制導與控制技術

1104330126 席家禎

陀螺的基本特性及其應用

基本特性：定軸性、進動性

實際應用：航天器的定向；

船舶上減小首尾或兩舷的不同時起伏

陀螺儀在哈勃太空望遠鏡目標瞄準和保持自身穩定中的作用

哈勃天文望遠鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份，以保證望遠鏡的指向。

瞬時地理位置測量原理

導航平臺一般模擬的是地理坐標系ONED，飛行器的位置一般都用地

理經緯度λ和φ來表示。如果X軸指北（N），Y軸指東（E），則用 經緯度表示的飛行器位置為

式中：R為地球半徑，為地理經緯度初始值。

初始對準：初始速度、初始位置。

地形匹配制導系統的工作原理

基本原理：利用地形識別技術，將導彈當時彈道下的實測地形特征和預定彈道下的已知地形特征相比較確定導彈位置與偏離誤差，形成導引信號，使導彈準確地按預定路線導向目標。

制導精度與工作波長、天線孔徑、彈目距離的關系

制導精度在很大程度上取決于目標探測系統對目標的角分辨率。探測系統對目標的角分辨率越高，則制導精度越高。工作波長愈短、探測系統的孔徑越大，彈目距離越近，則角分辨率越高。由于彈徑有限，靠增加天線孔徑來提高分辨率是有限的。精確制導武器主要是縮短波長，工作于毫米波、紅外和可見光波段。

光譜濾波與空間濾波的方法

光譜濾波:采用帶通濾光片（如吸收濾光片、散射濾光片、偏振濾光片、干涉濾光片）與探測器響應波長組合起來抑制不希望的輻射進

入系統。

空間濾波：目標是在一定背景下出現的，若它們的波長不同可用光譜濾波的方法區分。若輻射波長相近或一樣，則可根據輻射體的大小、形狀不同，用空間濾波方法區分，例如用調制盤方法

光電轉換之前對目標輻射能進行調制的目的

經光學系統聚焦的像點，是強度隨時間不變的熱能信號，直接進行光電轉換，得到的信號只能表明視場內有目標存在，不能獲取目標的失調信息，因此要對信號進行調制（按照要傳遞的信息來改變載體的一個或多個參量）。

調制器的作用

（1）使恒穩的光能轉變成交變的光能

——將恒定的目標輻射能量（不考慮目標距離、方向及大氣對紅外 輻射的影響）調制為交變的電信號，以便信號處理。

（2）抑制背景干擾（空間濾波作用）

——基于點源目標和大面積背景元之間尺寸特性的差異。

（3）提供目標的方位和失調信息

——紅外探測器產生的信號幅度、相位的變化反映了目標空間位置 的變化，信號處理電路分解出這種變化，并進行座標變換，就得出

目標的方位和失調信息。

旋轉調幅式調制盤的工作原理

原理：根據物體張角的不同，濾除云彩所反射的太陽光線、低空飛行時地面輻射的紅外線干擾。

（張角：物體輪廓最大尺寸點和導彈探測器連線的夾角。） 云彩的像大，在透過調制盤

后，照射到光敏電阻上始終

是個常數值，因而光敏電阻

輸出信號是個直流信號，可

利用交流放大器濾除。

成象跟蹤方法

根據信號來源的不同，尋的制導系統可分為哪三種類型？

根據信號來源不同，尋的制導系統可分為主動、被動和半主動三種類型。

遭遇段目標多普勒頻率的計算及其在起爆控制中的應用

雜波多普勒頻率的分析

主動尋的導引頭的雜波多普勒頻率

令VT = 0，得雜波多普勒頻率

不同，

則也不同，

雜波元位置的取值范圍[-1，+1]，故主動尋的系統雜波多普勒頻率范圍：

平臺跟蹤活動式導引頭的工作原理

1. 發射前裝定。控制站向導彈裝定目標信息使導引頭對選定的跟蹤目標進行瞄準。指令以電信號形式加到放大器上，放大后再加到力矩馬達My、Mz上產生使萬向支架旋轉的力矩，結果陀螺產生進動，平臺也改變位置，使天線初步對準目標的方向。

2. 目標捕獲。在指令裝定之后，轉換開關K1調整到2的位置，轉入自動跟蹤工作狀態。從目標反射回來的信號含有目標偏離天線軸線ox的大小及符號等信息，失調電壓經K1反饋給放大器，再加到力矩馬達上，結果使平臺調整，亦即使天線轉動某個角度，使目標正好處于天線軸線ox方向上。

3. 目標跟蹤。導彈發射后一定時間內，轉換開關K2調整到2位置，失調信號不僅控制導引頭天線跟蹤，而且也加到形成導彈飛行控制信號的計算機電路中。

4. 自動選擇器。按距離和速度選擇目標信號。

半主動尋的制導系統雜波譜分析

特點：

?主瓣雜波出現在雜波區高端。

?副瓣雜波較平坦。

?尾部接收機的參考信號與直饋波耦

合信號均相對發射頻率f0下移了一個

多普勒頻率VM/λ，整個雜波的寬度為

2VM/λ。

?目標信號的頻率則上移（2VT+VM）/

λ 。

?目標的檢測在雜波以外的系統熱噪

聲譜區進行。

由于導彈在低空飛行時，其飛

行的方向不同，導引頭接收天線波束的指向不同，使得地物、背景中不同反射點與導彈的相對速度有很大差異，因而導引頭收到的雜波譜是個寬譜結構。

從圖中可以看出，目標回波的多普勒頻率和雜波多普勒頻率是不重迭的。因而可以通過檢測預定的多普勒頻譜區是否存在目標信號來判定目標。

TVM制導的原理

1) 目標搜索與截獲

2) 目標跟蹤與照射

3) 導彈的TVM跟蹤

4) 目標信息的下行

通信

5) 地面信息處理

6) 跟蹤制導指令的

上行通信

主動式雷達導引頭的工作體制。

按信號的形式，可分為脈沖式、連續波式及脈沖多普勒式三種：

（1）脈沖主動式雷達導引頭

優點：測距；時分方式解決收發隔離。利用距離跟蹤能提高對目標的鑒別能力，有效地克服一些雜波及多目標的干擾。

沒有速度分辨能力，抗固定地/海雜波能力較差，僅適用于對付大反射截面積、低速度軍艦目標，多用于亞音速飛行的反艦導彈。

（2）連續波主動式雷達導引頭

有速度分辨能力，但波形在時間上連續，收發隔離困難。

（3）脈沖多普勒主動式雷達導引頭

時分方式解決收發隔離問題。具有距離/速度鑒別能力，有很強的雜波抑制能力，可以在較強的雜波背景中檢測動目標回波。 主動尋的制導系統雜波譜分析

雜波譜主要由主瓣雜波、副瓣雜波和高度線雜波組成。在低空下視時，雜波最為嚴重，常比導引頭接收機的熱噪聲大70-90dB。

動目標檢測原理

不考慮切向飛行目標是時，固定目標和動目標的多普勒頻率不同。固定目標多普勒頻率通常為零，動目標不為零，因此我們便可以通過多普勒頻率來檢測動目標。

切向力和法向力的作用

切向力能改變導彈飛行速度的大小，而法向力能改變導彈飛行速度的方向，都能控制導彈重心運動，所以稱它們為切向控制力和法向控制力，或統稱為控制力。

低速流動的基本方程及其應用

對于一定量的理想氣體，其特性由狀態參數:壓強p、密度ρ和溫度I確定。氣體從一個平衡狀態到另一個平衡狀態，其狀態參數關系滿足狀態方程：

流動氣體除上述三個狀態參數，還要加上空氣流速v，它們之間遵循的關系可用氣體流動的基本方程表示。

高速流動的流量方程及其應用

氣體低速流動，密度變化很小。在高速流動時，密度變化顯著，氣體可壓縮性不容忽視。高速流動的流量方程（流速與截面積關系）：

式中M=v/a，a為大氣中的聲速，

A為氣流的截面積。

由上式可知：當M<1時（亞音

速流），速度變化率與截面積變化成反比；當M>1時（超音速流），速度變化率與截面積變化成正比；因此，當亞音速流欲加速至超音速流，可以采用先收縮后擴張的方法。

應用：拉瓦爾噴管。

彈翼升力系數與攻角的關系

彈體的升力系數Ｃｙ在小攻角范圍內（<15°）

與攻角成線性關系，即：

失速產生的原因

隨著攻角進一步增加，Cy增大到最大值。如果再進一步增大攻角α，則Cy反而會下降，這種情況稱為失速。

靜矩與導彈穩定性之間的關系

正靜距（壓力中心處于重心之后）的導彈，在受到頭部向上的擾動時將產生一個頭部向下的力矩，反之亦然，即其具有恢復其原始位置的傾向。因此，正靜距意味著導彈是靜穩定的。

零靜距（壓力中心與重心重合）的導彈將是中性穩定的。 負靜距（壓力中心位于重心前面）的導彈則是靜不穩定的。 副翼的作用

副翼是兩機翼外側后緣一塊狹長的可動翼面，左右對稱安裝，其功能是控制飛行器繞縱軸滾轉或制止滾轉。

副翼總是差動偏轉，導致在左翼面和右翼面上產生的附加升力方向相反，從而產生對X1軸的滾轉力矩。

當副翼舵偏角比較小的情況下，產生滾轉力矩與舵偏角呈線性關

系。

表征飛行誤差的兩種坐標系

（1）直角坐標（2）極坐標

控制方法分為哪兩大類？

（1） 空氣動力控制（2）發動機推力控制

導彈的操縱性和穩定性之間的關系

導彈的操縱性越好，導彈就越容易改變其原來的飛行狀態；而導彈的穩定性越好，導彈就越不容易改變其原來的飛行狀態，因此，提高導彈的操縱性，就會削弱導彈的穩定性；提高導彈的穩定性，就會削弱導彈的操縱性。

另一方面，靜穩定性差，則要求導彈的自動穩定系統產生操縱力矩，用以克服外加干擾，保持導彈的穩定。在這種情況下，如果導彈的操縱性好，導彈在自動穩定系統作用下，能夠很快地改變其飛行狀態，迅速達到穩定。這說明，提高導彈的操縱性有助于加強導彈的穩定性。

導彈的機動性和操縱性之間的關系

因為操縱導彈作曲線飛行的過程，就是導彈機動的過程，有了好的操縱性，一定能獲得高的機動性。

但是，操縱性是表示操縱導彈的效率，即導彈運動參數的變化量和相應的操縱元件發生動作（如舵面偏轉角）的變化量之比，是一個相對量；機動性是表示改變導彈飛行方向的能力，即導彈操縱元件發生最大動作（如舵面偏轉到最大角度）時，導彈所能產生的法向加速度，它是一個絕對量。

導彈控制面的三種結構

1）尾控制面

2）前控制面

3）活動翼

尾控制面與前控制面的控制效率對比分析 假定導彈的前進速度恒定，導彈不發生橫滾，且只考慮水平面內的運動(重力作用為零)。假定彈體、翼和尾部控制面產生的法向力N都在中心位置，它的作用點過壓心。由于控制面偏轉了δ值，因而將產生一個法向控制力Nc，設Nc作用點距重心的距離為lc。方向舵產生的力矩NcLc如果數值上等于NX*（這里X*是靜距）就是一種動態平衡。如果Lc/X*=10 ，則N=10Nc，于是，總的側向力=9Nc 。應當注

意，總側向力與Nc方向相反。

導彈作為一個整體產生的側向力同控制面偏轉δ所產生的力同向，如果Lc/X*=10 （仍同尾部控制情形一樣），此時的總法向力為11Nc 。因此，前控制面比尾控制面將更為有效

推力矢量控制的應用場合

在稀薄大氣層或大氣外層飛行的彈道式導彈

導彈發射后必須立即機動，采用空氣動力控制時由于導彈速度低，操縱效率也低，達不到立即機動的目的。

彈道導彈在其垂直發射階段不能使用空氣動力控制

某些近距格斗空空導彈，必須具有特殊的機動性能才能給系統以較好的覆蓋范圍，采用空氣動力控制滿足不了這一要求。

潛射導彈必須盡早地修正彈道，采用空氣動力控制達不到這個目的。

發射架和跟蹤器相距較遠的導彈，如中國的HJ—73。