論導航控制原理及技術要點分析

溫向華，范海霞，趙永乾

（1.國營長虹機械廠，廣西 桂林 541002；2.空軍駐桂林地區軍事代表室，廣西 桂林 541002）

0 引言

巡航導彈在導航期間會嚴格按照規定路線航行，通常情況下會在衛星導航定位或地形匹配等系統的管控下穩定運行。在海上飛行時，巡航導彈擁有最低飛行水平可以與海平面相距10到15米，且在作戰條件下衛星處在可用狀態時，導航可以進行長時間的跨海飛行。而在陸地巡航飛行時，這一導彈所擁有的最低飛行水平可以與障礙物上方相距50到100米，能按照敵人威脅狀態對飛行系統進行合理規劃，從而降低被敵方發現的可能性。在不依據衛星進行作戰時，導彈可以運用地形匹配系統提高整體飛行的精確度，以此進入末制導階段。

1 原理及技術要點的分析

1.1 慣性導航

這系統并不需要利用外界信息，更不需要向外界輻射能量，屬于自導式導航系統，且擁有其他導航定位系統所沒有的獨特優勢。結合實踐案例分析，這一系統并不需要向外部輻射相關能量，也不會受外界電磁干擾所影響，從而能有效避免因不良因素限制實際工作環境。同時，將其應用到全球的任何地點任何時間，都可以展現出極強的保密性和隱秘性。另外，這一系統在為導彈導航提供載體位置和速度信息時，也可以明確載體的航向和姿態角，所以其在實踐工作中的安全性和有效性更高[1]。

從本質上講，慣性導航系統的原理是指運用慣性加速度計在三個彼此垂直的方向中測量出導彈質心運動的加速度分量，并在提供運動初始條件的基礎上，運用制導計算機得到載體的速度、位置以及距離等信息，并明確導彈在不同時刻的坐標值和速度值。同時，還要運用陀螺儀檢測出載體的角運動，并在轉換和處理下得到載體的姿態和航向。將上述數值和理論飛行軌跡的對應數值進行對比分析，就能在發現偏差數值的同時進行合理調整。如下圖所示，其為系統的基本結構圖：

圖1 系統的基本結構圖

在研究系統原理和構成后，可以發現慣性導航在實踐應用中具有以下優點：第一，能運用自身獲取的載體運動信息來計算載體的位置和速度；第二，在工作狀態下，不僅不需要向外部輻射能量，而且不需要接收更多的外部信息，以此有效保障和提升載體的隱秘性；第三，在明確載體所在位置的基礎上，還可以計算出載體的姿態角，這一優勢也是其他系統所沒有的；第四，能在定位的同時獲取姿態、加速度以及航向等基礎信息，這些內容都屬于飛機運行所需的綜合信息源；第五，所提供的信息具有實時性，通常情況下信息在0.05到0.1s之間。

1.2 2GPS導航定位

GPS是運用衛星進行測量和導航的衛星定位系統，其在導彈導航控制系統中應用的最早，且具有極強的穩定性。隨著時代技術革新步伐的加快，這一導航定位技術也在隨之優化和改進。從實踐角度來看，GPS導航定位系統是以子午儀衛星導航定位技術為依據提出的，在導彈導航控制中運用具有極強的精度性、全能性以及全球性的優勢。一般來講，GPS包含了用戶接收系統、地面監控系統以及空間衛星系統這三部分。其中，空間衛星系統是指均衡分布在六個軌道平面上的二十四顆高軌道工作衛星，各個軌道平面相對于赤道平面而言有50°度傾角。在所有軌道平面中，不同衛星升交角相差了90°，且所有軌道上的衛星都要比西邊臨近軌道的衛星超前30°。從空間系統來看，所有衛星每12小時就會沿著圓形軌跡繞地球一周，并運用星載高精度原子鐘來管控無線電發射機的工作，可以確保其進行持續且實時的導航定位。這一導航定位系統向用戶提供的導航電文屬于不歸零的二進制數據碼，碼率為50赫茲。此時為了降低衛星消耗電能，提高GPS信號的嚴謹性和抗干擾性，GPS需要運用偽噪聲碼將不歸零的二進制數據碼轉變為P碼或C/A碼兩種類型。在實際控制操作時，GPS衛星定位技術最重要的就是對衛星所在位置和用戶所在位置的計算[2]。

1.3 地形匹配導航

這一系統主要用于處理導彈巡航期間的輔助導航定位，實際精度可以達到幾十米，且不會受光照條件、氣候變化以及季節等因素的影響，最常用于丘陵地區，屬于自主是導航系統。因為這一系統技術具有極強的隱蔽性，所以很難在實踐操作中被發現或受干擾，同時這一系統有極強的穩定性，因此不會受地面建筑或四季變化所影響，且很難在導航匹配期間出現不必要的難題[3]。另外，由于地球表層的地形和道路等跌宕起伏彼此交錯，且相關數據信息很難被及時發現，所以在設計導航控制系統時，就運用了地形輪廓來明確飛行器所處區域的地理位置，這也是地形匹配導航系統所遵循的運行原理，具體如下圖2所示：

圖2 系統運行原理

在正常工作狀態下，地形匹配導航系統會運用無線電高度表來掃描導彈，并由此獲取地面相關信息，然后按照相應的匹配算法和儲存基準數字圖形對數據信息進行對比分析。假設最終結果顯示GPS系統發生偏移，那么就會按照計算結果對其進行校正，從而確保導彈可以回到最初設定的軌跡上。地形匹配導航是會受所處區域限制的，其不適宜應用在平坦或海面上，只能用在地形跌宕起伏的地形中[4]。同時，因為計算機儲存數量是存在限制的，而GPS可以持續運行，所以在導航導彈巡航期間，需要將整體飛行任務劃分為多個部分，并在它們之間運用GPS實施組合導航，而后選擇適宜的區域運用地形匹配輔助導航系統來修正誤差。這樣不僅保證整體系統運行的合理性，而且會獲取更多有價值的信息數據。

巡航導彈在發射準備期間，必須提出合理航跡，確保其可以準確避開危險區。同時，在快到達危險區域前運用地形匹配輔助導航系統對所處位置進行修正，以此避免危險。另外，在正式進入末端飛行之前，要進行最后一次地形匹配，以此確保巡航導彈可以順利進入末端制導[5]。

2 未來發展趨勢

巡航導彈作為新時代建設發展所提出的遠程精確制導的高新技術武器，在近年來各國社會經濟和技術水平的不斷革新中，科研機構和人員在大力研制和推廣巡航導彈的同時，逐漸累積了大量相關經驗。預計在未來10年內，將會有更多的國家開始裝備和使用巡航導彈。從未來發展角度分析，巡航導彈及其控制原理和技術必將向著以下幾點革新：第一，提高制導技術的命中率。未來巡航導彈將運用慣性+GPS +紅外線成像等技術進行制導，這樣在解決地形匹配和景象匹配系統應用難題的同時，可以獲取更為先進的制導軟件和系統。第二，研發或革新武器的殺傷力。未來巡航導彈在提高自身摧毀效果的同時，還會展現出極強的軟殺傷力。第三，提高隱身技術

的突破能力。巡航導彈通常需要進行長時間和長距離的飛行，此時為了提升攻擊的準確率，導彈導航系統會利用隱身技術來提高自身的飛行安全，從而避免對方運用探測系統對自己先進行攻擊[6]。由于這一類導彈的體積小，且質量輕，在其表層涂上隱身材料，實際雷達發現導彈的概率極低，同時再運用雷達、紅外等隱身技術實施優化設計，不僅能進一步降低噪聲，而且可以讓防御系統的跟蹤和探測工作變得更加困難。

3 結語

綜上所述，結合本文對巡航導彈導航控制系統的深入探討，可以從慣性導航系統、GPS衛星導航系統以及地形匹配輔助系統的應用原理和技術內容，對國內外巡航導彈的研發工作有深入了解。在新時代背景下，加強對巡航導彈及其技術原理等內容的認識和理解，注重應用現代化技術理念進行優化創新，不僅能全面提高導彈導航控制系統的應用水平，而且可以進一步加強我國國防力量。因此，科研學者要在整合以往工作經驗的基礎上，多學習和借鑒國內外優秀的研發經驗和技術理念，只有這樣才能按照預期目標穩步發展。