制導導彈控制系統探析

劉雪松

摘 ?要：隨著現代軍事技術的飛速發展，未來的信息化戰爭對導彈的打擊精度和機動性提出了更高的要求。制導控制系統作為導彈系統的核心部件，決定著導彈的性能。文章對導彈控制系統進行了分析和總結。

關鍵詞：制導導彈;導彈控制系統;精確打擊

中圖分類號：E927 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

隨著現代科學技術的飛速發展，對未來戰爭中武器裝備的科技水平提出了更高的要求。導彈作為現代戰爭中不可缺少的武器裝備，往往決定著戰爭的形勢甚至結果[1]。精確打擊目標是現代高技術武器系統的首要任務，因此這項技術在現代軍事中的地位越來越重要。精確制導武器作為實現精確打擊的主要手段之一，已成為信息戰中造成人身傷害的主要手段，在戰爭中發揮著重要作用[2]。實現精確制導的功能需要依靠導彈的控制系統。

2 導彈控制系統的組成

導彈控制系統主要由綜合控制電路、舵系統和慣性組件組成[3]，通過對導彈舵面的實時控制來改變導彈飛行姿態和飛行軌跡[4]。控制系統主要的部件有：測角儀、陀螺儀、角速度計、導引頭和舵機，下面將針對主要部件進行介紹。

2.1 測角儀

測角儀是一種具有測量坐標系的儀器，可用于測量空間運動物體（目標或導彈）在坐標系中的位置[5]，它的輸入是被測目標坐標變化的信息，然后將輸入信號與參考信號進行比較，進而產生兩者之間的誤差。這個誤差經過放大轉換后，產生相對應的電信號，這樣就能通過電信號的分析，判斷被測目標的位置變化，根據作用原理測角儀可分為紅外和雷達兩種。

2.2 陀螺儀

陀螺儀利用了剛體定點轉動的力學原理[6]。陀螺儀目前應用廣泛，雖然它起初是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它不僅可以作為一種指示器，而且可以作為自動控制系統中的敏感元件。根據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

加速度計是導彈控制系統中重要的慣性傳感器之一，它輸出一個與移動目標的加速度相對應的信號，然后分析和判斷目標的法向加速度[7]。通過牛頓運動定律和數學微積分的知識，加速度計還可以判斷導彈切向加速度，這樣自然而然地能求出飛行的路程。加速度計有眾多優點，比如：受環境干擾小，測量準確等，根據加速度計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 導引頭

導引頭，顧名思義是接受目標輻射或者反射的信號，然后把信號傳到控制和分析模塊，進而確定導彈和目標之間的相對位置關系，然后反饋出調整信息，使得導彈完成任務[8]。導引頭的分類有很多依據，根據接收能量的能量位置分為：主動、半主動、被動，根據接收能量的物理性質分為：雷達導引頭、光電導引頭，根據測量坐標系相對于彈體的坐標系是靜止的還是移動的：固定的，可移動的。

2.5 舵機

舵機是控制舵面旋轉的裝置。在放大變換元件輸出信號的作用下，產生足夠的轉動力矩，調整導彈的姿態和飛行軌跡[9]。舵機的作用類似于飛行器上的操作面操作系統，舵機的結構如圖1所示。

舵面設計的基本要求是在舵面上產生足夠的輸出扭矩、足夠的偏角和角速度。舵環應不僅能快速響應，而且應盡可能呈線性。根據能量來源的不同，可分為電動舵機、氣動舵機和液壓舵機。

3 導彈控制系統工作方式

導彈制導控制系統是指根據選定的規律，結合不同部件來不斷調整和修正導彈飛行路線，引導并控制導彈飛向目標的軟硬件的集合。完成此項功能是導彈控制系統中各個模塊協作實現的，不同模塊有不同的功能，比如導引頭是接受目標位置信號，角速度計等慣性元件是測量導彈的姿態，舵機是實現導彈運行軌跡和運行姿態變化的部件，不過最終的目的是盡可能的使導彈在誤差范圍內命中目標，完成戰略和戰術任務，一般的制導控制系統工作方式如圖2所示。導彈的制導方式大致分為：遙控制導方式、尋的制導方式和復合制導方式。

3.1 遙控制導方式

遙控制導是導彈外制導站控制導彈飛行的一種制導方法。遙控制導系統可分為無線電指令制導和波束制導。

無線電指令制導導彈的飛行控制指令在制導雷達站形成，通過無線電波從地面發送到導彈。目前，多雷達同時對目標和導彈運動進行跟蹤測量，采用相對坐標系，大大提高了測量精度，此外無線電指導方式中心是指揮系統，能根據實際情況來判斷導彈飛行過程中遇到的問題，比如巧妙躲開飛行中敵方導彈的攔截，依然能夠命中目標。無線電指令制導的控制系統如圖3所示。

波束制導通過無線電或激光束形成波束中心，使其始終指向目標。導彈上的傳感器從波束中心連續測量導彈的姿態信息，并據相對誤差信息形成導彈的飛行控制信號，使導彈能夠保持在波束中心飛行，然后直至命中目標。

3.2 尋的制導方式

尋的制導是導彈導引頭（目標跟蹤器）感知目標反射或者輻射的能量信息，自動核對目標位置信息，形成相應的制導指令，控制導彈飛向目標的一種制導方式。尋的制導系統中最關鍵的是導引頭，導引頭可以跟蹤和測量目標，導引頭可以連續輸出導彈和目標的相對運動信息。尋的制導的控制系統如圖4所示。

3.3 復合制導方式

上述各種制導系統各有利弊。如果采用復合制導方式，可以彌補其優缺點，更好地滿足作戰需要。較適用的復合制導方式如下：（1）慣性自主+尋的制導。導彈在運行過程中，不同階段會采用不同類型的制導方式，一般情況下在導彈垂直發射后的快速轉彎控制段，通常采用慣性自主制導，底部的慣性測量系統提供導彈的姿態參考和運動參數。而在飛行過程轉彎等程序下，一般使用尋的制導控制。（2）遙控+尋的制導。中遠程導彈飛行過程中，導彈飛行前期過程中一般采用遙控制導方式，當導彈距離目標較近時，然后采用尋的制導方式，這樣通過導引頭接受目標信息，發出相應的調整指令，控制導彈的飛行姿態和軌跡，保證導彈能命中目標，屬于更高精度的制導。

4 結束語

遠程打擊是今后軍事發展的趨勢，因此要求導彈飛行能力的不斷提高，而導彈控制系統是導彈整體性能的基礎。雖然目前的制導方式已經有很多，并且有許多優點，不過應該加大對新形式制導方式的研究，只有通過創新才能優化導彈制導系統，實現導航精度的提升，才能提高國防力量。

參考文獻：

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