自航式誘餌應用捷聯慣性技術必要性及難點分析

孫權

摘要：自航式誘餌傳統敏感元件及其控制系統存在諸多弱點，難于滿足誘餌快速反應、高機動性戰術使用要求，也不適應誘餌技術發展趨勢，而捷聯慣性技術有著許多突出優點。本文分析了自航式誘餌目前慣性控制系統弱點、應用捷聯慣性技術的必要性和難點。

關鍵詞：自航式誘餌;捷聯慣性技術;必要性;難點

1 引言

隨著電子技術的發展，捷聯慣性裝置在80年代開始進入應用，到1989年，美國軍用慣性導系統已有一半為捷聯式，戰略導彈達到44%;民用航空方面，使用捷聯裝置已上升到90%。目前，捷聯慣性技術已廣泛應用于飛機、導彈、艦船。尤其是近十年來，慣性儀表、計算機、精密機械和電子器件不斷進步，誤差補償與校正、冗余技術不斷完善，極大地促進了捷聯慣性技術的迅猛發展，大幅提高了系統精度和可靠性，大有逐漸取代平臺式慣性系統的趨勢[1]。

2 自航式誘餌應用捷聯慣性技術的必要性

2.1 自航式誘餌傳統慣性控制系統弱點

自航式誘餌（后簡稱誘餌）所用傳統敏感元件及其組成的控制系統，難于提供精確的航向角、姿態角和位置信息，誘餌控制導引精度不高，主要原因有：

（1） 航向陀螺受內外環軸上干擾力矩影響存在漂移誤差。為減少漂移，若增大動量矩，會使得陀螺體積、重量和啟動時間加大，對陀螺戰術使用不利;若提高設計和加工質量，會增加加工難度，且干擾力矩不可能減小為零。

（2） 遠航程誘餌不能忽略地球自轉造成的誤差，誘餌航行時間越長，這種影響越加明顯，而完全補償此誤差不可能。

（3） 裝有組合陀螺的誘餌，在組合陀螺中增加了俯仰托框和滾動托框，基本消除了支架誤差，并進行了緯度誤差補償，提高了陀螺精度，但結構比較復雜、維修不便。

（4） 對于速率陀螺，受浪涌影響，其輸出是姿態角速率近似值，不能通過簡單積分計算姿態和航向信息。

（5） 對于姿態角敏感元件，擺式加速度計或垂直陀螺可以測量誘餌俯仰角和橫滾角，但由于不可能完全補償或不補償，其提供的姿態角精度不高。

（6） 傳統的誘餌速度一般由螺旋槳轉速或發電機轉速折算，這種方法不精確，而且無法考慮暗流、浪涌等造成的速度偏差，積累誤差較大。

（7） 航向陀螺和垂直陀螺啟動瞬間受各種干擾，啟動后持續受浪涌影響，陀螺隨機漂移較大，沒有采用最優估計方法對這部分隨機漂移進行估計和補償，航向角和姿態角精度較低。

另一方面，誘餌戰術使用要求其發射后能快速機動，遠離本艇干擾，迅速開展水聲對抗，這要求誘餌具有超強控制性能，能實現高機動性復雜彈道。同時，誘餌目前朝著大航程、尺度模擬、誘殺型、智能化方向發展，航程由十幾公里向幾十公里發展，相應要求誘餌慣性系統能測出精確位置，能精確導航和控制[2]，而捷聯慣性技術正好有助于解決誘餌發展中遇到的這方面問題，可為誘餌提高制導性能提供手段。

2.2 捷聯慣性技術對自航式誘餌性能的改善

捷聯慣性技術具有獨特優點，在誘餌中應用此技術可以較大程度提高誘餌導航控制性能，主要表現在：

（1）捷聯慣性技術解算導航控制參數時，考慮了地球自轉和載體相對地球表面運動，解決了緯度修正問題，航向角、姿態角、速度精度較高。

（2）傳統框架陀螺為獲得高精度航向，陀螺啟動穩定時間較長。而捷聯慣性技術較大幅度降低了陀螺啟動時間，可縮短誘餌發射準備時間，提高戰術使用效能。

（3）能提供比過去更多、且為數字化的導航控制參數，有利于應用數字濾波技術進一步提高參數準確性，可為誘餌實現高機動性復雜彈道以及彈道優化（如解決袋深問題）提供基礎。

（4）克服了傳統框架陀螺不能測量大角度問題，解決了敏感元件輸出不正常引起的非控段問題，有利于誘餌實現復雜彈道，剛入水便可對其進行精確控制。

（5）不再采用框架陀螺，較大程度減少了敏感元件重量、體積和復雜性，既降低成本，節省空間，也有利于維護。

（6）減少硬件，強化軟件，建立的是數學平臺，易于實現冗余設計并進行故障診斷，可提高誘餌可靠性。

3 自航式誘餌應用捷聯慣性技術難點

由于誘餌在水中機動航行，并有著特殊的性能要求。在誘餌中應用捷聯慣性技術，決不是將艦船、飛機、導彈上的捷聯系統移接過來就可使用，這有著較大的難點。

（1）誘餌動基座初始對準如何同時保證準確性與快速性。發射艇處于運動狀態并受浪涌影響，初始對準所受干擾較大，而初始對準精度深刻影響系統導航控制精度;基于誘餌快速反應發射要求，初始對準必須在較短時間內完成。強干擾背景下既要有較高對準精度，又要有較短對準時間比較困難。

（2）誘餌捷聯慣性系統對慣性敏感元件要求較高。直接裝于基座的敏感元件在誘餌入水時所受沖擊較大;受浪涌影響，其工作環境惡劣，復雜運動和溫度變化會引起各種誤差，相應要求敏感元件精度高、輸出動態范圍大、穩定性好、耐沖擊。

（3）誘餌捷聯慣性系統進行誤差補償難度較大。敏感元件各種誤差造成了系統精度降低。為增強抗干擾能力，提高系統精度，對誤差進行補償非常關鍵，但要對所有誤差進行徹底補償是非常困難的。

（4）初始對準中需估算平臺失準角和敏感元件隨機誤差，計算初始捷聯矩陣;航行中需持續更新捷聯矩陣，解算航向、姿態角、速度等參數，計算量非常大，這對導航計算機計算速度、存儲容量要求相當高。

（5）誘餌采用捷聯慣性技術，相應要求艦艇有一個高精度綜合導航系統和一個高度自動化的誘餌發射控制系統，以保證更高精度的源參數發送誘餌進行初始對準。

由此，誘餌中應用捷聯慣性技術面臨不小難度，需要重點解決一些關鍵技術，如誘餌動基座初始對準技術、慣性敏感元件誤差補償技術、高性能慣性敏感元件技術、捷聯矩陣算法。

4 結語

自航式誘餌傳統敏感元件及其控制系統存在諸多弱點，造成誘餌導航控制性能不高，難于適應誘餌發展趨勢。在誘餌中應用捷聯慣性技術可以克服這些不足，但也面臨諸多難點。目前這方面研究開展得很少，沒有什么經驗，還有不少深層次問題有待研究和解決。

參考文獻

[1]張樹俠，孫靜.捷聯式慣性導航系統[M].北京：國防工業出版社，1992.

[2]李長軍，馬宏巖，廉力之.潛射自航式聲誘餌發展趨勢研究[J].聲學技術，2014，10：30-32