捷联惯性技术在水中兵器制导和测试中应用探析

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1、捷联惯性技术在水中兵器制导和测试中应用探析　　【摘要】综合论述了捷联惯性技术在水中兵器制导与测试中的应用现状、存在问题以及发展方向。首先简述了捷联惯性技术的基本原理，然后重点介绍了其在精确制导水中兵器、远程自航水中兵器以及水中兵器弹道测试中的应用现状、使用方式和特点、对比分析了对捷联惯导系统提出的不同要求，最后对捷联惯性技术在现代水中兵器应用中的发展趋势提出了看法，并提出了建议。【关键词】捷联惯导；水中兵器；制导；测试1.引言7捷联惯导系统是将惯性敏感元件（陀螺仪和加速度计）直接安装在载体上（不再需要机电式的稳定平台），利用惯性传感器基准方

2、向及最初的位置信息来确定载体的姿态、方位、位置和速度的推算导航系统。在捷联惯导系统中，用计算机来完成导航平台的功能，以数学平台代替了常规的惯导系统中的物理平台。由于省去了机电式的导航平台，给系统带来许多优点：（1）整个系统的体积和成本大大降低。（2）惯性仪表便于安装、维修、和更换。（3）能够提供更多的导航和制导信息。（4）惯性仪表便于采用余度配置，提高系统性能和可靠性。由于捷联式惯性导航系统具有一系列优点，在许多方面正逐步取代平台式惯导系统，它占领了除战略级应用之外的各个领域。有关资料报道，美国军用惯导系统1984年全部为平台式，到1989

3、年已有一半改为捷联式，1994年捷联式已占有90%。由于飞船、飞机、战术导弹、鱼雷的惯导系统具有中等精度与低成本的要求，所以采用捷联方案非常适宜，在这些领域中已广泛采用捷联式惯导系统。尽管如此，捷联惯性系统也有其不利的方面。首先，由于惯性测量部件（陀螺仪与加速度计）直接捆绑在载体上，所处的动态环境非常恶劣，这样整个惯性导航系统将产生不可忽视的动态误差，而动态误差的减小，一方面是从工艺上提高惯性测量部件（陀螺仪与加速度计）的测量精度；另一方面，则是优化捷联算法，从算法上降低捷联姿态误差，由于数学平台代替物理平台，捷联系统的导航信息基本是由导航

4、计算机来提供的，捷联系统的导航计算机的计算量非常大，因而，设计捷联算法不仅要尽量提高导航精度，还要兼顾导航计算机的计算能力。随着近年来计算机技术的发展，计算机的处理能力越来越强，这为设计高精度的捷联算法提供了坚实的基础，这也正是捷联惯性导航技术快速发展的重要原因。其次，捷联惯导中的动基座初始对准问题，近年来一直是国际国内的研究热点。2.精确制导水中兵器的制导7精确制导水中兵器因采用了精确制导系统、速度快、航行时间极短，使其一旦锁定目标，就可快速接近，直至摧毁目标。在打击精度、单位数量水中兵器的控制区域和提高对敌大中型水面舰只及潜艇威慑力方面

5、，具有其它水中兵器无法比拟的优越性。由于捷联惯导系统是完全自主式的，不需要外界提供信息，并且提供的信息量充分、精度高，抗环境干扰能力强，与其它制导方式相比，应用于高速水中兵器制导具有明显优势。7高速制导水中兵器本身的特点决定了其对捷联惯导系统的要求：1）必须提供尽可能多的导航信息，比如姿态、位置等。当然根据不同的制导方式和制导精度要求，所要求的信息量及精度是不同的。2）体积小，必须结构紧凑。虽然水中兵器直径通常为533mm，但是其航行体直径却很小，至少要把惯性制导系统尺寸控制在Φ200mm以内。3）准备时间要短，该时间包括陀螺启动稳定时间和

6、捷联惯导系统初始对准时间。由于惯性仪表功耗大，只能在接到启动指令时才能动作，而制导水中兵器从引信系统发出攻击指令到航行体出平台的时间极短，这样就要求惯导系统从启动到准备好工作几乎要“瞬间”完成。4）动基座、快速自对准。由于水中兵器（例如水雷）长期潜伏在水下，几乎不可能利用外界信息来进行传递对准；而且受水流等环境因素影响，雷体一直处于运动状态。因此捷联惯导系统的动基座、快速自对准是其应用于水雷制导的一大技术难题。5）环境条件恶劣。水中兵器在布放以及发动机工作的过程当中，其冲击加速度可能高达30～50g。这一点对于敏感元件的可靠性提出了很高的要

7、求。用于精确制导水中兵器因为使用时间短，其陀螺精度要求不高，一般随机漂移为0.1-1°/h即可。总的来说，为了更好地将捷联惯导技术应用于精确制导水中兵器，将有很多技术问题需要解决，从大的方面可以归纳为两类：一是引进捷联惯性制导系统将在某种程度上给全雷系统带来全局性的变化，如武器系统接口、发射前准备、参考信息的获得、全雷供电及各系统接口等，而且势必要打破传统的分工模式；二是捷联惯导自身的技术问题，对于惯性敏感元件、各种算法、微机、供电、控制回路、平衡回路、系统编排等如何适应高速制导水中兵器的特殊要求还要做很多应用研究。3.远程自航水中兵器的导

8、航远程自航水中兵器能隐蔽地远距离布放到具有重要战略意义的海域，如敌方控制的港口、海湾，它以兵器的深入代替潜艇兵力的深入7，能增加布雷平台的安全性和机动性，减少水雷布放工具的战损率