北航制导原理-思考题答案(第一章).doc

第一章思考题答案1.制导系统有几种基本类型并说明各制导系统的特点？（35-36）答：制导系统包括导引系统和控制系统两部分，各类导弹的控制系统都在弹上，工作原理也大体相同，而导引系统的设备可能全部放在弹上，也可能放在制导站或导引系统的主要设备放在制导站。制导系统可分为非自主制导与自主制导两大类。非自主制导包括自动导引（自寻的制导）、遥控制导、天文制导与地图匹配制导等。自主制导包括方案制导与惯性制导等。为提高制导性能，将几种制导方式组合起来使用，称为复合制导系统。2.根据导引头所利用能源所在位置不同，自寻的制导系统可分为哪几种，简述各自的特点？（41-44）答：根据导弹所利用能量的能源所在位置的不同，自寻的制导系统可分成三种：主动式、半主动式、被动式。l 主动式：照射目标的能源在导弹上，对目标辐射能量，同时有导引头接收目标反射回来的能量的寻的制导方式。采用主动寻的制导的导弹，当弹上的主动导引头截获目标并转入正常跟踪后，就可以完全独立地工作，不需要导弹以外的任何信息l 半主动式：照射目标的能源不在导弹上，弹上只有接收装置，能量发射装置设在导弹以外的制导站或其他位置。因此它的功率可以很大，半主动式寻的制导系统的作用距离比主动式要大。 l 被动式：目标本身就是辐射源，不需要发射装置，由弹上导引头直接感受目标辐射的能量，导引头将以目标的特定物理特性作为跟踪的信息源。 典型的被动式自寻的系统是红外自寻的系统。3. 制导系统由哪几部分组成，各部分的功能是什么?（33）答：从功能上可将制导系统分为导引系统和控制系统两部分，包括探测系统、制导指令形成、到操纵导弹飞行的所有装备。l 导引系统通过探测装置确定导弹相对目标或发射点的位置形成导引指令，可以用不同类型的装置予以实现。l 控制系统直接操纵导弹，要迅速而准确地执行导引系统发出的导引指令，控制导弹飞向目标，保证导弹在每一飞行段稳定地飞行。4.什么是导弹的单通道控制、双通道控制和三通道控制，这三种控制方式各适用于什么情况?（61-70）答：以控制通道的选择作为分类原则，控制方式可分为三类，即单通道控制、双通道控制和三通道控制。l 单通道控制：一些小型导弹，弹体直径小，在导弹以较大的角速度绕纵轴旋转的情况下，可用一个控制通道控制导弹在空间的运动，这种控制方式称为单通道控制。 采用“一”字舵面，继电式舵机，一般利用尾喷管斜置和尾翼斜置产生自旋，利用弹体自旋，使舵面在弹体旋转中不停地按一定规律从一个极限位置向另一个极限位置交替偏转，其综合效果产生的控制力，使导弹沿基准弹道飞行。在单通道控制方式中，弹体的自旋转是必要的。如果导弹不绕其纵轴旋转，则一个通道只能控制导弹在某一平面内的运动，而不能控制其空间运动。单通道控制方式的优点是，由于只有一套执行机构，弹上设备较少，结构简单，质量轻，可靠性高，但由于仅用一对舵面控制导弹在空间的运动，对制导系统来说，有不少特殊问题要考虑。l 双通道控制方式：通常制导系统对导弹实施横向机动控制，故可将其分解为在互相垂直的俯仰和偏航两个通道内进行的控制。对于滚转通道仅由稳定系统对其进行稳定，而不需要进行控制，这种控制方式称为双通道控制方式，即直角坐标控制。其工作原理是：观测跟踪装置测量出导弹和目标在测量坐标系的运动参数；按导引规律分别形成俯仰和偏航两个通道的控制指令；这部分工作一般包括导引规律计算，动态误差和重力误差补偿计算，及滤波校正等内容。双通道控制方式中的滚转回路分为滚转角位置稳定和滚转角速度稳定两类。在遥控制导方式中，控制指令在制导站形成，为保证在测量坐标中形成的误差信号正确地转换到控制(执行)坐标系中形成控制指令，一般采用滚转角位置稳定。若弹上有姿态测量装置，且控制指令在弹上形成，可以不采用滚转角位置稳定。在主动式寻的制导方式中，测量坐标系与控制坐标系的关系是确定的，控制指令的形成对滚转角位置没有要求。l 三通道控制方式：制导系统对导弹实施控制时，对俯仰、偏航和滚转三个通道都进行控制的称为三通道控制方式。如垂直发射导弹的发射段的控制及滚转转弯控制等。工作原理是：观测跟踪装置测量出导弹和目标的运动参数，然后形成三个控制通道的控制指令，包括姿态控制的参量计算及相应的坐标转换、导引规律计算、误差补偿计算及控制指令形成等，所形成的三个通道的控制指令与三个通道的某些状态量的反馈信号综合，送给执行机构。5.自寻的制导在哪些方面优于遥控制导?（51-52）答：遥控制导系统与自寻的制导系统相比，遥控制导系统在导弹发射后，制导站必须对目标(指令制导中还包括导弹)进行观测，并不断向导弹发出导引信息；而自寻的制导系统中导弹发射后，只由弹上制导设备对目标进行观测、跟踪，并形成导引指令。因此，遥控制导设备分布在弹上和制导站上，而自寻的系统的制导设备基本都装在导弹上。遥控制导系统的制导精度较高，作用距离可以比自寻的系统远，弹上制导设备简单。但其制导精度随导弹与制导站的距离增大而降低。同时，遥控制导系统的制导站在导弹发射后，击中目标前不能移动（规避），且要不断发射探测信号，除了易受外界干扰外，还是敌方攻击的主要对象。从武器系统生存能力意义上讲，遥控制导难以与自寻的制导比拟。6.过载和机动性如何定义?两者有何联系?（73-76）答：所谓机动性是指导弹在单位时间内改变飞行速度大小和方向的能力。 如果要攻击活动目标（特别是空中的机动目标），导弹必须具有良好的机动性。导弹的机动性可以用切向和法向加速度来表征。通常用过载矢量的概念来评定导弹的机动性。过载：作用在导弹上除重力之外的所有外力的合力 N(即控制力)与导弹重量G的比值:过载是个矢量，它的方向与控制力的方向一致；模值表示控制力大小为重量的多少倍；过载矢量表征了控制力的大小和方向。过载的概念，除用于研究导弹的运动之外，在弹体结构强度和控制系统设计中也常用到。因为过载矢量决定了弹上各个部件或仪表所承受的作用力。可以看出：l 弹上任何部件所承受的连接力等于本身重量乘以导弹的过载矢量，已知导弹在飞行时的过载，就能确定其上任何部件所承受的作用力。 过载另外的定义：即把过载定义为作用在导弹上的所有外力的合力(包括重力)与导弹重量的比值。7.法向过载与弹道形状有何关系？（83）答：在铅垂平面x2Oy2内（见图1.5.1），过载在弹道坐标系中的投影与导弹弹道之间的关系：8.弹道曲率半径、导弹转弯速率与导弹法向过载有何联系？（86-87）答：在给定速度V的情况下，法向过载越大，曲率半径越小，导弹转弯速率就越大；若值不变，随着飞行速度V的增加，弹道曲率半径就增加，这说明速度越大，导弹越不容易转弯。9.需用过载、可用过载和极限过载如何定义，它们之间有何关系？（89-94）答：需用过载：导弹按给定的弹道飞行时所需要的法向过载，用 nR 表示。需用过载必须满足导弹的战术技术要求。例如，导弹要攻击机动性强的空中目标，则导弹按一定的导引规律飞行时必须具有较大的法向过载(即需用过载)；从设计和制造的观点来看，希望需用过载在满足导弹战术技术要求的前提下越小越好。因为需用过载越小，导弹在飞行过程中所承受的载荷越小，这对防止弹体结构破坏、保证弹上仪器和设备的正常工作以及减小导引误差都是有利的。极限过载：在给定飞行速度和高度的情况下，导弹在飞行中所能产生的过载取决于攻角、侧滑角及操纵机构的偏转角。通过对导弹气动力分析可知，导弹在飞行中，当攻角达到临界值aL时，对应的升力系数达到最大值Cymax，这是一种极限情况。若使攻角继续增大，则会出现所谓的“失速”现象。攻角或侧滑角达到临界值时的法向过载称为极限过载nL。以纵向运动为例，相应的极限过载可写成。可用过载：当操纵面的偏转角为最大时，导弹所能产生的法向过载称为可用过载。它表征着导弹产生法向控制力的实际能力。若要使导弹沿着导引规律所确定的弹道飞行，那么，在这条弹道的任一点上，导弹所能产生的可用过载都应大于需用过载。三者关系：在实际飞行过程中，各种干扰因素总是存在的，导弹不可能完全沿着理论弹道飞行。因此，在导弹设计时，必须留有一定的过载余量，用以克服各种扰动因素导致的附加过载。考虑到弹体结构、弹上仪器设备的承载能力，可用过载也不是越大越好。实际上，导弹的舵面偏转总是会受到一定的限制，如操纵机构的输出限幅和舵面的机械限制等。通过分析，不难发现：极限过载nL可用过载nP需用过载nL。10.对制导系统有哪些基本要求?（97-100）导弹的脱靶量允许值取决于很多因素：主要取决于给出的命中概率、导弹战斗部的重量和性质、目标的类型及其防御能力。目前，战术导弹的脱靶量可以达到几米，有的甚至可与目标相碰，战略导弹由于其战斗部威力大，目前的脱靶量可达到几十米。为了使脱靶量小于允许值，就要提高制导系统的制导准确度，也就是减小制导误差。从误差来源看，导弹制导系统的制导误差分为动态误差、起伏误差和仪器误差。（1）动态误差：动态误差主要是由于制导系统受到系统的惯性、导弹机动性能、导引方法的不完善以及目标的机动等因素的影响，不能保证导弹按理想弹道飞行而引起的误差。例如，当目标机动时，由于制导系统的惯性，导弹的飞行方向不能立即随之改变，中间有一定的延迟，因而使导弹离开基准弹道，产生一定的偏差。导引方法不完善所引起的误差：指当所采用的导引方法完全正确地实现时所产生的误差，它是导引方法本身所固有的误差，这是一种系统误差。导弹的可用过载有限也会引起动态误差：在导弹飞行的被动段，飞行速度较低时或理想弹道弯曲度较大、导弹飞行高度较高时，可能会发生导弹的可用过载小于需用过载的情况，这时导弹只能沿可用过载决定的弹道飞行，使实际弹道与理想弹道间出现偏差。（2）起伏误差：起伏误差是由于制导系统内部仪器或外部环境的随机干扰所引起的误差。随机干扰包括目标信号起伏、制导回路内部电子设备的噪声、敌方干扰、背景杂波、大气紊流等。当制导系统受到随机干扰时，制导回路中的控制信号便附加了干扰成分，导弹的运动便加上了干扰运动，使导弹偏离基准弹道，造成飞行偏差。（3）仪器误差：由于制造工艺不完善造成制导设备固有精度和工作稳定的局限性及制导系统维护不良等原因造成的制导误差，称为仪器误差。仪器误差具有随时间变化很小或保持某个常值的特点，可以建立模型来分析它的影响。要保证和提高制导系统的制导准确度，除了在设计、制造时应尽量减小各种误差外，还要对导弹的制导设备进行正确使用和精心维护，使制导系统保持最佳的工作性能。