2-7 制导系统分析 一、制导系统的功能和组成
1. 制导系统的基本功能
将导弹导向并准确地命中目标是制导系统的中心任务。为了完成这个任务，制导系统必须具备下列基本功能：
（1）导弹在飞向目标的过程中，不断地测量导弹和目标的相对位置，确定导弹的实际运动相对于理想运动的偏差，并根据所测得的运动偏差形成适当的操纵指令，此即"导引"功能。
（2）按照导引系统所提供的操纵指令，产生一定的控制力，控制导弹改变运动状态，消除偏差的影响，使其尽量与理论弹道相符，以使导弹准确地命中目标，此即"控制"功能。
2．制导系统的基本组成
导弹制导系统的基本组成如图2.27所示，包括导引系统和姿态控制系统两部分。
导引系统一般由测量装置、导引计算机（装置）组成，其功能是测量相对理论弹道或目标运动的偏差，按照预定的导引规律，由导引计算机形成控制指令。该控制指令通过导弹控制系统控制导弹的运动。
导弹姿态控制系统又称自动驾驶仪，一般由姿态敏感元件、控制计算机和伺服机构组成。其主要功能是保证导弹在导引指令作用下沿着要求的弹道稳定地飞向目标。
图2.27 导弹制导系统组成示意图 二、制导系统的分类
导弹可选用的制导系统类型很多，按制导系统的特点和工作原理，可分为自主制导、遥控制导、自动寻的制导和复合制导系统。如图2.27所示。
图2.28 制导系统的分类 1．自主式制导系统
不需要从目标或制导站提取信息，完全由弹上制导设备产生导引信号，使导弹沿预定弹道飞向目标的制导。
自主式制导系统根据控制信号形成的方法不同，可分为惯性制导、程序制导、天文导航、多普勒导航、地图匹配制导系统等几大类。
（1）惯性制导系统
所谓惯性制导系统是指利用弹上的惯性元件，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下，在完全自主的基础上，由制导计算机算出导弹的速度、距离、位置及姿态等参数形成控制信号，以导引导弹按预定弹道飞行。
按加速度计的安装基准可分为平台式惯性制导和捷联式惯性制导。
平台式惯性制导系统设备复杂，价格昂贵，只有精度要求较高的远程飞行器才采用。
捷联惯性制导常用于弹道导弹、空地导弹及巡航导弹的制导。
图2.29 平台式惯性制导系统方框图
图2.30 捷联式惯性制导原理方框图 惯性制导系统有独特的优点，由于它不依赖外界的任何信息，不受外界的干扰，也不向外界发射任何能量，所以有较强的抗干扰能力和良好的隐蔽性。
（2）程序制导系统
又称"方案制导系统"。这是利用预先给定的弹道程序，控制导弹飞向目标的制导。
图2.31 程序制导系统方框图 程序制导的优点是设备简单，制导与外界没有关系，抗干扰性好，但导引误差随飞行时间的增加而增加。常用于弹道导弹的主动段、有翼导弹的初始段和中段制导以及无人驾驶侦察机和靶机的全程制导。
（3）天文导航系统
天文导航系统是根据导弹、地球、星体三者之间的运动关系来确定导弹的运动参量，将导弹引向目标的一种自主制导系统。
（4）地图匹配制导系统
所谓地图匹配制导系统，就是利用弹上计算机预存的地形图与导弹飞行到预定位置时弹上传感器测出的地形图进行相关比较，确定出导弹所在位置与预定位置的纵向和横向偏差，形成制导指令，将导弹导向目标。
目前，采用地图匹配制导系统的导弹命中精度可达几十米以内，而采用景像匹配制导系统其精度更高，制导误差一般只有几米左右。
2．遥控制导系统
遥控制导常用于攻击活动目标。在地（舰）空导弹和空空导弹上应用最多。它可分为指令制导、波束制导、TVM制导等。
（1）指令制导
是由弹外制导站发送指令，控制导弹飞向目标的制导。
（2）波束制导
是由弹外制导站发射波束照射目标，弹上导引装置控制导弹沿波束中心线飞向目标的制导。
（3）TVM制导
TVM制导是通过导弹跟踪目标，获得目标信息，实现制导。
TVM制导具有寻的制导精度高的特点，而这个精度不随武器系统作用距离增加而降低。与半主动寻的制导系统一样，需要对目标进行照射，"导引头"是通过接收目标反射的照射信号而实现对目标的跟踪测量。
3．寻的制导系统
寻的制导是由弹上设备形成控制指令实现制导。按目标信息源所处的位置，可分为：
（1）主动寻的制导
是由弹上导引装置向目标发射能量（无线电波或激光等），并接收目标反射回来的能量，形成导引信号，控制导弹飞向目标的制导。常用作复合制导中的末制导。
（2）半主动寻的制导
是由弹外制导站向目标发射能量（无线电波或激光等），并接收目标反射回来的能量，形成导引信号，控制导弹飞向目标的制导。
（3）被动寻的制导
是由弹上导引装置接受目标辐射的能量（无线电波和红外线等），形成导引信号，控制导弹飞向目标的制导。
4．复合制导
复合制导是由几种制导系统依次或协同参与工作来实现对导弹的制导。复合制导系统设计的首要问题是复合方式的选择问题。选择复合方式考虑的主要因素，是武器系统的战术技术指标要求、目标及环境特性、各种制导方式的特点及相应的技术基础。
复合制导设计中一个重要问题是不同制导方式的转换问题，它包括两个方面：一是不同制导段弹道的衔接，二是不同制导段转换时目标的交班。交班，是指从一种制导方式转到另一种制导方式。因此，在复合制导系统中，交班问题是两种制导方式转换的限制条件。
三、导弹对制导系统的要求
导弹制导系统方案论证和技术设计的主要依据是导弹武器系统的战术技术指标。对制导系统设计有影响的战术技术指标有：
（1）目标特性：飞行的高度范围、飞行速度、可能具有的机动和防御能力、目标的几何尺寸和目标群的分布情况等；
（2）发射环境：地基（固定式、车载式和便携式）、海基和空基发射；
（3）导弹特性：种类、用途、射程、作战空域和飞行时间；
（4）杀伤概率要求；
（5）武器系统工作环境：温度、湿度、压力的变化范围，冲击、振动、运输条件和气象条件等；
（6）使用特性：武器系统进入战斗的准备时间、设备的互换性、检测设备的快速性和维护的简便性等；
（7）质量、体积要求；
（8）成本要求；
（9）可靠性设计要求。
上述战术技术指标直接影响着制导系统方案的确定。制导系统的根本任务就是在上述条件下尽可能保证高的制导精度，由此提出制导系统设计的基本要求为：
（1）满足制导精度要求：制导系统要通过正确选择制导方式和导引规律，设计具有优良响应特性的制导回路，设计合理的补偿规律，提高各分系统仪表设备的精度，加强抗干扰措施等，满足制导精度的要求。
（2）战术使用上灵活，对目标的探测范围大，跟踪性能好，对目标及目标群分辨能力强。
（3）尽可能减少设备的体积和质量。
（4）成本低。
（5）可靠性高，可检测性和维修性好。
四、发动机推力矢量控制方案
（一）推力矢量控制的概念
推力矢量控制是一种通过主推力相对于弹轴的偏转产生改变导弹方向所需操纵力及力矩的技术。显然这种方法不依靠空气动力，所以即使在低速、高空状态下仍可产生很大的控制力。但在飞向目标的整个飞行过程中发动机必须一直工作。
所谓推力矢量控制一般是指推力大小和方向均受控制。推力矢量控制装置应满足以下基本要求。
（1）应有足够大的致偏能力
（2）作动力矩要小
（3）动态特性要好
（4）轴向推力损失应小
（5）工作可靠，质量小，结构紧凑，维护使用方便，易于制造，成本低廉。
（二）推力矢量控制的类型和特点
关于推力矢量控制的类型、方案及优缺点详见表2.3。
表2.3 火箭发动机推力矢量控制方案及其特性
类型
控制方案
原理
优点
缺点
二次喷射
液体二次喷射 利用向喷管内喷射气体或液体来改变燃气流的方向
不需要特殊的活动联接及相应的密封结构
需要增加气体或液体供应调节系统
气体二次喷射
机械致偏装置
摆帽装在发动机喷管出口端部的一种环形物或套筒
质量轻，烧蚀不严重
效率低
燃气舵
1.燃气舵操纵俯仰运动. 2.燃气舵操纵滚转运动 3.燃气舵操纵偏航运动 结构简单；作动功率小，转动速率高
推力损失大，为0.5～2％，故使用受限制；烧蚀严重
扰流片
作动功率小，转动速率高
类似燃气舵，用于全尺寸发动机的研制时间长
发动机整体摆动
1.摆动发动机操纵俯仰运动 2.摆动发动机操纵滚转运动3.摆动发动机操纵偏航运动 球窝喷管
无推力损失；推力矢量角与喷管运动方向呈直线性
滑动密封连接零件受热严重
柔性喷管
无滑动受热零件和平衡环；气体密封可靠
复杂的组合安装
弯管形喷管
1.弯管形喷管操纵俯仰运动2.弯管形喷管操纵滚转运动3.弯管形喷管操纵偏航运动 （三）推力矢量控制装置的类型选择
推力矢量控制装置种类很多，如何正确选择，需要导弹总体、控制系统和发动机三方面的设计者密切配合，共同协商确定。选择前应对各种推力矢量控制装置性能特点有所了解，这些性能是致偏能力（即提供的最大推力向量偏角）、频率响应、伺服机构的功率及尺寸、轴向推力损失、喷管效率和可靠性等。
