机载武器导航与制导关键技术研究

机载武器导航与制导关键技术研究

陶艺妍，姜玥

中航西安飞机工业集团股份有限公司   西安 710089

摘要：随着科学技术的进步与发展，制导控制技术也取得了巨大进展。近年来，美国、俄罗斯等发达国家都将此作为重点研究方向。目前，为了提高导弹武器的精确打击能力，提升作战性能，也已开展这方面的工作，制导控制导航技术也就成为了世界各国竞相发展的关键技术之一。

关键词：机载武器；导航；制导；关键技术

机载制导武器通常是指由航空器（固定翼飞机、直升机、无人作战飞机等）运载在空中发射/投放用于攻击空中、地面、水面及水下固定或移动目标的硬杀伤武器，其一般包括制导系统、控制系统和导引头。三种技术的结合使其具备了高精度的攻击和杀伤能力。在对目标进行打击时，通过对目标的运动信息和自身的运动信息，自动地计算出目标的行进路径，并按照预先设定的制导规则，对其进行实时的调整，直到命中。在机载制导武器中，作为武器目标信息采集的制导系统，必须具有对复杂战场环境下目标信息的准确识别和采集；控制系统的功能包括信号处理、系统管理、飞行路径控制。在机载武器的导航与制导中，制导系统与控制系统是十分重要的。

1机载武器导航相关概要

1.1机载武器

机载武器是一种以航空器为载体向地面或空中发射的杀伤性武器。航空武器按其结构特征可划分为：航空机炮（枪）、空空导弹、空地导弹、航空鱼雷等。

1.1.1航空机炮（枪）

根据口径大小，对航空机炮（枪）进行了分类。在现代的武装直升机上，航空机炮（枪）已经得到了广泛的应用；在战斗机、攻击机、战斗轰炸机和重型武装直升飞机上，也都有大量的航空机炮（枪）。

1.1.2航空炸弹

在任何一场战争中，飞机炸弹都是消耗最多的。现在，除了少量的原子弹之外，还有许多传统的炸弹。制导炸弹、低阻力炸弹以及减速炸弹得到了广泛的应用。航空火箭是一种具有较大口径、射程、速度和威力的空中无制导武器。

1.1.3空空导弹

空空导弹是一种主要的空战武器，实现对空打击。空空导弹配备了现代化的战斗轰炸机和战斗机。其射程远，命中精度高，威力大。根据攻击方式，空空导弹可分为格斗型和拦截型；按照制导模式分为红外、雷达和复合制导；视距离的大小分为近程、中程、远程。

1.1.4空地导弹

这是现代战略轰炸机、战斗轰炸机、攻击机、战斗机、武装直升飞机和反潜飞机的主要攻击手段。它的基本构造类似于空空导弹。

1.1.5航空鱼雷

航空鱼雷是一种能自控、自导的水中攻击武器。它是反潜飞机和反潜直升机实施反潜作战的重要装备，可以攻击潜艇和水面舰艇。

1.2机载武器导航

1.2.1GPS导航

GPS是一种包括24颗卫星在内的全球卫星导航系统。该系统通过测量卫星与使用装置间的电磁波传播时间，从而确定使用装置的位置。GPS最初是为军用目的而设计的，但是随着GPS技术的发展，GPS在民用方面的应用也日益广泛。GPS定位系统是以GPS卫星和用户接收端的距离为基础，利用卫星坐标来确定接收端的位置。通过测量用户接收器与三个GPS卫星的距离，可以计算出用户接收器在地球上的位置。但是GPS采用单向测距，所以卫星与接收机的时间不能完全同步。由于要得到精确的接收器位置，必须对接收器的时钟误差进行运算，再加上前面提到的三个接收器的坐标，总共有四个未知值。为了精确地计算接收端的位置，必须同时对四个卫星进行观察。

1.2.2惯性导航

惯性导航是建立在牛顿力学的基础上的。载体的速度、位置及其他导航信息是由载体的运动加速计算得到的。通常，它包括下列几个部件：加速器：用来测量载体的移动加速度；惯性导航平台：在导航系统中，使加速度计的测量轴线保持稳定，并用仿真方法给出载体的位置和方向信息；导航计算机：在平台追踪线路上执行指令角速度信号的运算。惯性导航系统可以分为平台式和捷联式两种。(1）平台式。它始终跟踪导航坐标，并将其上的加速器输出信号结合起来，以获得速度和位置信息。(2）捷联式。在捷联惯性导航系统中，将加速和陀螺仪固定地连接到载体上，并将平台以数字形式存储在导航计算机中。

2机载制导武器的制导方式

当前，在制导系统中，一般采用寻的制导、自主制导、遥控制导及复合制导方式。图1展示了制导方式的分类。

图1制导方式的分类

2.1寻的制导

利用寻的制导方式，可以利用武器上的制导系统，探测到目标发出的辐射或反射的能量，从而使其转向，朝目标飞去。常用的寻的制导有三种：主动寻的制导、半主动寻的制导、被动寻的制导。采用主动寻的制导技术的武器，包括能发射和接收能量的能量发射器和接收器；采用半主动寻制导的武器配备了一个能接受载体或地面上的辐射源的能量接收器；采用被动寻的制导的武器仅装有接收器，接收从目标发射出的辐射能。另外，根据探测到的目标的辐射和反射能，可以将其划分为声波、激光、电视、红外和雷达。与其他制导方式比较，寻的制导技术在精度上有很大的优势，但是由于射程比较短，一般都是在末段制导中使用。

2.2自主制导

自主制导是一种能够独立控制自己的制导方式，没有受到地面和飞机上的制导站的控制，也不能与目标进行数据和信息的交流。自主制导武器不依赖于外界的信息，只利用装备上的测量仪所获取的地球物理特性，就可以对其进行轨迹控制，以达到对武器飞至目标的控制。常用的自主制导有：惯性制导、卫星导航定位系统、地形匹配制导、GPS/INS联合制导，以及在复杂制导中常用的中制导。

2.3遥控制导

遥控制导系统是指在地面上或运载工具上安装的制导站，利用远距离的信息传送对其进行制导和控制。目前常用的遥控制导有指令式和波束式两种。在实际的控制中，制导站利用制导指令运算装置对目标和武器进行实时的计算、分析，并对制导规则、制导过程中的动力学需求进行适当的选取，最后再形成对武器的控制命令。在武器上安装的控制系统在武器命中之前，会对引导武器的轨迹进行控制。遥控制导是一种抗干扰性很好的方法，但是它的灵活性很差，因为它需要进行远距离的信号处理和传送。

2.4复合制导

复合制导是指在某一特定的时间内，在某一特定的飞行阶段，使用两种或多种不同的制导方法。常用的组合制导方法有INS+末制导/红外制导、GPS/INS+末制导/红外制导，相对于其它制导方法，复合制导在提高制导精度的同时，可以提高制导距离。

3机载制导武器的发展方向

随着科技水平的提高，对机动制导武器的干扰因素日益增多。因此，要使其在作战中发挥其应有的作用，必须把现代信息技术、材料技术、探测技术等技术与其相结合，使其达到数字化、高精度、高速度、高隐蔽性和低成本的同时使机动制导武器具备多功能、全天候作战和远距离渗透的能力。

4结语

总之，随着我国军事技术的不断发展，可以应用到航空武器的导航技术也越来越多，各种不同的制导方式也随之产生。利用该技术可以有效地改善导弹制导系统的抗干扰性和制导精度。与此同时，反导弹的干扰技术也在逐步发展。未来的制导武器要与信息技术、材料技术、探测技术等技术有机结合，才能更好地适应未来复杂的战争环境。

参考文献：

[1]张文杰.机载武器捷联惯导传递对准技术研究[D].国防科学技术大学,2022.

[2]齐振恒,李涛.机载制导武器导航系统嵌入式软件结构设计[J].中国惯性技术学报,2021,18(01):85-89.