快捷搜索:
组合导航在现代精确制导兵器中的运用,改进导
分类:科学发明

英国《防务新闻》2003年近日报道,地毯式轰炸造成附带损害之大,促使美国军方发展采用雷达与全球定位系统/惯性导航系统组合制导的、更为精确的空地导弹。导弹精度的提高,不仅可减少平民伤亡、建筑物损坏,还可减少所需发射导弹的数量。现在,英国的一家大航空航天公司制成一种采用微机电系统的小型硅环惯性测量装置,可使导弹的命中精度得到提高。这种固态惯性测量装置同采用常规陀螺的惯性测量装置相比,主要优点是工作寿命加长、制造成本适中和可靠性较高。采用硅制惯性测量装置的体积小、重量轻、耗能少,并且能承受20000g以上的过载,现正将其用于下一代肩射反坦克导弹,以供英国和瑞典陆军使用。美国陆军和海军陆战队也将在其直升机导弹的制导系统中,应用固态惯性测量装置。美国海军则将其用来提高对地支援攻击火力的精度。现在,英国皇家空军和海军装备了不受恶劣天气和烟雾影响的、具有抗干扰和抗诱惑能力的、更精确的激光制导炸弹。现在,无论是飞行员、还是地面指挥员,都配备有多种卫星通信系统将其与不同的军事单位连接起来。美国军方正试图发展结构紧凑而简单的数字式通信系统,取代那些庞大的复杂的通信系统,使其所用航空通信系统得以简化。具有应用前景的是一种采用轻小型异结双极晶体管的战术通信系统,其信息传输速度将是采用常规晶体管战术通信系统的两倍。这种数字式通信系统的适应性和音响信号的清晰度,使其具有广泛的军事用途。

[英国《防务系统日报》2003年12月11日报道] 地毯式轰炸所造成的附带毁伤迫使美国军方研制更精确的空地导弹。提高弹药对目标的命中精度,不仅能够最大限度降低平民伤亡和设施受损的风险,也能够减少对付指定目标所需的武器数量。

Integrated Navigation System Usingfor Modern Precision Guided Weapon南京航空机电液压工程研究中心路峰雷体高摘要:通过对组合导航系统的研究,介绍了GPS、INS、北斗卫星导航系统、地形匹配辅助等精确导航系统原理。同时,通过GPS和我国北斗卫星导航系统制导方法的比较,探讨了适合我国国情的精确制导武器制导方法。关键词:组合导航GPSINS北斗导航地形匹配导航系统是负责将载体从起始点引导到目的地的系统装置。它的主要任务是测量载体的即时位置、速度和航向等导航参数。早期飞行器依靠磁罗盘,无线电罗盘,速度表和时钟等导航仪表来保持既定航向、速度,并大致判别飞行路径。20世纪60年代后,惯性导航系统、多普勒导航系统和各种无线电导航系统相继问世,促使了导航领域的全面革新。近年来,计算机技术和卫星通信技术的发展和实际应用对导航系统的精确性和可靠性提出了更高的要求,促使导航系统向综合化和容错化发展,发展了以惯性导航为主体的各种组合导航系统。例如,惯性/多普勒、惯性/罗兰、惯性/天文、惯性/GPS等组合。组合导航的基本特点都是采用不同导航技术的互补性,取长补短。采用各种综合优化的方法,使组合后的导航系统精度高于两个系统单独工作的精度,同时降低了系统成本。其中全球定位系统和惯性导航的组合是目前国外精确制导武器使用最多的导航方法。一、GPS和INS定位原理及其在精确制导武器中的应用GPS是美国从20世纪70年代开始研制的,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它由三部分组成:由导航卫星组成的空间部分;由一个主控站、四个监测站、一个注入站组成的地面站;用户设备。到目前为止,已有24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,其运行周期11小时58分。GPS用户直接接受导航卫星发射的星历数据,其中包括导航卫星的轨道参数与时钟信息。用户得到轨道参数后就能够计算出卫星的位置。然后根据时钟信息计算出用户与卫星之间的伪距。每个卫星发射两个频率的载波信号,即1575.42MHz和1227.6MHz。卫星上安装了精度很高的原子钟。在载波上有调制过的表示卫星位置的信息。通过用于测距的C/A码和P码,以及其他系统信息,GPS能在全球范围内,向任意多用户提供高精度、全天候、连续、实时的三维测速、三维定位和授时。GPS系统的实时导航定位精度很高,采用民用GPS接收机就可使定位精度达到10m。同时通过采用一系列误差修正和抗干扰措施,GPS可达到更高的定位精度。惯性导航系统是一种不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的完全自主式导航系统,具有很好的隐蔽性。其工作环境不仅包括空中、地球表面,还可以在水下。惯性导基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。其缺点是导航定位误差随着时间而增长。采用GPS/INS组合导航,可克服各自缺点,取长补短。一方面利用GPS实现对INS的对准、误差校正和提高系统稳定性,另一方面利用INS提高GPS的动态性能和抗干扰能力,并且提高卫星的重新捕获能力。这在军事使用方面尤为重要。西方军事强国,例如美国及其盟国,很早就展开了精确制导武器的研制工作。并在实战中取得巨大的成果。目前美军使用的武器精确制导技术主要有两种:一是利用激光技术导航,这是传统精确制导技术;二是利用GPS组合导航。 传统激光制导武器必须要接收到从目标上反射的激光才能精确命中目标,因此烟雾和恶劣天气都会限制激光制导武器使用,而GPS组合制导武器通过侦察卫星发射的位置信息进行导航,不受烟雾和天气影响,这具有更高的适用性。在第一次海湾战争期间,美军空袭中只有10%的武器使用了全球定位系统,但是第二次海湾战争所使用的所有炸弹和导弹都是精确制导的,这足以说明精确制导技术在现代战争中起着日益显著的作用。目前美国已采用的GPS/INS组合导航系统的平台和武器有:飞机包括B-1B、B-2、F-15E、F-16、F-18、F117、F-22;导弹包括远程防区外地面攻击导弹、精确滑翔炸弹、战斧Ⅲ及Ⅳ型(TLAM-Ⅲ 及TLAM-Ⅳ)、AGM30(GBU15的有动力改型)、联合直接攻击弹药、战术弹道导弹、联合防区外武器、 常规空射巡航导弹。二、适合我国武器装备的组合导航系统GPS/INS组合导航虽然具有精度高、可靠性强、体积小等优点,但是,由于GPS是美国开发的卫星系统,其核心部分掌握在美国军方手中,在战时恐怕不能够为我所用。所以我国军方对是否采用GPS历来非常慎重,在军事武器装备研制中,只能把GPS的武器导航作为辅助手段,必须发展其他的自主独立的导航方法。近年来,我国的卫星导航技术获得了突飞猛进的发展,特别是2000年北斗导航定位系统两颗卫星成功发射,标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航定位系统,它使我国利用自己的卫星开发精确导航系统成为可能。北斗系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端三部分构成。由两颗地球静止卫星对用户双向测距,由1个配有电子高程图库的地面中心站进行位置解算。定位时由用户终端向中心站发出请求,中心站对其进行位置解算后将定位信息发送给该用户。它的定位基于三球交会原理,即以两颗卫星的已知坐标为圆心,各以测定的本星至用户机距离为半径,形成两个球面,用户机必然位于这两个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点,并已知目标在赤道平面北侧,即可获得用户的二维位置。和GPS一样,北斗卫星导航系统可以在服务区域内任何时间、任何地点,为用户确定其所在的地理经纬度。北斗卫星系统具有快速定位、简短通信、精密授时等功能。其中简短通信功能是其特有的。同时它又是区域性导航系统,覆盖范围为中国全境及其周边地区,定位精度与GPS相当。所以,如果利用北斗卫星导航系统与传统的惯性导航系统进行组合导航,可以达到GPS/INS组合一样的效果,并且系统核心部分完全由自己掌握。目前针对北斗/惯性组合导航系统运用于精确制导武器的研究工作正在开展中。精确制导武器导航系统也可以采用数字地图来辅助惯性导航,实现惯性和地形的匹配组合。它是除了卫星/惯性组合导航系统之外,可以在高对抗电子环境中实现不依赖气象条件、可昼夜工作并完成各种复杂高精度定位的导航技术。与卫星/惯性组合导航相比,地形辅助惯性导航技术具有更高的自主性,其军事价值更高。地形辅助导航系统由惯性导航系统、无线电高度表、气压式高度表、导航计算机以及大容量的存储器组成。工作时,通过无线电高度表以及气压式高度表采集地形数据,用地形轮廓匹配算法等方法把采集的数据和存储于大容量存储器中的地图数据作比较,实现对惯性导航的修正,从而得到最优的导航状态。目前有许多精确制导武器采用地形辅助导航系统进行末端修正。此外,还有其他一些导航的组合方法,例如,惯性和天文组合,惯性和多普勒组成,VOR/DME和惯性组合,可针对不同的工作要求运用于不同的武器装备。

英国一家航空公司已经研发了一种采用微机电系统技术的、基于硅环的、体积极小的惯性测量装置,帮助导引武器精确命中目标。与常规陀螺稳定惯性测量装置相比,固态测量装置的优点在于,寿命更长、制造成本低廉且可靠性更高。此外,硅陀螺技术还能够降低惯性测量装置的体积,减轻重量并降低耗电量。由于加固后可承受20000g以上的过载,一些MEMS装置正在被集成应用到英国和瑞典军队使用的下一代肩射反装甲火箭弹中。美国陆军和海军陆战队将把这些制导装置应用到直升机火箭弹中,而美国海军将采用上述制导装置提升对岸支援火力的精度。

英国皇家空军和皇家海军已经装备了不受恶劣气候或烟雾影响的激光制导炸弹系统,炸弹系统的抗干扰和抗诱骗技术可帮助降低造成不必要毁伤的风险。对于小股作战部队而言,势态感知至关重要。例如,WSI公司的InFlight系统专门设计为与公司高质量天气信息系统一起使用,辅助飞行员在飞行过程中做出决策。系统的轻型接收机能够在高达16.7千米的高空上、温度为-20℃~+70℃的条件下使用。

美国军方计划通过研发结构紧凑、简易的数字化战术系统,简化航空通信系统。例如,在各种军事应用方面,全数字化接收机直接数字接收到的无线电射频信号,从而更好地帮助进行信号处理。重量轻且体积小的异质结双极性晶体管是一种有前途的战术通信系统,其信息传输速度是普通晶体管的两倍。在军事应用方面,数字化通信装置的适应性及音频清晰度有广阔的应用前景。

(北方科技信息研究所,陈永新)

本文由365体育开户发布于科学发明,转载请注明出处:组合导航在现代精确制导兵器中的运用,改进导

上一篇:ARJ21飞机前货舱门在西飞开铆,今年有望打开美国 下一篇:没有了
猜你喜欢
热门排行
精彩图文