成的自尋的系統稱為聲學自尋的系統。這種系統的缺點是，當其被用在射擊空中目標的導彈上時，因為聲波的傳播速度慢，使導彈難以命中空中目標，而是導向目標后面的某一點。此外，高速飛行的導彈本身產生的噪聲，會對系統的工作造成干擾。聲學自尋的系統多用于水下自尋的魚雷。雷達自尋的系統是廣泛應用的自尋的制導系統，因為很多軍事上的重要目標本身就是電磁能的輻射源，如雷達站、無線電干擾站、導航站等等。43整理ppt一．自尋的制導系統

有時為了研究上的方便，根據導彈所利用能量的能源所在位置的不同，自尋的制導系統可分成三種:主動式

2.半主動式

3.被動式44整理ppt一．自尋的制導系統主動式照射目標的能源在導彈上，對目標輻射能量，同時有導引頭接收目標反射回來的能量的尋的制導方式，圖1.5所示。采用主動尋的制導的導彈，當彈上的主動導引頭截獲目標并轉入正常跟蹤后，就可以完全獨立地工作，不需要導彈以外的任何信息。45整理ppt隨著能量發射裝置的功率增大，系統作用距離也增大，但同時彈上設備的體積和重量也增大，所以彈上不可能有功率很大的發射裝置。因而主動式尋的系統作用的距離一般不是太遠。已實際應用的典型的主動式尋的系統主要是雷達尋的系統。46整理ppt一．自尋的制導系統

半主動式照射目標的能源不在導彈上，彈上只有接收裝置，能量發射裝置設在導彈以外的制導站或其他位置，如圖1.6所示。因此它的功率可以很大，半主動式尋的制導系統的作用距離比主動式要大。47整理ppt被動式

一．自尋的制導系統D—導彈；M—目標目標本身就是輻射源，不需要發射裝置，由彈上導引頭直接感受目標輻射的能量，導引頭將以目標的特定物理特性作為跟蹤的信息源，如圖1.7所示。48整理ppt一．自尋的制導系統被動式自尋的系統的作用距離不大，典型的被動式自尋的系統是紅外自尋的系統。自尋的制導系統由導引頭、彈上信號處理裝置與彈上控制系統等組成，自尋的制導系統組成原理如圖1.8所示。圖1.8尋的制導系統組成原理49整理ppt一．自尋的制導系統導引頭實際上是制導系統的探測裝置，當它對目標能夠穩定地跟蹤后，即可輸出導彈和目標的有關相對運動參數；彈上控制指令形成裝置綜合導引頭及彈上其他敏感元件的測量信號，形成控制指令，把導彈導向目標。自尋的系統的制導設備全部在彈上，具有發射后不管的特點，可攻擊高速目標，制導精度較高。但由于它靠來自目標輻射或反射的能量來測定導彈的飛行偏差，作用距離有限，抗干擾能力差。一般用于空對空、地對空、空對地導彈和某些彈道導彈，用于巡航導彈的末飛行段，以提高末段制導精度。50整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類

二．遙控制導系統

由導彈以外的制導站向導彈發出導引信息的制導系統，稱為遙控制導系統。根據導引指令在制導系統中形成的部位不同，遙控制導又分為波束制導和遙控指令制導。51整理ppt二．遙控制導系統

波束制導系統中，制導站發出波束(無線電波束、激光波束)，導彈在波束內飛行，彈上的制導設備感受它偏離波束中心的方向和距離，并產生相應的導引指令，操縱導彈飛向目標。在多數波束制導系統中，制導站發出的波束應始終跟蹤目標。遙控指令制導系統中，由制導站的導引設備同時測量目標、導彈的位置和其他運動參數，并在制導站形成導引指令，該指令通過無線電波或傳輸線傳送至彈上，彈上控制系統操縱導彈飛向目標。早期的無線電指令制導系統往往使用兩部雷達分別對目標和導彈進行跟蹤測量，目前多用一部雷達同時跟蹤測量目標和導彈的運動，這樣不僅可以簡化地面設備，而且由于采用了相對坐標體制，大大提高了測量精度，減小了制導誤差。52整理ppt二．遙控制導系統波束制導和遙控指令制導雖然都由導彈以外的制導站導引導彈，但波束制導中制導站的波束指向，只給出導彈的方位信息，而導引指令則由在波束中飛行的導彈感受其在波束中的位置偏差來形成。彈上的敏感裝置不斷地測量導彈偏離波束中心的大小與方向，并據此形成導引指令，使導彈保持在波束中心飛行。而遙控指令制導系統中的導引指令，是由制導站根據導彈、目標的位置和運動參數來形成的。53整理ppt與自尋的制導系統相比，遙控制導系統在導彈發射后，制導站必須對目標(指令制導中還包括導彈)進行觀測，并不斷向導彈發出導引信息；而自尋的制導系統中導彈發射后，只由彈上制導設備對目標進行觀測、跟蹤，并形成導引指令。因此，遙控制導設備分布在彈上和制導站上，而自尋的系統的制導設備基本都裝在導彈上。54整理ppt二．遙控制導系統遙控制導系統的制導精度較高，作用距離可以比自尋的系統遠，彈上制導設備簡單。但其制導精度隨導彈與制導站的距離增大而降低。同時，遙控制導系統的制導站在導彈發射后，擊中目標前不能移動（規避），且要不斷發射探測信號，除了易受外界干擾外，還是敵方攻擊的主要對象。從武器系統生存能力意義上講，遙控制導難以與自尋的制導比擬。遙控制導系統多用于地對空導彈和一些空對空、空對地導彈，有些戰術巡航導彈也用遙控指令制導來修正其航向。早期的反坦克導彈多采用有線遙控指令制導。55整理ppt§1.3.2導彈制導系統的分類

三．天文導航（星光制導）

天文導航（星光制導）是根據導彈、地球、星體三者之間的運動關系，來確定導彈的運動參量，將導彈引向目標的一種制導技術。56整理ppt三．天文導航（星光制導）導彈天文導航系統一般有兩種，一種是由光電六分儀或無線電六分儀，跟蹤一種星體，導引導彈飛向目標。另一種是用兩部光電六分儀或無線電六分儀，分別觀測兩個星體，根據兩個星體等高圈的交點，確定導彈的位置，導引導彈飛向目標。六分儀是天文導航的觀測裝置，它借助于觀測天空中的星體來確定導彈的地理位置。以星體與地球中心連線與地球表面相交的一點為圓心，任意距離為半徑在地球表面畫的圓圈上任一點的高度必然相等，這個圓稱為等高圈。這里的高度是指星體高度，定義為從星體投射到觀測點的光線與當地地平面的夾角。57整理ppt四．地圖匹配制導地圖匹配制導是利用地圖信息進行制導的一種制導方式。地圖匹配制導一般有地形匹配制導與景象匹配區域相關器制導兩種。地形匹配制導利用的是地形信息，也叫地形等高線匹配制導；景象匹配區域相關器制導利用的是景象信息，簡稱為景象匹配制導。它們的基本原理相同，都是利用彈上計算機預存的地形圖或景象圖，與導彈飛行到預定位置時攜帶的傳感器測出的地形圖或景象圖進行相關處理，確定出導彈當前位置偏離預定位置的偏差，形成制導指令，將導彈引向預定區域或目標。58整理ppt五．方案制導

所謂方案制導就是根據導彈飛向目標的既定航跡，擬制的一種飛行計劃。方案制導是導引導彈按這種預先擬制好的計劃飛行，導彈在飛行中的導引指令就根據導彈的實際參量值與預定值的偏差來形成。方案制導系統實際上是一個程序控制系統，所以方案制導也叫程序制導。59整理ppt六．慣性制導

慣性導航系統是一自主式的空間基準保持系統。所謂慣性制導是指利用彈上慣性元件，測量導彈相對于慣性空間的運動參數，并在給定運動的初始條件下，由制導計算機計算出導彈的速度、位置及姿態等參數，形成控制信號，導引導彈完成預定飛行任務的一種自主制導系統。它由慣性測量裝置、控制顯示裝置、狀態選擇裝置、導航計算機和電源等組成。慣性測量裝置包括三個加速度計和三個陀螺儀。前者用來測量運動體的三個質心移動運動的加速度，后者用來測量運動體的三個繞質心轉動運動的角速度。對測出的加速度進行兩次積分，可算出運動體在所選擇的導航參考坐標系的位置，對角速度進行積分可算出運動體的姿態角。60整理ppt七．復合制導

當對制導系統要求較高時，如導彈必須擊中很遠的目標或者必須增加對遠距離的目標命中率，可把上述幾種制導方式以不同的形式組合起來，以進一步提高制導系統的性能。例如，在導彈飛行初始段用自主制導，將導彈導引到要求的區域，中段采用遙控指令制導，比較精確地把導彈導引到目標附近，末段采用自尋的制導，這不僅增大了制導系統的作用距離，而且提高了制導精度。61整理ppt七．復合制導復合制導在轉換制導方式過程中，各種制導設備的工作必須協調過渡，實現兩種制導方式的交接班，使導彈的彈道能夠平滑地銜接起來。根據導彈在整個飛行過程中，或在不同飛行段上制導方法的組合方式不同，復合制導可分為串聯復合制導、并聯復合制導和串并聯復合制導三種。串聯復合制導就是在導彈飛行彈道的不同段上，采用不同的制導方法。并聯復合制導就是在導彈的整個飛行過程中，或者在彈道的某一段上，同時采用幾種制導方式。串并聯復合制導就是在導彈的飛行過程中，既有串聯又有并聯的復合制導方式。62整理ppt§1.4導彈控制方式為提高導彈命中精度與毀傷效果，對導彈進行控制的最終目標是使導彈命中目標時質心與目標足夠接近，有時還要求有特定的彈著角。為完成這一任務需要對導彈的質心與姿態同時進行控制。但目前大部分導彈是通過對姿態的控制間接實現質心控制的。導彈姿態運動有三個自由度，即俯仰、偏航和滾轉三個姿態，通常也稱為三個通道。如果以控制通道的選擇作為分類原則，控制方式可分為三類，即單通道控制、雙通道控制和三通道控制。63整理ppt§1.4導彈控制方式

一．單通道控制方式

一些小型導彈，彈體直徑小，在導彈以較大的角速度繞縱軸旋轉的情況下，可用一個控制通道控制導彈在空間的運動，這種控制方式稱為單通道控制。64整理ppt一．單通道控制方式采用單通道控制方式的導彈可采用“一”字舵面，繼電式舵機，一般利用尾噴管斜置和尾翼斜置產生自旋，利用彈體自旋，使一對舵面在彈體旋轉中不停地按一定規律從一個極限位置向另一個極限位置交替偏轉，其綜合效果產生的控制力，使導彈沿基準彈道飛行。在單通道控制方式中，彈體的自旋轉是必要的，如果導彈不繞其縱軸旋轉，則一個通道只能控制導彈在某一平面內的運動，而不能控制其空間運動。單通道控制方式的優點是，由于只有一套執行機構，彈上設備較少，結構簡單，質量輕，可靠性高，但由于僅用一對舵面控制導彈在空間的運動，對制導系統來說，有不少特殊問題要考慮。65整理ppt§1.4導彈控制方式

二．雙通道控制方式通常制導系統對導彈實施橫向機動控制，故可將其分解為在互相垂直的俯仰和偏航兩個通道內進行的控制，對于滾轉通道僅由穩定系統對其進行穩定，而不需要進行控制，這種控制方式稱為雙通道控制方式，即直角坐標控制。66整理ppt二．雙通道控制方式雙通道控制方式制導系統組成原理圖如圖1.9所示，其工作原理是：觀測跟蹤裝置測量出導彈和目標在測量坐標系的運動參數，按導引規律分別形成俯仰和偏航兩個通道的控制指令。這部分工作一般包括導引規律計算，動態誤差和重力誤差補償計算，及濾波校正等內容。導彈控制系統將兩個通道的控制信號傳送到執行坐標系的兩對舵面上(+字型或×字型)，控制導彈向減少誤差信號的方向運動。67整理ppt二．雙通道控制方式圖1.9雙通道控制方式制導系統原理圖68整理ppt二．雙通道控制方式雙通道控制方式中的滾轉回路分為滾轉角位置穩定和滾轉角速度穩定兩類。在遙控制導方式中，控制指令在制導站形成，為保證在測量坐標中形成的誤差信號正確地轉換到控制(執行)坐標系中形成控制指令，一般采用滾轉角位置穩定。若彈上有姿態測量裝置，且控制指令在彈上形成，可以不采用滾轉角位置穩定。在主動式尋的制導方式中，測量坐標系與控制坐標系的關系是確定的，控制指令的形成對滾轉角位置沒有要求。也有一些文獻中把雙通道控制方式稱為三通道控制。69整理ppt§1.4導彈控制方式

三．三通道控制方式

制導系統對導彈實施控制時，對俯仰、偏航和滾轉三個通道都進行控制的稱為三通道控制方式，如垂直發射導彈的發射段的控制及滾轉轉彎控制等。70整理ppt三．三通道控制方式三通道控制方式制導系統組成原理圖如圖1.10所示，其工作原理是：觀測跟蹤裝置測量出導彈和目標的運動參數，然后形成三個控制通道的控制指令，包括姿態控制的參量計算及相應的坐標轉換、導引規律計算、誤差補償計算及控制指令形成等，所形成的三個通道的控制指令與三個通道的某些狀態量的反饋信號綜合，送給執行機構。71整理ppt三．三通道控制方式圖1.10三通道控制方式制導系統原理圖

72整理ppt§1.5彈道與過載導彈在飛行過程中,如果有力或力矩作用到彈體上，則會使彈體產生加速度，從而改變飛行彈道。導彈受到的作用力和產生的加速度可以用過載來衡量。導彈的機動性是評價導彈飛行性能的重要指標之一，導彈的機動性也可以用過載進行評定。過載與彈體結構、制導系統的設計存在密切的關系。下面將介紹過載和機動性的有關概念，過載的投影，過載與導彈運動的關系等內容。73整理ppt§1.5彈道與過載為了方便下面的概念介紹，首先介紹相關的三個坐標系。（1）.彈體坐標系：Ox1y1z1

坐標系原點O取在導彈的質心上，Ox1軸與彈體縱軸重合，指向頭部為正；Oy1軸位于彈體縱對稱面內，垂直于Ox1軸，方向向上為正；Oz1軸垂直于x1Oy1平面，方向按右手定則確定。（2）.彈道坐標系：Ox2y2z2

坐標系原點O取在導彈的質心上，Ox2軸與導彈質心的速度矢量V重合；Oy2軸位于包含速度矢量V的鉛垂面內，且垂直于軸Ox2

，方向向上為正；Oz2軸垂直于x2Oy2平面，方向按右手定則確定。（3）.速度坐標系：Ox3y3z3

坐標系原點O取在導彈的質心上，Ox3軸與導彈速度矢量V重合；Oy3軸位于彈體縱對稱面內，垂直于軸Ox3，方向向上為正；Oz3軸垂直于x3Oz3平面，方向按右手定則確定。74整理ppt§1.5.1機動性與過載1.

所謂機動性，是指導彈在單位時間內改變飛行速度大小和方向的能力。如果要攻擊活動目標，特別是攻擊空中的機動目標，導彈必須具有良好的機動性。導彈的機動性可以用切向和法向加速度來表征。但人們通常用過載矢量的概念來評定導彈的機動性。75整理ppt§1.5.1機動性與過載2.所謂過載n，是指作用在導彈上除重力之外的所有外力的合力N(即控制力)與導彈重量G的比值:

由過載定義可知，過載是個矢量，它的方向與控制力的方向一致，其模值表示控制力大小為重量的多少倍。這就是說，過載矢量表征了控制力的大小和方向。(1-5-1)76整理ppt§1.5.1機動性與過載過載的概念，除用于研究導彈的運動之外，在彈體結構強度和控制系統設計中也常用到。因為過載矢量決定了彈上各個部件或儀表所承受的作用力。例如，導彈以加速度作平移運動時，相對彈體固定的某個質量為的部件，除受到隨導彈作加速運動引起的慣性力之外，還要受到重力和連接力的作用，部件在這三個力的作用下處于相對平衡狀態，即導彈運動的加速度為所以

(1-5-2)(1-5-3)

(1-5-4)

77整理ppt§1.5.1機動性與過載可以看出：彈上任何部件所承受的連接力等于本身重量乘以導彈的過載矢量。因此，如果已知導彈在飛行時的過載，就能確定其上任何部件所承受的作用力。過載這一概念，還有另外的定義(即把過載定義為作用在導彈上的所有外力的合力(包括重力)與導彈重量的比值)。顯然，在同樣的情況下，過載的定義不同，其值也不同。78整理ppt§1.5.2運動與過載

一．運動與過載的關系

過載不僅是評定導彈機動性的指標，而且和導彈的運動之間存在著密切的聯系。79整理ppt一．運動與過載的關系根據過載的定義，描述導彈質心運動的動力學方程可以寫成其中Gx2,Gy2,Gz2為重力在彈道坐標系三個坐標軸上的投影，可用重力和彈道傾角來表示。即:(1-5-5)???????íì+=-+=+=222222coszzVyyxxGNdtdmVGNdtdmVGNdtdVmfqqＧy2=-mgcosθ80整理ppt一．運動與過載的關系

將其代入上式，方程兩端同除以mg，得到

式（1-5-6）左端表示導彈質心的無量綱加速度在彈道坐標系上的3個分量，式（1-5-6）描述了導彈質心運動與過載之間的關系。由此可見，用過載表示導彈質心運動的動力學方程，形式很簡單。(1-5-5)

81整理ppt一．運動與過載的關系同樣，過載也可以用運動參數V,θ,ΦV來表示，即:

式（1-5-7）中，參數表示飛行速度的大小和方向，方程的右邊含有這些參數對時間的導數。由此看出，過載矢量在彈道坐標系上的投影表征著導彈改變飛行速度大小和方向的能力。（1-5-7）82整理ppt一．運動與過載的關系

由式（1-5-7）可以得到導彈在某些特殊飛行情況下所對應的過載，例如：(1)導彈在鉛垂平面內飛行時：(2)導彈在水平面內飛行時：(3)導彈作直線飛時：(4)導彈作等速直線飛行時：

(5)導彈作水平直線飛行時：(6)導彈作水平等速直線飛行時：83整理ppt一．運動與過載的關系利用過載矢量在彈道坐標系上的投影還能定性地表示彈道上各點的切向加速度和彈道的形狀。由式(1-5-6)可得

根據式（1-5-8），可以建立過載在彈道坐標系中的投影與導彈切向加速度之間的關系：???íì<>=時，導彈作減速飛行。時，導彈作加速飛行；時，導彈作等速飛行；當

sin

sin

sin2qqqxn（1-5-8）84整理ppt一．運動與過載的關系在鉛垂平面x2Oy2內（見圖1.5.1），過載在彈道坐標系中的投影與導彈彈道之間的關系：85整理ppt一．運動與過載的關系同樣，在水平面x2Oy2內（見圖1.5.2），過載在彈道坐標系中的投影與導彈彈道之間的關系：86整理ppt§1.5.2運動與過載

二．彈道曲率半徑與法向過載

87整理ppt二．彈道曲率半徑與法向過載建立彈道曲率半徑與法向過載之問的關系，對研究彈道特性也是必要的。如果導彈是在鉛垂平面x2Oy2內運動，那么，彈道上某點的曲率就是該點處的彈道傾角θ對弧長s的導數，即

而該點的曲率半徑ρy2，則為曲率的倒數，所以有88整理ppt二．彈道曲率半徑與法向過載

將式(1-5-8)的第2個方程代入上式，可得到式(1-5-9)表明：在給定速度V的情況下，法向過載越大，曲率半徑越小，導彈轉彎速率就越大；若值不變，隨著飛行速度V的增加，彈道曲率半徑就增加，這說明速度越大，導彈越不容易轉彎。（1-5-9）

89整理ppt二．彈道曲率半徑與法向過載同理，如果導彈在水平面內飛行，那么曲率半徑可寫成將式(1-5-8)的第3個方程代入上式，則有（1-5-10）90整理ppt§1.5.3需用過載、極限過載和可用過載在彈體結構和控制系統設計中，常需要考慮導彈在飛行過程中能夠承受的過載。根據戰術技術要求的規定，飛行過程中過載不得超過某一數值。這個數值決定了彈體結構和彈上各部件能夠承受的最大載荷。為保證導彈能正常飛行，飛行中的過載也必須小于這個數值。在導彈設計過程中，經常用到需用過載、極限過載和可用過載的概念，下面分別加以敘述。91整理ppt（1）.需用過載所謂需用過載是指導彈按給定的彈道飛行時所需要的法向過載，用nR表示。導彈的需用過載是飛行彈道的一個重要特性。需用過載必須滿足導彈的戰術技術要求，例如，導彈要攻擊機動性強的空中目標，則導彈按一定的導引規律飛行時必須具有較大的法向過載(即需用過載)；另一方面，從設計和制造的觀點來看，希望需用過載在滿足導彈戰術技術要求的前提下越小越好。因為需用過載越小，導彈在飛行過程中所承受的載荷越小，這對防止彈體結構破壞、保證彈上儀器和設備的正常工作以及減小導引誤差都是有利的。92整理ppt（2）．極限過載在給定飛行速度和高度的情況下，導彈在飛行中所能產生的過載取決于攻角α、側滑角β及操縱機構的偏轉角。通過對導彈氣動力分析可知，導彈在飛行中，當攻角達到臨界值aL時，對應的升力系數達到最大值Cymax，這是一種極限情況。若使攻角繼續增大，則會出現所謂的"失速"現象。攻角或側滑角達到臨界值時的法向過載稱為極限過載nL。以縱向運動為例，相應的極限過載可寫成93整理ppt（3）．可用過載當操縱面的偏轉角為最大時，導彈所能產生的法向過載稱為可用過載。它表征著導彈產生法向控制力的實際能力。若要使導彈沿著導引規律所確定的彈道飛行，那么，在這條彈道的任一點上，導彈所能產生的可用過載都應大于需用過載。94整理ppt（3）．可用過載例如，在某一時刻，從O點向運動著的目標O’發射一枚導彈，采用追蹤法導引(見第2章)，亦即導彈的速度矢量始終跟隨目標轉動(見圖1.5.3)。這時導彈跟蹤目標所需的過載nR，即為需用過載。如果在某時刻，操縱面偏轉角達到最大允許值所產生的可用過載仍小于需用過載，則導彈速度矢量就不可能再跟隨目標轉動，從而導致脫靶。95整理ppt（3）．可用過載在實際飛行過程中，各種干擾因素總是存在的，導彈不可能完全沿著理論彈道飛行，因此，在導彈設計時，必須留有一定的過載余量，用以克服各種擾動因素導致的附加過載。然而，考慮到彈體結構、彈上儀器設備的承載能力，可用過載也不是越大越好。實際上，導彈的舵面偏轉總是會受到一定的限制，如操縱機構的輸出限幅和舵面的機械限制等。通過分析，不難發現：極限過載nL>可用過載nP>需用過載nL。96整理ppt§1.6對制導系統的基本要求

為了完成導彈的制導任務，對導彈制導系統有很多要求，最基本的要求是制導系統的制導準確度、對目標的鑒別力、可靠性和抗干擾能力等幾個方面。97整理ppt一．制導準確度（制導精度）導彈與炮彈之間的差別在效果上看是導彈具有很高的命中概率，而其實質上的不同在于導彈是被控制的，所以制導準確度是對制導系統的最基本也是最重要的要求。制導系統的準確度通常用導彈的脫靶量表示。所謂脫靶量，是指導彈在制導過程中與目標間的最短距離。從誤差性質看，造成導彈脫靶量的誤差分為兩種，一種是系統誤差，另一種是隨機誤差。系統誤差在所有導彈攻擊目標過程中是固定不變的，因此，系統誤差為脫靶量的常值分量；隨機誤差分量是一個隨機量，其平均值等于零。98整理ppt§1.6對制導系統的基本要求導彈的脫靶量允許值取決于很多因素，主要取決于給出的命中概率、導彈戰斗部的重量和性質、目標的類型及其防御能力。目前，戰術導彈的脫靶量可以達到幾米，有的甚至可與目標相碰，戰略導彈由于其戰斗部威力大，目前的脫靶量可達到幾十米。為了使脫靶量小于允許值，就要提高制導系統的制導準確度，也就是減小制導誤差。下面從誤差來源角度分析制導誤差。從誤差來源看，導彈制導系統的制導誤差分為動態誤差、起伏誤差和儀器誤差。99整理ppt(1)動態誤差動態誤差主要是由于制導系統受到系統的慣性、導彈機動性能、導引方法的不完善以及目標的機動等因素的影響，不能保證導彈按理想彈道飛行而引起的誤差。例如，當目標機動時，由于制導系統的慣性，導彈的飛行方向不能立即隨之改變，中間有一定的延遲，因而使導彈離開基準彈道，產生一定的偏差。導引方法不完善所引起的誤差，是指當所采用的導引方法完全正確地實現時所產生的誤差，它是導引方法本身所固有的誤差，這是一種系統誤差。導彈的可用過載有限也會引起動態誤差。在導彈飛行的被動段，飛行速度較低時或理想彈道彎曲度較大、導彈飛行高度較高時，可能會發生導彈的可用過載小于需用過載的情況，這時導彈只能沿可用過載決定的彈道飛行，使實際彈道與理想彈道間出現偏差。100整理ppt(2)起伏誤差起伏誤差是由于制導系統內部儀器或外部環境的隨機干擾所引起的誤差。隨機干擾包括目標信號起伏、制導回路內部電子設備的噪聲、敵方干擾、背景雜波、大氣紊流等。當制導系統受到隨機干擾時，制導回路中的控制信號便附加了干擾成分，導彈的運動便加上了干擾運動，使導彈偏離基準彈道，造成飛行偏差。101整理ppt(3)儀器誤差由于制造工藝不完善造成制導設備固有精度和工作穩定的局限性及制導系統維護不良等原因造成的制導誤差，稱為儀器誤差。儀器誤差具有隨時間變化很小或保持某個常值的特點，可以建立模型來分析它的影響。要保證和提高制導系統的制導準確度，除了在設計、制造時應盡量減小各種誤差外，還要對導彈的制導設備進行正確使用和精心維護，使制導系統保持最佳的工作性能。102整理ppt二．作戰反應時間作戰反應時間，指從發現目標起到第一枚導彈起飛為止的一段時間，一般來說應由防御的指揮、控制、通信系統和制導系統的性能決定。但對攻擊活動目標的戰術導彈，則主要由制導系統決定。當導彈系統的搜索探測設備對目標識別和進行威脅判定后，立即計算目標諸元并選定應射擊的目標。制導系統便對被指定的目標進行跟蹤，并轉動發射設備、捕獲目標、計算發射數據、執行發射操作等。制導系統執行上述操作所需要的時間稱為作戰反應時間。隨著科學技術的發展，目標速度越來越快，由于難以實現在遠距離上對低空目標的搜索、探測，因此制導系統的反應時間必須盡量短。103整理ppt三．制導系統對目標的鑒別力如果要使導彈去攻擊相鄰幾個目標中的某一個指定目標，導彈制導系統就必須具有較高的距離鑒別力和角度鑒別力。距離鑒別力是制導系統對同一方位上，不同距離的兩個目標的分辨能力，一般用能夠分辨出的兩個目標間的最短距離△r表示；角度鑒別力是制導系統對同一距離上，不同方位的兩個目標的分辨能力，一般用能夠分辨出的兩個目標與控制點連線間的最小夾角表示，見圖l.ll。

圖1.11制導系統的目標分辨率104整理ppt三．制導系統對目標的鑒別力如果導彈的制導系統是基于接受目標本身輻射或者反射的信號進行控制的，那么鑒別力較高的制導系統就能從相鄰的幾個目標中分辨出指定的目標；如果制導系統對目標的鑒別力較低，就可能出現下面的情況：

(1)當某一目標輻射或反射信號的強度遠大于指定目標輻射或反射信號的強度時，制導系統便不能把導彈引向指定的目標，而是引向信號較強的目標。

(2)當目標群中多個目標輻射或反射信號的強度相差不大時，制導系統便不能把導彈引向指定目標，因而導彈摧毀指定目標的概率將顯著降低。制導系統對目標的鑒別力，主要由其傳感器的測量精度決定，要提高制導系統對目標的鑒別力，必須采用高分辨能力的目標傳感器。105整理ppt四．制導系統的抗干擾能力制導系統的抗干擾能力是指在遭到敵方襲擊、電子對抗、反導對抗和受到內部、外部干擾時，該制導系統保持其正常工作的能力。對多數戰術導彈而