远程制导火箭弹的关键技术优化

纵观远程制导火箭弹发展现状，远程制导火箭弹多是在无控火箭弹的基础上增加导航与制导模块、控制模块、修正执行机构等部件而来，所以，其关键技术可分为弹道测量技术和弹道偏差消除技术两类。

1.弹道测量技术

实现准确命中目标的前提是利用弹道测量技术准确测得火箭弹及目标的速度、位置等信息，在已有的远程制导火箭弹中所使用的弹道测量技术主要包括以下几个方面。

1）惯性制导

惯性制导是指利用弹上测量元件，测量导弹相对于惯性空间的运动参数，并在给定运动的初始条件下，由制导计算机计算出导弹的速度、位置及姿态等信息。惯性制导不依赖于外部提供信息，能独立进行工作，不受气象条件的影响，抗干扰能力强，隐蔽性好。装有这种制导系统的导弹，在发射后不再与发射平台和目标产生联系，不受外界电磁波、光波和周围气象条件等的干扰，也不向外发射任何能量，但它的存储信息不可改变，因而不能攻击活动目标，且弹道误差随飞行时间增长而增大。美国在其研制的制导火箭弹中分别使用两种惯性测量单元（IMU）：HG1700型IMU使用了GG1308型环形激光陀螺和3个独立的RBA-500型开环石英振梁式加速度计；LB200型IMU采用单轴光纤长200 m的光纤陀螺，是为新一代战术导弹研制的。此外，随着制导炮弹技术的发展，适用于制导炮弹的微机电惯性测量装置也得到迅速发展，其具有体积小、耐冲击、高可靠性等特点，完全可以为制导火箭弹所借鉴和采用。

2）卫星制导

制导火箭弹所利用的卫星导航系统主要有美国的GPS（全球定位系统）导航系统、俄罗斯的GLONASS（全球卫星导航系统）和我国的BD（北斗）系统。目前应用最为广泛的是美国的GPS导航系统，由于战略部署要求，美国的GPS导航系统只向民众开放了C／A码，而另一种制导精度更高的P码则只用于美国及其盟国的军事领域。卫星制导具有全天候、全时域和误差不累积的优点。此外，采用卫星制导可实现“发射后不管”，利于提高武器系统的战场生存性，但其最大的弱点是易受干扰。英国进行的试验表明，1 W辐射功率的干扰机，在无遮蔽情况下能干扰10～20 km所有C／A码GPS接收机，而10 W的干扰机就可使10 km内的P码接收机失灵。早在1997年莫斯科航展上就曾展出过一种功率为4 W的干扰机，据称能使半径185 km范围内的GPS接收机丧失工作能力。但针对卫星制导的抗干扰技术已有较丰富的研究成果，如Mayflower公司开发的时域自适应横向滤波器（ATF）芯片能对大于30 dB的窄带干扰源进行有效的抑制；MITRE公司开发的基于空时自适应处理（STAP）技术的抗干扰接收机能够在不增加阵元的前提下，大大增加天线阵的自由度，从而增加可以处理的干扰数目，这对多径干扰、相干干扰等宽带干扰有较好的抑制效果；Rockwell Collins公司设计的选择可用防欺骗模块（SAASM）直接捕获P码而不需要C／A码辅助，可以有效对付基于C／A码的产生式欺骗干扰。

3）组合制导

组合制导能够利用卫星导航信息修正惯性导航产生的时间累加误差，同时利用惯性导航信息弥补干扰环境中的卫星信息丢失，增强制导火箭弹的抗干扰能力，是实现精确打击的重要手段之一。组合制导中的关键是卫星导航信息与惯性导航信息的耦合技术，主要的耦合方式有松耦合、紧耦合和深耦合。美国在研制制导火箭弹的过程中，采用了一个15个状态的卡尔曼滤波器对GPS／IMU进行深耦合，以获得对火箭弹位置和速度误差的最佳估计，对火箭弹姿态、加速度计偏移和GPS接收机时钟误差进行修正。该卡尔曼滤波器在整个飞行过程中都在运行，不过最初只传递协方差，一旦嵌入式GPS接收机获得优质GPS更新信号，滤波器就会计算出测量误差的最小二乘方近似值，对GPS接收机的时钟偏移、漂移和加速度计状态进行估计。该预滤波阶段的作用是通过卡尔曼滤波器的处理消除嵌入式GPS接收机的初始时钟误差，改善滤波器的收敛性。一旦预滤波阶段结束，卡尔曼滤波器就开始进行GPS更新，并更新导航解。(www.xing528.com)

2.弹道偏差消除技术

在获取火箭弹自身及目标的准确信息后，需要利用弹道修正技术，将偏离目标的火箭弹修正至目标点，以实现精确命中，其中弹道修正技术主要包括以下两个方面。

1）弹道修正导引规律

导引规律最早应用于导弹上，但随着火箭弹命中精度的提高，其在制导火箭弹中也得到了迅速的应用。在制导火箭弹中应用较为广泛的是比例导引规律。

比例导引规律是指制导火箭弹在攻击目标的导引过程中，制导火箭弹速度矢量的旋转角速度与目标线的旋转角速度成比例的一种导引方法。比例导引的优点是弹道前段较为弯曲，能充分利用制导火箭弹的弹道修正能力，弹道后段较为平直，使制导火箭弹具有较充裕的机动能力；其缺点是命中目标时的需用法向过载与命中点的制导火箭弹速度和攻击方向有直接关系。针对比例导引的不足，国内外学者提出了改进型比例导引、变结构比例导引、修正比例导引等导引规律，并在制导火箭弹中得到了一定的应用。如Jitpraphai、Burchett等人在2001年第一次对比例导引、抛物线比例导引和弹道追踪导引在直射火箭弹上的运用进行了比较，并于2002年提出了相应算法的改进。

2）弹道修正执行机构

制导火箭弹采用的修正执行机构主要包括脉冲推冲器和舵机两类。脉冲推冲器能对纵向偏差和横向偏差进行二维修正，具有结构简单、响应速度快和所需驱动功率小的优点，但受弹体空间的限制，脉冲推冲器的数量有限，修正能力有限，难以实现大落角的要求。脉冲推冲器已在俄罗斯的BM-21、以色列的Accular及德国的Correct等制导火箭弹中得到应用。舵机能够为制导火箭弹提供连续的修正力，弹道修正能力更强，但结构复杂，控制难度大，且舵机的修正控制效率受大气环境和飞行速度的影响较大，大气密度越高，飞行速度越大，修正能力越强；反之，修正能力则越弱。此外，舵机的最大舵偏角、角速度及动态响应特性等对制导控制回路的设计有较大的影响，如舵机的角速度限制会导致系统时域响应变差，而在频域中的体现，就是幅值变小，相位滞后增加。选用舵机作为弹道修正执行机构的有美国的M30-GMLRS、挪威的LCFG、塞尔维亚的400式制导火箭弹等。