自航式誘餌應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)必要性及難點(diǎn)分析

孫權(quán)

摘要：自航式誘餌傳統(tǒng)敏感元件及其控制系統(tǒng)存在諸多弱點(diǎn)，難于滿足誘餌快速反應(yīng)、高機(jī)動(dòng)性戰(zhàn)術(shù)使用要求，也不適應(yīng)誘餌技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，而捷聯(lián)慣性技術(shù)有著許多突出優(yōu)點(diǎn)。本文分析了自航式誘餌目前慣性控制系統(tǒng)弱點(diǎn)、應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)的必要性和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自航式誘餌;捷聯(lián)慣性技術(shù);必要性;難點(diǎn)

1 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，捷聯(lián)慣性裝置在80年代開(kāi)始進(jìn)入應(yīng)用，到1989年，美國(guó)軍用慣性導(dǎo)系統(tǒng)已有一半為捷聯(lián)式，戰(zhàn)略導(dǎo)彈達(dá)到44%;民用航空方面，使用捷聯(lián)裝置已上升到90%。目前，捷聯(lián)慣性技術(shù)已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船。尤其是近十年來(lái)，慣性儀表、計(jì)算機(jī)、精密機(jī)械和電子器件不斷進(jìn)步，誤差補(bǔ)償與校正、冗余技術(shù)不斷完善，極大地促進(jìn)了捷聯(lián)慣性技術(shù)的迅猛發(fā)展，大幅提高了系統(tǒng)精度和可靠性，大有逐漸取代平臺(tái)式慣性系統(tǒng)的趨勢(shì)[1]。

2 自航式誘餌應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)的必要性

2.1 自航式誘餌傳統(tǒng)慣性控制系統(tǒng)弱點(diǎn)

自航式誘餌（后簡(jiǎn)稱誘餌）所用傳統(tǒng)敏感元件及其組成的控制系統(tǒng)，難于提供精確的航向角、姿態(tài)角和位置信息，誘餌控制導(dǎo)引精度不高，主要原因有：

（1） 航向陀螺受內(nèi)外環(huán)軸上干擾力矩影響存在漂移誤差。為減少漂移，若增大動(dòng)量矩，會(huì)使得陀螺體積、重量和啟動(dòng)時(shí)間加大，對(duì)陀螺戰(zhàn)術(shù)使用不利;若提高設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量，會(huì)增加加工難度，且干擾力矩不可能減小為零。

（2） 遠(yuǎn)航程誘餌不能忽略地球自轉(zhuǎn)造成的誤差，誘餌航行時(shí)間越長(zhǎng)，這種影響越加明顯，而完全補(bǔ)償此誤差不可能。

（3） 裝有組合陀螺的誘餌，在組合陀螺中增加了俯仰托框和滾動(dòng)托框，基本消除了支架誤差，并進(jìn)行了緯度誤差補(bǔ)償，提高了陀螺精度，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、維修不便。

（4） 對(duì)于速率陀螺，受浪涌影響，其輸出是姿態(tài)角速率近似值，不能通過(guò)簡(jiǎn)單積分計(jì)算姿態(tài)和航向信息。

（5） 對(duì)于姿態(tài)角敏感元件，擺式加速度計(jì)或垂直陀螺可以測(cè)量誘餌俯仰角和橫滾角，但由于不可能完全補(bǔ)償或不補(bǔ)償，其提供的姿態(tài)角精度不高。

（6） 傳統(tǒng)的誘餌速度一般由螺旋槳轉(zhuǎn)速或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速折算，這種方法不精確，而且無(wú)法考慮暗流、浪涌等造成的速度偏差，積累誤差較大。

（7） 航向陀螺和垂直陀螺啟動(dòng)瞬間受各種干擾，啟動(dòng)后持續(xù)受浪涌影響，陀螺隨機(jī)漂移較大，沒(méi)有采用最優(yōu)估計(jì)方法對(duì)這部分隨機(jī)漂移進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償，航向角和姿態(tài)角精度較低。

另一方面，誘餌戰(zhàn)術(shù)使用要求其發(fā)射后能快速機(jī)動(dòng)，遠(yuǎn)離本艇干擾，迅速開(kāi)展水聲對(duì)抗，這要求誘餌具有超強(qiáng)控制性能，能實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性復(fù)雜彈道。同時(shí)，誘餌目前朝著大航程、尺度模擬、誘殺型、智能化方向發(fā)展，航程由十幾公里向幾十公里發(fā)展，相應(yīng)要求誘餌慣性系統(tǒng)能測(cè)出精確位置，能精確導(dǎo)航和控制[2]，而捷聯(lián)慣性技術(shù)正好有助于解決誘餌發(fā)展中遇到的這方面問(wèn)題，可為誘餌提高制導(dǎo)性能提供手段。

2.2 捷聯(lián)慣性技術(shù)對(duì)自航式誘餌性能的改善

捷聯(lián)慣性技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在誘餌中應(yīng)用此技術(shù)可以較大程度提高誘餌導(dǎo)航控制性能，主要表現(xiàn)在：

（1）捷聯(lián)慣性技術(shù)解算導(dǎo)航控制參數(shù)時(shí)，考慮了地球自轉(zhuǎn)和載體相對(duì)地球表面運(yùn)動(dòng)，解決了緯度修正問(wèn)題，航向角、姿態(tài)角、速度精度較高。

（2）傳統(tǒng)框架陀螺為獲得高精度航向，陀螺啟動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。而捷聯(lián)慣性技術(shù)較大幅度降低了陀螺啟動(dòng)時(shí)間，可縮短誘餌發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，提高戰(zhàn)術(shù)使用效能。

（3）能提供比過(guò)去更多、且為數(shù)字化的導(dǎo)航控制參數(shù)，有利于應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)一步提高參數(shù)準(zhǔn)確性，可為誘餌實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性復(fù)雜彈道以及彈道優(yōu)化（如解決袋深問(wèn)題）提供基礎(chǔ)。

（4）克服了傳統(tǒng)框架陀螺不能測(cè)量大角度問(wèn)題，解決了敏感元件輸出不正常引起的非控段問(wèn)題，有利于誘餌實(shí)現(xiàn)復(fù)雜彈道，剛?cè)胨憧蓪?duì)其進(jìn)行精確控制。

（5）不再采用框架陀螺，較大程度減少了敏感元件重量、體積和復(fù)雜性，既降低成本，節(jié)省空間，也有利于維護(hù)。

（6）減少硬件，強(qiáng)化軟件，建立的是數(shù)學(xué)平臺(tái)，易于實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)并進(jìn)行故障診斷，可提高誘餌可靠性。

3 自航式誘餌應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)難點(diǎn)

由于誘餌在水中機(jī)動(dòng)航行，并有著特殊的性能要求。在誘餌中應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)，決不是將艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈上的捷聯(lián)系統(tǒng)移接過(guò)來(lái)就可使用，這有著較大的難點(diǎn)。

（1）誘餌動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)如何同時(shí)保證準(zhǔn)確性與快速性。發(fā)射艇處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并受浪涌影響，初始對(duì)準(zhǔn)所受干擾較大，而初始對(duì)準(zhǔn)精度深刻影響系統(tǒng)導(dǎo)航控制精度;基于誘餌快速反應(yīng)發(fā)射要求，初始對(duì)準(zhǔn)必須在較短時(shí)間內(nèi)完成。強(qiáng)干擾背景下既要有較高對(duì)準(zhǔn)精度，又要有較短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間比較困難。

（2）誘餌捷聯(lián)慣性系統(tǒng)對(duì)慣性敏感元件要求較高。直接裝于基座的敏感元件在誘餌入水時(shí)所受沖擊較大;受浪涌影響，其工作環(huán)境惡劣，復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和溫度變化會(huì)引起各種誤差，相應(yīng)要求敏感元件精度高、輸出動(dòng)態(tài)范圍大、穩(wěn)定性好、耐沖擊。

（3）誘餌捷聯(lián)慣性系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償難度較大。敏感元件各種誤差造成了系統(tǒng)精度降低。為增強(qiáng)抗干擾能力，提高系統(tǒng)精度，對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償非常關(guān)鍵，但要對(duì)所有誤差進(jìn)行徹底補(bǔ)償是非常困難的。

（4）初始對(duì)準(zhǔn)中需估算平臺(tái)失準(zhǔn)角和敏感元件隨機(jī)誤差，計(jì)算初始捷聯(lián)矩陣;航行中需持續(xù)更新捷聯(lián)矩陣，解算航向、姿態(tài)角、速度等參數(shù)，計(jì)算量非常大，這對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量要求相當(dāng)高。

（5）誘餌采用捷聯(lián)慣性技術(shù)，相應(yīng)要求艦艇有一個(gè)高精度綜合導(dǎo)航系統(tǒng)和一個(gè)高度自動(dòng)化的誘餌發(fā)射控制系統(tǒng)，以保證更高精度的源參數(shù)發(fā)送誘餌進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)。

由此，誘餌中應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)面臨不小難度，需要重點(diǎn)解決一些關(guān)鍵技術(shù)，如誘餌動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、慣性敏感元件誤差補(bǔ)償技術(shù)、高性能慣性敏感元件技術(shù)、捷聯(lián)矩陣算法。

4 結(jié)語(yǔ)

自航式誘餌傳統(tǒng)敏感元件及其控制系統(tǒng)存在諸多弱點(diǎn)，造成誘餌導(dǎo)航控制性能不高，難于適應(yīng)誘餌發(fā)展趨勢(shì)。在誘餌中應(yīng)用捷聯(lián)慣性技術(shù)可以克服這些不足，但也面臨諸多難點(diǎn)。目前這方面研究開(kāi)展得很少，沒(méi)有什么經(jīng)驗(yàn)，還有不少深層次問(wèn)題有待研究和解決。

參考文獻(xiàn)

[1]張樹(shù)俠，孫靜.捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1992.

[2]李長(zhǎng)軍，馬宏巖，廉力之.潛射自航式聲誘餌發(fā)展趨勢(shì)研究[J].聲學(xué)技術(shù)，2014，10：30-32