論導(dǎo)航控制原理及技術(shù)要點分析

溫向華，范海霞，趙永乾

（1.國營長虹機械廠，廣西 桂林 541002；2.空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西 桂林 541002）

0 引言

巡航導(dǎo)彈在導(dǎo)航期間會嚴格按照規(guī)定路線航行，通常情況下會在衛(wèi)星導(dǎo)航定位或地形匹配等系統(tǒng)的管控下穩(wěn)定運行。在海上飛行時，巡航導(dǎo)彈擁有最低飛行水平可以與海平面相距10到15米，且在作戰(zhàn)條件下衛(wèi)星處在可用狀態(tài)時，導(dǎo)航可以進行長時間的跨海飛行。而在陸地巡航飛行時，這一導(dǎo)彈所擁有的最低飛行水平可以與障礙物上方相距50到100米，能按照敵人威脅狀態(tài)對飛行系統(tǒng)進行合理規(guī)劃，從而降低被敵方發(fā)現(xiàn)的可能性。在不依據(jù)衛(wèi)星進行作戰(zhàn)時，導(dǎo)彈可以運用地形匹配系統(tǒng)提高整體飛行的精確度，以此進入末制導(dǎo)階段。

1 原理及技術(shù)要點的分析

1.1 慣性導(dǎo)航

這系統(tǒng)并不需要利用外界信息，更不需要向外界輻射能量，屬于自導(dǎo)式導(dǎo)航系統(tǒng)，且擁有其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)所沒有的獨特優(yōu)勢。結(jié)合實踐案例分析，這一系統(tǒng)并不需要向外部輻射相關(guān)能量，也不會受外界電磁干擾所影響，從而能有效避免因不良因素限制實際工作環(huán)境。同時，將其應(yīng)用到全球的任何地點任何時間，都可以展現(xiàn)出極強的保密性和隱秘性。另外，這一系統(tǒng)在為導(dǎo)彈導(dǎo)航提供載體位置和速度信息時，也可以明確載體的航向和姿態(tài)角，所以其在實踐工作中的安全性和有效性更高[1]。

從本質(zhì)上講，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理是指運用慣性加速度計在三個彼此垂直的方向中測量出導(dǎo)彈質(zhì)心運動的加速度分量，并在提供運動初始條件的基礎(chǔ)上，運用制導(dǎo)計算機得到載體的速度、位置以及距離等信息，并明確導(dǎo)彈在不同時刻的坐標值和速度值。同時，還要運用陀螺儀檢測出載體的角運動，并在轉(zhuǎn)換和處理下得到載體的姿態(tài)和航向。將上述數(shù)值和理論飛行軌跡的對應(yīng)數(shù)值進行對比分析，就能在發(fā)現(xiàn)偏差數(shù)值的同時進行合理調(diào)整。如下圖所示，其為系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖：

圖1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖

在研究系統(tǒng)原理和構(gòu)成后，可以發(fā)現(xiàn)慣性導(dǎo)航在實踐應(yīng)用中具有以下優(yōu)點：第一，能運用自身獲取的載體運動信息來計算載體的位置和速度；第二，在工作狀態(tài)下，不僅不需要向外部輻射能量，而且不需要接收更多的外部信息，以此有效保障和提升載體的隱秘性；第三，在明確載體所在位置的基礎(chǔ)上，還可以計算出載體的姿態(tài)角，這一優(yōu)勢也是其他系統(tǒng)所沒有的；第四，能在定位的同時獲取姿態(tài)、加速度以及航向等基礎(chǔ)信息，這些內(nèi)容都屬于飛機運行所需的綜合信息源；第五，所提供的信息具有實時性，通常情況下信息在0.05到0.1s之間。

1.2 2GPS導(dǎo)航定位

GPS是運用衛(wèi)星進行測量和導(dǎo)航的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其在導(dǎo)彈導(dǎo)航控制系統(tǒng)中應(yīng)用的最早，且具有極強的穩(wěn)定性。隨著時代技術(shù)革新步伐的加快，這一導(dǎo)航定位技術(shù)也在隨之優(yōu)化和改進。從實踐角度來看，GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)是以子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)為依據(jù)提出的，在導(dǎo)彈導(dǎo)航控制中運用具有極強的精度性、全能性以及全球性的優(yōu)勢。一般來講，GPS包含了用戶接收系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及空間衛(wèi)星系統(tǒng)這三部分。其中，空間衛(wèi)星系統(tǒng)是指均衡分布在六個軌道平面上的二十四顆高軌道工作衛(wèi)星，各個軌道平面相對于赤道平面而言有50°度傾角。在所有軌道平面中，不同衛(wèi)星升交角相差了90°，且所有軌道上的衛(wèi)星都要比西邊臨近軌道的衛(wèi)星超前30°。從空間系統(tǒng)來看，所有衛(wèi)星每12小時就會沿著圓形軌跡繞地球一周，并運用星載高精度原子鐘來管控無線電發(fā)射機的工作，可以確保其進行持續(xù)且實時的導(dǎo)航定位。這一導(dǎo)航定位系統(tǒng)向用戶提供的導(dǎo)航電文屬于不歸零的二進制數(shù)據(jù)碼，碼率為50赫茲。此時為了降低衛(wèi)星消耗電能，提高GPS信號的嚴謹性和抗干擾性，GPS需要運用偽噪聲碼將不歸零的二進制數(shù)據(jù)碼轉(zhuǎn)變?yōu)镻碼或C/A碼兩種類型。在實際控制操作時，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)最重要的就是對衛(wèi)星所在位置和用戶所在位置的計算[2]。

1.3 地形匹配導(dǎo)航

這一系統(tǒng)主要用于處理導(dǎo)彈巡航期間的輔助導(dǎo)航定位，實際精度可以達到幾十米，且不會受光照條件、氣候變化以及季節(jié)等因素的影響，最常用于丘陵地區(qū)，屬于自主是導(dǎo)航系統(tǒng)。因為這一系統(tǒng)技術(shù)具有極強的隱蔽性，所以很難在實踐操作中被發(fā)現(xiàn)或受干擾，同時這一系統(tǒng)有極強的穩(wěn)定性，因此不會受地面建筑或四季變化所影響，且很難在導(dǎo)航匹配期間出現(xiàn)不必要的難題[3]。另外，由于地球表層的地形和道路等跌宕起伏彼此交錯，且相關(guān)數(shù)據(jù)信息很難被及時發(fā)現(xiàn)，所以在設(shè)計導(dǎo)航控制系統(tǒng)時，就運用了地形輪廓來明確飛行器所處區(qū)域的地理位置，這也是地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)所遵循的運行原理，具體如下圖2所示：

圖2 系統(tǒng)運行原理

在正常工作狀態(tài)下，地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)會運用無線電高度表來掃描導(dǎo)彈，并由此獲取地面相關(guān)信息，然后按照相應(yīng)的匹配算法和儲存基準數(shù)字圖形對數(shù)據(jù)信息進行對比分析。假設(shè)最終結(jié)果顯示GPS系統(tǒng)發(fā)生偏移，那么就會按照計算結(jié)果對其進行校正，從而確保導(dǎo)彈可以回到最初設(shè)定的軌跡上。地形匹配導(dǎo)航是會受所處區(qū)域限制的，其不適宜應(yīng)用在平坦或海面上，只能用在地形跌宕起伏的地形中[4]。同時，因為計算機儲存數(shù)量是存在限制的，而GPS可以持續(xù)運行，所以在導(dǎo)航導(dǎo)彈巡航期間，需要將整體飛行任務(wù)劃分為多個部分，并在它們之間運用GPS實施組合導(dǎo)航，而后選擇適宜的區(qū)域運用地形匹配輔助導(dǎo)航系統(tǒng)來修正誤差。這樣不僅保證整體系統(tǒng)運行的合理性，而且會獲取更多有價值的信息數(shù)據(jù)。

巡航導(dǎo)彈在發(fā)射準備期間，必須提出合理航跡，確保其可以準確避開危險區(qū)。同時，在快到達危險區(qū)域前運用地形匹配輔助導(dǎo)航系統(tǒng)對所處位置進行修正，以此避免危險。另外，在正式進入末端飛行之前，要進行最后一次地形匹配，以此確保巡航導(dǎo)彈可以順利進入末端制導(dǎo)[5]。

2 未來發(fā)展趨勢

巡航導(dǎo)彈作為新時代建設(shè)發(fā)展所提出的遠程精確制導(dǎo)的高新技術(shù)武器，在近年來各國社會經(jīng)濟和技術(shù)水平的不斷革新中，科研機構(gòu)和人員在大力研制和推廣巡航導(dǎo)彈的同時，逐漸累積了大量相關(guān)經(jīng)驗。預(yù)計在未來10年內(nèi)，將會有更多的國家開始裝備和使用巡航導(dǎo)彈。從未來發(fā)展角度分析，巡航導(dǎo)彈及其控制原理和技術(shù)必將向著以下幾點革新：第一，提高制導(dǎo)技術(shù)的命中率。未來巡航導(dǎo)彈將運用慣性+GPS +紅外線成像等技術(shù)進行制導(dǎo)，這樣在解決地形匹配和景象匹配系統(tǒng)應(yīng)用難題的同時，可以獲取更為先進的制導(dǎo)軟件和系統(tǒng)。第二，研發(fā)或革新武器的殺傷力。未來巡航導(dǎo)彈在提高自身摧毀效果的同時，還會展現(xiàn)出極強的軟殺傷力。第三，提高隱身技術(shù)

的突破能力。巡航導(dǎo)彈通常需要進行長時間和長距離的飛行，此時為了提升攻擊的準確率，導(dǎo)彈導(dǎo)航系統(tǒng)會利用隱身技術(shù)來提高自身的飛行安全，從而避免對方運用探測系統(tǒng)對自己先進行攻擊[6]。由于這一類導(dǎo)彈的體積小，且質(zhì)量輕，在其表層涂上隱身材料，實際雷達發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈的概率極低，同時再運用雷達、紅外等隱身技術(shù)實施優(yōu)化設(shè)計，不僅能進一步降低噪聲，而且可以讓防御系統(tǒng)的跟蹤和探測工作變得更加困難。

3 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合本文對巡航導(dǎo)彈導(dǎo)航控制系統(tǒng)的深入探討，可以從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及地形匹配輔助系統(tǒng)的應(yīng)用原理和技術(shù)內(nèi)容，對國內(nèi)外巡航導(dǎo)彈的研發(fā)工作有深入了解。在新時代背景下，加強對巡航導(dǎo)彈及其技術(shù)原理等內(nèi)容的認識和理解，注重應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)理念進行優(yōu)化創(chuàng)新，不僅能全面提高導(dǎo)彈導(dǎo)航控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平，而且可以進一步加強我國國防力量。因此，科研學(xué)者要在整合以往工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，多學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的研發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)理念，只有這樣才能按照預(yù)期目標穩(wěn)步發(fā)展。