导弹的制导系统应能按事先规定的弹道或根据目标运动特性而随时修正自己的弹道,使之稳定地飞向目标,导弹的战斗效率很大程度上决定于该系统的可靠性和精度。
制导系统是由控制及导引系统所组成。
控制系统是用来控制导弹的飞行姿态,使它能稳定飞行,并能在导引系统发出控制信号后对导弹发出相应的控制,为此需要能控制导弹在俯仰、偏航和滚转三通道的角度变化。每一通道的构成是基本相似的,一般是由感受元件,转换放大装置和执行机构等组成。
感受元件主要是由陀螺,电位计等组成,利用陀螺的定轴性测量导弹的实际位置,并给出相应的误差信号。
转换放大装置,能将信号加以变换放大,使之能启闭执行机构。
执行机构有液压、气压及电动舵机,它接受转换放大装置输送来的信号,使执行机构按信号来操纵导弹上的操纵机构。
导引系统是利用各种方法求得目标与导弹位置，并按所需弹道导引导弹到目标。
制导系统的分类:
现在的制导系统,由于各种导弹的任务不同,采用了多种工作原理及制导方法,大致可分成四类,详见下表。
一、自主式制导系统
自主式制导系统基本原理是按照发射前事先规定的程序或外界固定的参考点作为基准来将导弹导向目标。这个程序由导弹运动学参数〈射程、速度、高度等〉与时间的一组固定关系所组成,另外还必须知道导弹和目标的坐标,采用自主制导系统的导弹只能对付固定目标或己知其飞行轨道的目标。
这种制导系统的导弹,一经发射就不再接受地面指令,因此命中目标的精度完全取决于弹内的设备,故称自主式。于它不再接受外界的指令,所以它的抗干扰能力强。
1.惯性导航系统
惯性导引方法是利用物体惯性来工作的。其中包括加速度表和计算装置・加速度表可测出导弹飞行时的加速度。计算装置可把测得的加速度按时间积分起来,以求得速度,再把速度积分起来就可求得导弹飞行的距离。然后以发射点的坐标为基准,就可算出导弹当时在飞行过程中所处的位置了。
一只加速度表只能测导弹在某一方向的加速度。为了确定导弹在空间的位置，就需要三只加速度表分别测出导弹前后、左右、上下三个方向的加速度,经过计算然后才能求得导弹在空间的位置。
加速度表必须水平放置，如有倾斜就会受到地球的引力影响而造成误差,所以加速度表应该放在陀螺稳定平台上。
导弹飞行时由加速度表测得数据,与发射前预先储存在计算装置中己经算好的弹道数据相比较。如果有偏差,就会发出误差信号给控制系统,使操纵面偏转,改变飞行姿态,使导弹回到预定弹道上来。这样导弹就可沿着预定弹道飞向目标。
惯性导航除不受外界干扰外,还不易暴露自己,也不受气候变化的影响,其主要缺点是命中精度随着飞行距离〈时间〉的增大而增大,因此要求提高其精度,必须提高加速度表,陀螺,计算装置和稳定平台精度,目前洲际导弹的命中精度己达到圆概率误差为几米,如要再提高其精度到几米,必须在弹道末端采用末制导.
2.天文导航系统
天文导航的基本原理是利用测量恒星的方法来确定导弹在地面上的位置坐标。
六分仪1始终跟踪两个选定的恒星，并且放置在陀螺稳定平台2上，稳定平台与当地水平面平行，由六分仪测出星球高度角加到计算机4中，通过计算得到了导弹当时的经纬度，然后与预定方案中的经纬度相比较,便得到修正弹道的信号,从而导引导弹向预定目标飞去,高度表是用来保证导弹按规定高度飞行,当导弹到达目标上空,计算机就给出信号让终点装置开始工作,使导弹向目标俯冲。 天文导航在天气不好观察不到恒星时就不能工作,因此不能单独使用,常与惯性导航系统一起使用,作为其校正装置。
3.多普勒导航系统
多普勒导航的工作原理是以多普勒效应为基础。多普勒效应表明,当观察点与振荡源之间的距离在变化的情况下,观测点所测得的振荡频率也在变化。频率变化的量与观测点和振荡源之间距离变化速率成正比。
导弹上的发射机,通过天线向地面发射电磁波，电磁波反射回来后,由接收机通过天线接收,导弹与被照射点之间的距离以
速率在变化。于是接收到的信号频率
与发射信号频率
之差为
式中 
为无线电信号的波长。
将f反f'的信号送入混频器4中做比较,混频器提取多普勒频率fd,通过放大器放大并传给频率计,频率计产生一个与频率fd成比例的电压U。积分器1将电压U从发射时开始积分,就可得到导弹飞过的路程。要测三个方向上的速度及转动变化率需要四个波束。
多普勒系统体积小不受气候及地形限制,可用于各种飞行器上,但积累误差大,容易被敌方干扰,往往也与其它导引系统复合使用。
二、遥控制导系统
遥控制导系统主要是靠导弹外部的指挥设备来测定目标和导弹相对位置,并向导弹发出指挥命令,控制它向目标飞行。指挥设施可以放在地面上,也可安置在飞机、军舰上,.其特点是导弹发射后,弹道可以受指挥站的控制随时改变。导弹本身与目标之间没有直接联系,适用于攻击活动目标。
1.指令式导航系统
用雷达跟踪的指令系统,用一台雷达追踪目标,另一台追踪导弹。目标接近时,目标追踪雷达紧紧跟踪,并通过联线把目标飞行数据送到电子计算机中,导弹射出后,导弹跟踪雷达也紧紧跟着它,并把它的飞行数据也送入电子计算机中,计算机接受两方面送入的信号,加以计算,然后发出无线电指令,引导导弹飞向目标,这一类导引方法常用于面空导弹。
一种简单有线指令系统广泛用于早期反坦克导弹系统中，操作员利用光学装置观察目标和导弹,利用操作控制盒上手柄发出控制信号使导弹、目标和瞄准点始终保持在一条直线上,信号是靠控制盒内不断释放的导线传输到导弹,修正弹道,击中目标。这种系统需有人直接参与控制,命中率较低,人员培训也较难,但由于有线引导,抗干扰好,现改进为半自动化的导线指令系统。当操作员把瞄准具的十字线对准目标后就可发射导弹,导弹进入红外测角仪的视场后,制导系统就可控制导弹沿瞄准线飞行.这是因为红外测角仪随时测定导弹相对瞄准线的位置,当导弹偏离瞄准线一个 角时,指令处理器计算出导弹的偏差,并发出控制信号,通过传输线将其送到导弹上,修正弹道,使其回到瞄准线上来。整个飞行期间制导完全自动化,操作员只要把瞄准具的十字线对准目标就可。
电视指令系统实质上是用电视来代替上述操作员的目视。电视装置在导弹的前部,它的作用距离比光学设备要大得多,这种系统常用于空面导弹上,其工作原理见图12.42。操作人员通过荧光屏2能看到导弹上的摄像管8通过发射机7传来的电视头视野范围内所有目标。选定目标后,操作员控制导弹飞行使目标始终保持在荧光屏的中心。其方法是当有偏差时,操作员即从指令装置1和发射机4发出相应指令,由弹上接收机接收并令执行机构6工作,使导弹回到所要求的位置上来。这种系统导引精度高,并能选择目标,缺点是易受敌方及天气的干扰。
2.波束导引系统波束导引系统可利用波束导引雷达发射的方向性很强的无线电波束,来跟踪目标,在空中形成一道无形的轨道。另外再用一台搜索雷达来搜索目标,测定目标的方位,并通过计算机来控制波束导引雷达对向目标。导弹发射后,先用宽波束把导弹引进窄波束中。导弹中的无线电设备,能随时测出其本身是否在波束中心,如有误差即可进行修正,使它回到中心,这样就可将导弹引向目标。波束导引设备简单,且可用一个波束把几枚导弹导向同一目标,提高命中概率,早期常用于面空及空空导弹,但导弹要有较好的机动性,才能进入波束,另外也易受敌方无线电干扰.
目视激光波束制导系统的原理与无线电波束制导系统相似,不过将无线电波束换成了激光波束。其优点是不易干扰,精度高。但由于受功率及目视的限制,故只用于近距战术导弹上。
3.无线电导航
介绍一下双曲线无线电导航方法,其原理如图12.44。
设坐标已知的A及B两点为双曲线的焦点,则任一双曲线上的任一点到焦点A与B的距离为常数,即AC-BC=常数。在A、B两点设置无线电发射台(导航台),导弹上的接收机接收这两台的信号差值,即可确定导弹在哪一条双曲线上,如果保持这差值不变,导弹即按照这条双曲线飞行。我们可以选择好两个导航站,使其中有一条双曲线刚好通过发射点及目标点。这样导弹发射后即能按预定双曲线飞行,再在导弹上装上射程控制仪,来计算导弹飞行过程的距离以确定是否己达到目标点。也可再设一个导航台,形成两组双曲线,当导弹飞到这两组双曲线的某一交点(即目标)就俯冲。这种导航系统优点是导弹上设备简单,作用距离远,并且可以同时导引多个航向不同的导弹,但必须知道精确的目标位置,只能对付固定目标,容易受敌方干扰,并且导弹的弹道受到地面站的限制。
全球卫星导航主要利用导航卫星求得导弹的实际位置及坐标,并与预定飞行方案比较,精确地导引到目标。
三、寻的制导系统
寻的制导系统是靠导弹上的导引设备直接感受目标的某种物理特征,如红外线、无线电波、光辐射、激光、声音等来产生控制命令,导引导弹向目标飞行,导弹与目标有直接的联系,而且可随着航迹的变化而相应变化,且随着目标的接近精度反而有所提高,所以有利于攻击活动目标,并适用于接近目标的末制导,常用于空空、面空导弹。
这种制导方法随着产生某种物理特征的信号源的不同分为主动式、半主动式和被动式。
主动寻的系统是指导弹本身向目标发射信号并接受自目标反射回来的信号,发射机和接收机通常装在导弹头部,接收机检测返回信号通过计算机给出修正弹道的控制信号。由于信号源也装在导弹上,能量较小,因此作用距离较短,但它在发射后完全独立,不再需要其它设备。
半主动寻的系统向目标发射的信号源由弹外提供,其它与主动寻的相同。由于发射机可以设在地面上,军舰上或飞机上,功率可以大一些,因此作用距离可以大为提高。另外发射的信号源始终处于操作人员监督之下，这样就很少可能丢失目标，也不易追踪错目标。
但对飞机来说必须始终对准目标，因此限制了母机的规避机动动作。
被动寻的系统利用目标本身发出的物理特征作为信号源,因此导弹上的接收机接受的是由目标本身所发出来的能量,这种系统用得最多的是红外线系绕,声学导引只用于对付水下目标。被动寻的系统有两大优点,一是不会给敌方提供信号，二是制导简单。
四、复合制导系统
每一种制导系统都有它的特点,也都有它的缺点,为了提高导弹的命中精度,往往将以上各种制导方法中的两种或三种结合起来使用,取长补短,或者作为辅助校核的手段。例如面空导弹常在弹道的初段及中段采用遥控制导,而在末段采用一种寻的制导。又如面对面弹道式导弹现在常用天文加惯性导引,一般洲际导弹其精度达到几百米。进一步提高精度,打算在战斗部装上寻的的末制导,可以达到几十米。现在巡航导弹常采用惯性加地形匹配制导等。
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