现代飞行制导与控制

专业发展背景探测制导与控制技术是专业调整时由飞行器制导与控制专业、鱼雷水雷工程专业、火控与指挥系统工程专业及引信技术专业合并生成的。该专业在国际上产生的时间较早，早在20世纪初便产生了鱼雷与水雷工程相类似的专业，不久以后，英国的一家皇家军校便正式设立了此专业。随着两次世界大战的爆发及战后高科技在军事上的广泛应用。探测、制导、控制、引信等先进手段在军事上大量使用，从而使得该专业人才的培养成为了一个重要的课题，各国竞相在此领域发展军备，同时也日益重视该专业人才的培养。我国在探测制导与控制领域起步较晚，虽然在建国初就曾有过探索，但真正开始在此领域培养人才还要算是北京理工大学1950年设立的飞行器制导与控制专业。早期最有影响的人物应该算是留美归国的钱学森院士，他在此领域可谓首屈一指，为新中国的发展立下了汗马功劳。建国初期，也就是从1950至1966这几年的时间，国内仅有北京理工大学和北京航空航天大学开设此专业，专业的招生人数不是很多，每年在一百人左右，但在这段期间科研方面可谓成果辉煌。因为新中国刚成立后许多领域的空白都亟待填补，对于相对落后的测控领域就更是如此，因此在这一阶段科研突破可以说是一项接着一项。我国在改革开放后十分重视教育的发展，在邓小平同志的亲切关怀下，教育界很快从“文革”的阴影中走了出来，做为国家支柱的军事自然也走在了发展的前沿，特别是加强了国防后备力量高等人才的培养。在这一阶段，飞行器、制导控制、鱼雷水雷、火控指挥及引信等相关学科得到了迅速的发展。本专业培养具备目标及环境的探测、识别、跟踪、定位、制导与控制、安全与起炸控制以及机电控制和传感检测等方面的基础理论知识和工程实践能力，能在有关科研单位、高等学校、生产企业和管理部门从事系统设计、技术开发、产品研制、实验测试和科技管理等方面工作的高级工程技术人才。专业发展趋势探测制导与控制技术专业主要培养能从事探测、制导控制及引信科学的研究、设计、制造、测试的高级工程技术人才。学生毕业后，可到兵器工业部门，也可在民用企事业单位从事产品设计、科学研究与管理工作等。由于探测制导与控制技术专业自身的某些特点，因而学生就业后一般都到兵器工业部门；由于目前该项技术在军事领域内的广泛应用，并且研究的潜力和发展前景都十分巨大，所以该专业的人才需求状况良好。而对于一些民用企业来说，探测制导与控制技术的发展势头也被一致看好，特别是在冶金与深加工领域潜力巨大，因此毕业生到民用企业工作，将技术直接转化为现实生产也不失为明智之举。由于此专业是与国防建设息息相关的对口专业，国家自然责无旁贷地大力扶持与帮助，同时由于该专业的就业领域相对较窄，毕业生选择的自由度也不是那么大，所以在就业这一环节国家没有过多地干涉，而是将精力放在了此专业的大力发展上。同时请注意，这里所说的选择的自由度不大并不是说对毕业生有什么限制，而是说可供毕业学生选择的就业方向不多。导弹上制导装置及其工作原理：1.角度鉴别力：是制导系统对同一距离上，不同方位的两个目标的分辨能力，一般用能够分辨出的两个目标与控制点连线间的最小夹角Δφ表示。2.红外成像制导系统：红外成像制导系统利用红外探测器探测目标的红外辐射，获取红外图像进行目标捕获与跟踪，并将导弹引向目标，它探测的是目标和背景间微小的温差或辐射频率差引起的热辐射分布图像。3.理想弹道：如导弹的外形及参数是理想的，发动机的推力是额定的，控制系统（包括导弹本身）既无惯性有无延迟，大气条件符合标准，目标特性也是确定的，则按给定初始条件计算出的弹道称为理想弹道。4.遥控指令制导：遥控指令制导是从制导站向导弹发出引导指令信号，送给弹上控制系统，把导弹引向目标的一种遥控控制导方式。特点：制导设备分为制导站引导设备和弹上控制设备两部分。制导站设备有目标、导弹观测跟踪装置，指令形成装置，指令发射装置等。弹上设备包括指令接收装置，弹上控制系统。根据指令传输形式的不同，遥控指令制导分为有线指令制导和无线电指令制导两类。5.攻角：速度向量vd在弹体纵向对称平面的投影与弹体纵轴间的夹角称为攻角，弹体纵轴在速度向量投影上方时，攻角为正。6.比例导引法：保持导弹速度矢量转动角速度与目标视线转动的角速度成一定比例的引导方法，叫比例导引法。7.串联复合制导：串联复合制导就是在导弹飞行弹道的不同段上，采用不同的制导方法。8.导弹的动态特性：导弹的动态特性，就是指偏转舵面或导弹受扰动时导弹运动的动力学特性，通常是指没有控制系统作用时，导弹的稳定性和操纵性。9.测角仪：测角仪是具有测量坐标系并可用来测定空间运动体（目标或导弹）在该坐标系中所处位置的仪器，它的输入量为被测量的目标（导弹）坐标变化的信息，它将输入量与测量坐标系的基准信息进行比较，并产生误差信号，经放大与转换之后，生成与角误差信号相对应的电信号。10.并联复合制导：并联复合制导就是在导弹的整个飞行过程中，或者在弹道的某一段上，同时采用几种制导方式。11.制导系统的基本任务是确定导弹与目标的相对位置，操纵导弹飞行，在一定的准确度下，引导导弹沿预定的弹道飞向目标。12.从功能上可将制导系统分为引导系统和控制系统两部分。13.自寻的制导系统：自动导引系统也称为自寻的制导系统，是利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标。自寻的制导系统可分成主动式、半主动式和被动式三种。14.遥控制导系统：由导弹以外的制导站向导弹发出引导信息的制导系统，称为遥控制导系统。15.天文导航是根据导弹、地球、星体三者之间的运动关系，来确定导弹的运动参量，将导弹的运动参量，将导弹引向目标的一种制导技术。16.方案制导、惯性制导、复合制导17.导弹控制方式：单通道控制、双通道控制、三通道控制。18.对制导系统的基本要求：制导准确度，作战反应时间，制导系统对目标的鉴别力，制导系统的抗干扰能力，制导系统的可靠性，体积小、质量轻、成本低。19.自寻的制导的规律：平行接近法：要求在制导过程中始终保持目标视线在空间沿给定方向平行移动，即视线角速度为0.比例导引法：比例导引法要求导弹飞行过程中，保持速度矢量的转动角速度与目标视线的转动角速度成给定的比例关系。公式：00()k20.测角仪：测角仪是具有测量坐标系并可用来测定空间运动体（目标或导弹）在该坐标系所处位置的仪器，它的输入量为被测量的目标（导弹）坐标变化的信息，它将输入量与测量坐标系的基准信号进行比较，并产生误差信号，经放大与转换之后，生成与角误差信号相对应的电信号。21.导引头：导引头是一种安装在导弹上的目标跟踪装置，它的作用是测量导弹偏离理想运动轨道的失调参数，利用失调参数形成控制指令，送给弹上控制系统，去操纵导弹飞行。22.固定式导引头：导引头的测量坐标系和弹体坐标系相重合，这种导引头称为固定式导引头。23.对导引头的基本要求：发现和跟踪目标的距离R、视场角、中断自导引的最小距离、导引头框架转动范围。24.调制器的作用：（1）对所接收的目标信息进行调制以供鉴别目标偏离光轴的方位：（2）对背景的辐射进行空间滤波；（3）给出满足自动跟踪和控制系统稳定性和准确度要求的调制曲线。定义：经光学系统聚焦后的目标像点，是强度随时间不变的热能信号，如直接进行光电转换，得到的电信号只能表明导引头视场内有目标存在，而不能判定目标的方位，所以在光电转换前必须对目标像点进行调制，把接收到的恒定辐射能转变为随时间断续变化的辐射能，使调制成的信号的幅值、频率、相位等随目标在空间的方位变化而变化。25.雷达测角仪原理：雷达波束是有天线发出的。线扫描雷达测定目标角度坐标，主要是利用波束的扫描进行。26.误差信号：误差信号由线偏差信号、距离角误差信号、前置信号等组成。27.校正与补偿信号：1.运动惯性2.目标动机3.误差信号过大4.重力因素。最典型的补偿有：动态误差补偿：导弹实际飞行的弹道称为动态弹道，动态弹道与理想弹道之间的线偏差称为动态误差。重力误差补偿：导弹的重力会给制导回路造成扰动，使导弹偏离理想弹道而下沉，从而产生重力误差。仪器误差补偿。28.遥控波数制导：在波束制导系统中，由制导站发出引导波束，导弹在引导波束中飞行，由弹上制导系统感受其在波束中的位置并形成引导指令，最终将导弹引向目标，这种遥控制导技术也叫驾束制导。分类：单雷达波束制导、双雷达波束制导。29.等强信号线：当采用圆锥形扫描雷达时，雷达天线辐射器辐射“笔状”波束，使波束的最强方向偏离天线轴线一个小角度，当波束在空间绕天线光轴旋转时，在波束旋转的中心线上（天线光轴）各点的信号强度不随波束的旋转而改变，这个中心线称为波束的等强信号线。30.基准信号及其传递：利用引导波束雷达传递基准信号有两种基本方法：一种是利用基准信号对雷达脉冲进行频率调制的方法；另一种是利用脉冲编码的方法。31.激光波束制导原理用激光束跟踪目标，导弹飞行在激光束中，弹上设备感受导弹在光束中的位置，形成引导指令，使导弹飞向目标的制导技术，称为激光波束制导。32.制导回路组成：1.雷达测角装置2.表征从制导站到导弹距离dr的机构3.指令形成装置4.指令发送装置5.弹上指令接收装置6.弹上自动驾驶仪7.弹体8.运动学环节；33.自动导引：导弹用其自身所携带的设备，接收目标辐射或反射的某种能量（如光能、热能、电能、声音等）形成控制信号，来控制导弹飞向目标的控制方法，称为自寻的制导，也称自动导引。分类：光学自动导引、无线电自动导引、声学自动导引三类。34.雷达自寻制导系统：（微波）主动式雷达自寻的制导;半自动式雷达自寻的制导:有用于跟踪和照射的两部雷达。微波半主动式自寻的制导系统有制导精度精度较高、全天候能力强、作用距离较大的优点。与主动式雷达自寻的制导相比，弹上设备简单，体积较小，成本较低。但由于依赖外部雷达对目标进行照射，增加了受干扰的可能，而且在整个制导过程中，照射雷达波束始终要对准目标，使照射雷达本身易暴露，易受对方反辐射导弹的打击。35.毫米波制导系统的特点：优点：穿透大气的损失较小、制导设备体积小、质量轻、测量精度高、分辨能力强、抗干扰能力强、鉴别金属目标能力强；缺点：探测目标的距离短，即使在晴朗的天气，导引头所能达到的探测距离也很有限。36.红外自寻制导系统：优点：①制导精度高，由于红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标本身辐射的红外能量实现寻的制导，其角分辨率高，且不受无线电干扰的影响。②可发射后不管，武器发射系统发射后即可离开，由于采用被动寻的工作方式，导弹本身不辐射用于制导的能量，也不需要其他的照射能源，攻击隐蔽性好。③弹上制导设备简单，体积小、质量轻，成本低，工作可靠。缺点：①受气候影响大，不能全天候作战，雨、雾天气红外辐射被大气吸收和衰减的现象很严重，在烟尘、雾、霾的地面背景中其有效性也大为下降。②容易受到激光、阳光、红外诱饵等告饶和其他热源的诱骗，偏离和丢失目标。③作用距离有限，一般用于近程导弹的制导系统或远程导弹的末制导系统。37.红外成像制导系统：红外成像制导系统利用红外探测器探测目标的红外辐射，获取目标红外图像进行目标捕获与跟踪，并将导弹引向目标。采用方式：多元红外探测器线阵扫描成像制导系统，多元红外探测器平面阵的非扫描成像制导系统。特点：⑴抗干扰能力强。⑵空间分辨率和灵敏度高。⑶探测距离大，具有准全天候功能。⑷制导精确度高。⑸具有很强的适应性。基本组成：红外成像导引头分为实时红外成像器和视频信号处理器两部分，一般由红外摄像头、图像处理电路、图像识别电路、跟踪处理器和摄像头跟踪系统等部分组成。工作方法：在导弹发射之前，有制导站的红外前视装置搜索和捕获目标，根据现场内各种物体热辐射的查表在制导站显示器上显示出图像。目标位置被确定之后，导引头便跟踪目标。导弹发射后，摄像头摄取目标的红外图像，并进行处理，得到数字化的目标图像，经过图像处理和图像识别，区分出目标、背景信号，识别出真假目标并抑制假目标。跟踪装置按预定的跟踪方式跟踪目标，并送出摄像头的瞄准指令和制导系统的引导指令，引动导弹飞向预定的目标。38.电视自寻的制导系统：电视导引头一般有电视摄像机、光电转换器、误差信号处理电路、伺服机构组成。原