上篇我们了解了导弹常用的五种瞄准方法,有三点法瞄准、前置点法瞄准、追踪法瞄准、前置角法瞄准、比例引导法瞄准。那么这些方法又是怎么真正的运用到工程实践中,来真正的指导导弹的飞行,直到精确的命中目标呢?这就要讲到导弹的控制方法与控制过程。
实际上导弹的控制系统可以分成三大部分,即:观测设备、控制仪、和自动驾驶仪。其中观测设备就像人的眼睛一样,用来观测目标与导弹的飞行参数,而控制仪就类似于人的大脑与神经了,用来分析导弹与目标的飞行参数,依据不同的瞄准方法,来判断每个时刻导弹是不是在正确的位置上,如果不是那导弹需要如何做出调整,并把这种调整命令输出为控制信号。至于自动驾驶仪那就像人的肌肉组织了,负责执行控制仪发出的控制信号,操纵导弹做出飞行调整。当然了,每一部分也都是由各种复杂繁多的设备综合在一起组成的。
制导系统示意图
毫无疑问,观测是制导的前提,如果对目标与导弹的飞行参数观测不准确,那么就无法准确的判断导弹在每个瞬时是不是真的在正确的位置上,更无法准确的了解导弹的飞行偏差,也就无从控制导弹准确的击中目标。观测目标与导弹的飞行可以利用各种雷达,电视、红外、和激光等技术设备来完成。甚至对于一些近程的地空导弹,望远镜也是一种有效的观测手段。
雷达是观测系统的重要设备,对于中程以上的地空导弹基本上只能依靠雷达来观测了。当然雷达的优点也很多,比如它观测距离远,收天气条件影响较小,而且部分白天黑夜都可以正常工作。不过雷达也很容易受到敌方的电子干扰,严重时甚至会丧失正常工作的能力。
雷达
红外测向器和激光雷达观测距离不大,因此只适用于是近距导弹,不过它们体积小,观测精度高,可以装在小型的导弹上,因而也被广泛使用。这两种观测设备不容易受到敌方的干扰,但是却会受到天气的影响。
导弹的观测设备有的是放在地面上的,有的却是直接装载在导弹上的。这就有了两种制导方式,观测设备放在地面上的叫做遥控制导系统,观测设备放在导弹弹体上的叫做寻的制导系统。遥测制导系统观测点在地面上固定不动,而寻的制导系统观测点随着导弹高速运动的。下面就介绍运用遥测制导和寻的制导这两种不同的方法时导弹的控制过程。
1、遥控制导时导弹的控制过程
根据遥控信号是在地面上产生还是在导弹本体上产生,遥控制导又可以分为指令制导和波束制导两种方法。指令制导控制信号在地面上产生;相反的波束制导的控制信号直接在导弹上产生。
(1)指令制导
指令制导是地空导弹用的最多的制导办法, 举一个例子来说明指令制导的工作过程。
指令制导
如上图所示,目标侦查雷达与导弹跟踪雷达组成了观测设备,指令计算机与指令发射机组成了地面控制仪,当目标侦察雷达发现敌军目标时,就会立马对目标进行跟踪,不断的测量和计算目标的各种飞行参数,并把目标飞行参数反馈给指令计算机,并且也会控制导弹发射架的方向始终与雷达天线的方向一致,保持对准目标的装态。当目标飞入一定的范围时,发射人员会将导弹发射升空,这时指令发射机就会开始不断的向导弹发射询问信号,导弹每接收到一次询问信号就会向导弹将自己的飞行参数用电波的方式发射给导弹跟踪雷达。这样导弹跟踪雷达就可以时刻掌握导弹的飞行状态,并将这些参数反馈给指令计算机。
指令计算机根据导弹跟踪雷达与目标侦察雷达反馈的数据,再结合具体的瞄准方法如三点瞄准法。前置点瞄准法等,判断导弹是否在正确的位置上,如果不在,偏差有多大,应该怎么进行调整控制,最终产生控制信号,由指令天线发射给导弹。导弹上的自动驾驶仪根据这些控制信号做出具体的控制动作,使导弹能够不断的接近目标。
指令制导的方法导弹并不知道目标到底在什么地方,它只是单纯的听从指令发射机发出的指令信号。现代计算机计算速度很快,甚至可以同时为几个导弹同时计算控制信号,采用无线电多路传输技术之后,一套设备就可以同时指导多枚导弹的同时飞行。既不会相互混淆,也不容易被敌方干扰。这也是大家经常看到的一套导弹发射系统经常是带有好几枚导弹的原因。
(2)波束制导
波束制导就比较简单粗暴了,其制导仪是装在载导弹弹体上的,简单的讲其制导过程就是:当导弹发射后,雷达会一直向目标发射电磁波,跟踪敌方目标的飞行,这时导弹就会不断的判断自己是否在电波波束的正中心,如果不是在波束的中心轴线上,那么导弹就会自动纠正偏差,直到导弹回到波束的中心线上来。这样,只要波束能够一直照射敌方目标,那么导弹就能击中目标。
这种制导方式虽然简单但是其缺点也是很突出的,因为目标跟踪雷达既要跟踪目标,又要引导导弹的飞行。因此要想更加精确的跟踪目标就要使雷达的波束尽量窄一些,可是雷达的波束太窄了之后,雷达波束在空中的扫描范围就变得十分的狭小,导弹就很容易飞出了波束的照射范围而失去控制。另外,这种制导方法也很容易会受到敌方的干扰。一旦目标跟踪雷达被干扰之后,就难对准敌方目标,那么导弹也就很难打中目标。因此这种制导方法在中程以上的导弹上很少使用。
波束制导
2、寻的制导时导弹的控制过程
(1)寻的制导的概念
寻的制导系统的观测设备基本都是装在载导弹弹体上的,导弹自己寻找目标,并瞄准目标飞行。观测设备一般装在导弹的头部,称为引导头,用来不断的测量目标相对于导弹的坐标,并结合具体的瞄准方法,计算导弹的飞行偏差,产生控制信号,调整导弹的飞行。
雷达引导头的天线可以是固定在弹体上的,也可以是可以自由转动的。固定天线的引导头,其天线是两个相同的喇叭口,两个喇叭口的对称轴线与导弹的中心轴线相重合,在实际工作中,两个喇叭口收到的的电波信号相减后送入接收装置中。这样当天线的中心轴线对准目标时两个喇叭口接收到的雷达波信号就会相同,相减后就会相互抵消,这样送入接收装置的信号就为零,导弹不产生控制信号,从而保持原有的飞行状态。当天线的中心没有对准目标时,两个喇叭口接收的电波信号就会有差异,于是相减后传入接收器的信号就不为零,导弹的控制仪就会产生相应的控制信号,调整导弹的飞行状态,以保证导弹能够时刻对准目标飞行。
寻的制导
引导头观测目标的运动状态是靠接收各种能量完成的。例如雷达引导头靠接收来自目标的无限电波;红外引导头接收的是目标发出的热能;激光引导头需要接收来自目标的激光束。当然,这些能量有的是目标自己产生的,有的是目标反射给导弹的。根据这种能量的来源,寻的制导可以分为主动寻的,半主动寻的,以及被动寻的三种类型。
(2)三种类型的寻的制导
主动寻的制导
主动寻的制导实际上就是在导弹的头部装一个小型的雷达发射机,雷达向目标发射电波,雷达波到达目标后会有一部分反射回来,这些反射回来的雷达波被接收器接收后就能依次产生控制信号。主动寻的制导的特点是其制导设备基本上全部都在导弹弹体上,这样导弹在发射之后可以自主独立的去跟踪攻击目标,不需制导站的控制,导弹的主动性强,可以从任意角度攻击目标。不过缺点也是不可避免的,那就是导弹的容积有限,因此其头部只能装载功率很小的雷达,这使得其探测距离极其有限。
半主动寻的制导
针对主动寻的制导不能安装大功率雷达的缺点,人们今而发明了半主动寻的制导。那就是把发射雷达波的大功率雷达放在地面上,让其对着目标发射强电波,导弹上的导引头来接收目标对强电波的反射波。因为这样就可以使用大功率的雷达,所以这种方法的制导距离要比主动寻的制导的距离大的多。
被动寻的制导
被动寻的制导的原理也很简单,就是导弹的导引头直接接收目标发出的红外信号,雷达信号等,然后做出反应。尤其是红外信号,飞机导弹等目标在高速飞行时发动机温度很高,红外信号极其明显。另外由于气动摩擦,飞机机体也会产生很强的红外信号。
红外寻的制导的准确性比较高,不容易受到敌方的干扰,并且制导设备全在导弹上,导弹发射出去之后,地面就不用管了,因此制导站可以同时从多个角度向目标发射多枚导弹,这可以大大提高命中率。不过红外制导受天气影响比较大,在阴霾严重时制导距离会大大缩水。
遥控制导和寻的制导各有特点,遥控制导的作用距离远,指导站的设备比较复杂,制导过程中导弹对制导站的依赖性比较强,而寻的制导的作用距离比较近,制导设备基本都在弹体上,导弹越接近目标时,导弹接收到目标的反射信号就越强,引导头的工作越可靠,制导的精度也会越高。遥控制导恰恰与之相反,导弹越接近目标时,导弹与制导站的距离越远,观测设备对导弹位置与飞行状态的观测误差越大,导弹的制导精度也会越低。
因此目前要想解决导弹射程与制导精度的问题一般采用的都是组合制导的方法。也就是导弹刚发射出来时采用遥控制导的方式接近目标。等到导弹与目标点的距离很近时,改用寻的制导的方式。通过二者的取长补短,使得现代导弹的制导性能大大提高。
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