地地导弹论文范文（精选12篇）
地地导弹论文 第1篇
1 目标排序模型
1.1 根据要求,确立总目标
军用机场作为重要的军事设施,在战争中支援前方作战,作为空战的后方基地,在战场上表现的十分抢眼,因此在战争中对军用机场的打击尤为重要。根据红方陆军现有装备地地战役战术导弹,可以清晰的确定总目标:利用地地战役战术导弹打击敌军用机场,破坏其飞机与跑道。
1.2 根据总目标建立层次结构
对于要达到的总目标,根据模型假设可以分解为三个层次[2]。第一层为总目标;第二层为部门层,共有两个部门:破坏机场和破坏机场的飞机;第三层为措施层,就是需要打击的各机场。层次结构图如图1所示。
1.3 建立判断矩阵,求解相关系数
部门层的两个因素是破坏机场和破坏机场的飞机,根据战场攻击任务的不同,地地战役战术导弹的重点应该放在打击跑道方面,必要时可以打击飞机。根据上述分析,在部门层中破坏机场跑道要比破坏飞机明显重要,通过比较得到矩阵A=(αij)2×2。
措施层中的n个机场的机型类型、数量,跑道情况,地理位置等要素都不尽相同。对于这两个n阶的判断矩阵,需要知道在两种情况下每个机场的威胁系数。
对于破坏机场跑道的问题,要考虑机场的跑道情况、机场的地理位置以及部署在机场的飞机类型和数量。根据专家评判意见,战机的类型占的比重最大达到50%,数量所占的比重其次达到30%,跑道的情况和机场地理位置因素各占10%。综上可以给出机场的威胁系数1的经验公式(1):
其中:M:机场的威胁系数;
αi:第i类飞机的类型威胁系数;
βik:第i类飞机的单机威胁系数;
Sik:第i类飞机的数量;
k:部署在该机场的飞机类型数量;
c:机场跑道的威胁系数;
d:机场地理位置的威胁系数。
对于破坏机场中飞机的问题,主要考虑飞机型号和数量,根据上面分析知道飞机的类型所带来的威胁比飞机数量带来的威胁要大,可以占到80%,数量因素占到20%,因此给出经验公式(2),其中,N是机场威胁系数2。
参数主要有飞机的作战半径、电子设备、飞行速度等,对于战斗机而言,作战半径越大,飞行速度越快,电子设备越先进,武器系统效能越好,则该机型的威胁系数就大,反之就小。
战斗机的单架的威胁系数主要考虑的方面主要是机载武器、飞行速度、作战半径、电子设备、挂架。其他特种作战飞机的单机威胁系数主要考虑方面是飞机航程、作战半径、电子设备。战斗机单机威胁系数影响因素所占比重分别是10%、20%、15%、20%、35%。具体情况见表1:
飞机跑道的威胁系数主要是从跑道的长度、宽度以及跑道材料等因素,长度越长、宽度越宽,威胁系数就大,反之威胁系数就小。
军用机场在地理上的远近产生的威胁大小也不一样,距离近的产生的威胁大,相应的威胁系数也大;距离远的产生的威胁小,相应的威胁系数也小。
现在确定距离的原则是:对于陆上的机场目标以机场到边境线的距离为准,对于岛上或隔海的机场目标以机场到海岸线的距离为准。
根据以上论述可以确定威胁系数,进行两两比较,就能得到相应的数值bij、Cij(i,j=1,2,…,n),此时有判断矩阵B=(bij)n×m,C=(Cij)n×n。
此时三个判断矩阵均已产生:
分别求出每个判断矩阵的最大特征根λmax1、λmax2、λmax3,以及相对应的标准化特征向量w1、w2、w3。此时w1、w2、w3已经分别给出了同一层次见各因素相对于上一层因素的比重,即同一层次上的权系数。
这里存在bij、cij的的取值问题。由于判断矩阵的数值都是判断矩阵标度表中的数值,而两两比较得到的bij、cij不一定都是标度表中的数值,为使其满足要求,特规定取值规则,具体见表2:
1.4 求同一层次上的组合权系数
记w为w2、w3两个特征向量组成的n×2的向量,则整个模型最终的组合权向量为w
此时最下层措施层对最上层的组合权向量为w,wi即表示第i个机场占整个攻击目标群中的比重,wi的大小顺序就表明目标机场的重要次序,这样就产生了整个目标的排序结果。
1.5 进行一致性检验
对最终的组合权向量进行一致性检验。计算过程如下:
当一致性比率CR<0.1时,可以认为最终的组合权向量符合一致性要求的范围。当不符合一致性要求时,需调整判断矩阵,再次计算。这些计算都可以借助MATLAB软件实现。
2 实例
某地区的军用机场遍布整个岛屿,并且每个机场都驻扎着不同的机型,面临的任务也不同。现在上级要求利用地地战役战术导弹进行打击,根据相关的数据,利用上述模型,确定攻击某地区军用机场的先后顺序。
选择威胁性相对较大的11个军用机场作为攻击的目标[3]。相关数据见表3:
通过上述模型,所以最后的打击顺序见表4:
3 模型评价
本文在综合考虑机场的实际情况下,利用层次分析法建立了地地战役战术导弹打击机场排序的模型,并借助MATLAB软件求解,最后利用某地区的机场数据进行验证,证明了这个模型的可行性和较强的实用性。但该模型也存在一些不足,如:步骤较为繁琐,不满足一致性时怎样处理并没有细致的考虑。此外,模型中将机场的一些情况理想化,没有考虑战场的突发情况。
摘要：利用地地战役战术导弹袭击敌方军用机场是一种常用的作战方式,为使有限的导弹火力能够运用到对战役和战斗起关键作用的目标上,需要根据目标的威胁程度确定最佳攻击顺序,现用层次分析法进行建模来确定目标的攻击顺序,以达到最佳的作战效果。
关键词：地地导弹,打击,机场,层次分析法,排序模型
参考文献
[1]张廷良,陈立新.地地弹道式战术导弹效能分析[M].北京:国防工业出版社,2001.
[2]章栋恩,马玉兰,徐美萍,等.Matlab高等数学实验[M].北京:电子工业出版社,2008.
洲际导弹自述教案 第2篇
2．领会课文以自述形式、生动的语言、形象的写法，来介绍复杂的内容的写作特色，这是难点。课时安排 一课时。教学过程
一、预习
1．通读课文，初步理解内容 2，给下列加点的宇注音。
贻误(yí)威慑(shè)首屈一指(zhǐ)比拟(nǐ)尾翼(yì)措手不及(cuò)赋予(fùyû)锥形(zhuī)鞭长莫及(jí)3．理解下列词语的含义。(1)鞭长莫及：比喻力量达不到。(2)我行我素：照着自己一向的做法去做。(3)先发制人：先动手以制服对方。(4)威慑：用武力使对方感到恐惧。
(5)道高一尺，魔高一丈：原为佛家语，告诫修行者警惕外界诱惑，现比喻两种敌对 力量，互为条件，交替消长。
二、导入新课
2003年10月16日，我国首次载人航天飞行获得圆满成功，中华民族探索太空的千年梦想实现了。回顾人类探索太空的历程，充满了曲折。早在20世纪50年代，尖端武器的发展，就令全世界为之轰动。今天，我们来了解洲际导弹，从它的自述中了解航天器的发展。
三、正课
1．学生朗读第一自然段，第二自然段。
2．提问：课文第一自然段介绍了有关洲际导弹的什么内容? 明确：介绍洲际导弹的产生及重要地位。
3。提问：第二自然段洲际导弹过程中主要采用了哪种说明方法？ 明确：分类别，使导弹分类富有条理性。
4，提问：在第三自然段到第六自然段中，作者介绍了洲际导弹的哪些知识? 明确：介绍了洲际导弹的弹头，发动机及制导系统。5．学生分组朗读第七自然段到第十自然段。
6．提问：在介绍洲际导弹的性能过程中，主要采用了哪些说明方法? 举例说明明确： 列数字。例：我身高有二三十米，胸围三到五米，使用液体发动机时体重一百多吨，使用固体发动机时体重二三十吨。
作比较。例：固体导弹的尺寸和重量都比液体导弹小。
7．学生快速阅读第十一自然段到第十五自然段，了解洲际导弹的发展过程，采用复述方式来归纳。
明确：洲际导弹具有飞得快，爬得高，打得准的特点，然而易被侦察卫星发现；采用地下井发射技术受制后又采用“机动发射”的方式；针对预警雷达网和导弹预警卫星及反弹道导弹的制约。洲际导弹采用“分导式多弹头”设计，终于领先一步。8．本文的语言风格独具特色，请举例子说明。
明确：本文采用第一人称拟人化的手法来写，语言生动、活泼、通俗易懂，把复杂的武器知识展现在读者面前。如；“我锥形的脑袋里装的是核弹、人称弹头。”写出洲际导弹的内部结构，采用人体构造来诠释，读来生动有趣。
四、小结
讨论并归纳：课文采用自述的方式，介绍了洲际导弹的构造、性能和它的发展过程。语言风格生动、活泼。
五、作业
1．完成课后练习二。2．选用课时作业优化设计。
课时作业优化设计
一、指出下列注音和字形完全对的一组：()a 威摄(shè)措(cuò)手不及 竞赛 b 中枢(shū)炸毁(huǐ)赋予(yû)c.迷惑(huò)高不可扳(pān)摧毁(chuī)d．尾冀(yì)锥(zhuī)形 条款(kuǎn)
二、辨析下列各组形似字、多音字。
摄（）_________ 锥（）_________
1、慑（）_________
2、唯（）_________ 镊（）_________ 惟（）_________（）_________ 3 参{（）_________（）_________
三、判断下列句子采用了哪种说明方法。•
1．我的最大飞行速度在每秒七公里以上，一万公里的路程，半小时就能飞完。2．几个子弹头能分别沿着不同的路线去打击多个目标，在总的爆炸当量相等的情况下，多弹头摧毁目标的效果比单弹头的大好几倍。最多时我可以带上八到十个子弹头，这就叫做“分导式多弹头”。()3．按起飞位置和攻击对象可分为地对地，地对空，空对空，空对地等，按飞行方式可分为弹道式和巡航式，按射程可分为近程、中程、远程和洲际等。()
四、揣摩下列加点的词语，说说它在文中的作用。
1．消息传开，曾经使全世界为之轰动，因为我是一种不可多得的战略武器。2．虽然我很厉害，但在预警雷达网和导弹预警卫星的监视下，我也不敢轻举妄动。
横空出世的地地弹道导弹 第3篇
经过几代人的艰苦努力，我国先后研制成功多个系列的地地弹道导弹。这些导弹家族的成员紧贴实战需求，坚持技术创新，充分保证了武器装备的高可靠、高精度、多射程覆盖、强生存能力等卓越性能，为制衡强敌、丰富作战选项、满足军事能力与国家利益诉求提供了有力支撑。
宝贵财富：“两弹一星”精神
“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于攀登”，这句航天人耳熟能详的“两弹一星”精神在地地导弹研制中体现得淋漓尽致。
几十年前，在没有经验、缺乏设备、缺少人才的情况下，技术难、生活难、条件难、决策难都没有难住研制队伍。研制队伍成立之初，除了有一部分人经过短期的火箭培训实习以外，没有一个人干过甚至见过哪怕最简单的单级导弹，更不用说中远射程多级导弹了。在我国受到严密封锁下，没有外援，没有外部资料，没有相关人才，研制队伍决定：我们自己就是研制人才。大家立足国情和现实条件，全力以赴学习探索，从已有经验入手，再借鉴、开发、创新、尝试、完善。技术不断成熟，研制队伍的水平也受到锤炼并提高。设施不完善，就边建设、边改造、边求援、边研究，并设法代用或土法自制，大家群策群力，共同促进研制，为地地弹道导弹的研制打下了坚实的基础。
严酷考验：雪域高原做考场
很多地地弹道导弹的科学试验都是在荒芜人烟的戈壁、沙漠进行，这当中数千米海拔的高原试验是最考驗身体和意志的。在风沙刮在脸上生疼、暴风卷着鹅毛大雪、上三层楼犹如登山的环境里，“不倒下”是每名试验队员对自己的要求。
试验任务本就不轻松，为了保证高可靠性，一旦发现疑点，就要给导弹做“全身体检”，往往一做就是数天。参加过试验的人员都懂得，“如期进行”从来不轻松。严谨细致是对每个地地导弹研制团队的基本要求，一个装置的操作、检查步骤往往能达上百项。所以，导弹研制是一个“收敛”的过程，前期抓大放小，到了后期大型试验阶段就必须抓小，做到精细准确、万无一失。
在这些高标准的要求下，带着谨慎的态度和坚强的意志，研制团队面临高原试验场地的寒冷、风沙和身体上严重的高原反应，依然每天工作十几个小时，甚至连轴转，一次又一次创造零故障、高精度的辉煌战绩。
小核心 大协作：“四个共同”法宝
导弹研制团队队员来自全国多个地区的多家单位，小核心大协作是基本的管理方式。简单地说，就是抓总核心技术、其他外协配套，这样可以最大程度节约资源。由不同行业、不同领域单位组成的试验团队，怎么实现高效的协作和管理呢？这就是航天人黄纬禄总师提出的“四个共同”：有问题共同研究，有困难共同克服，有余量共同掌握，有风险共同承担。
用“四个共同”把导弹研制的一碗水端平，不分集团、不分你我，打破单位与单位之间的界限，为共同目标努力。团队和谐互助，作风踏实谨慎才打造出打不垮的地地弹道导弹研制团队，才打造出过硬的产品。
导弹部队报到 第4篇
任务:利用所提供的资料,制作气箭,使箭飞行直线距离越远越好。
材料:1个带盖软塑料瓶、2根塑料吸管(1根直径6毫米,1根直径5毫米)、橡皮泥若干、薄纸板
工具:小刀、胶带、剪刀、电钻(公用,钻头直径6毫米、直径5毫米)
制作方法:1.在瓶盖上掏个小洞(台钻钻孔),插入一根吸管(粗细自定),用橡皮泥固定并封好;2.把另一根吸管(粗细自定)做成一支箭——箭尾用胶带固定一块三角纸片(纸片自做,大小自定),用橡皮泥捏成一个锥形尖,安在箭头;3.把做成的箭套在(或插在)已连接到瓶盖上的管子上。
评分规则:1.气箭制作完毕,测试时由1名学生选手手持套件,站在规定位置,身体任意部位不得超出起点线,发射角度自定,用力挤压瓶子,使箭飞向测试区,测量起点至落地点的直线距离(落地选取最近一端);
2.每队可测试3次,取最好成绩;
3.按照距离排出名次,按照排名计算比赛成绩(满分100分)。
请你思考:
1.以什么角度发射,射程最远?
2.箭尾为什么要固定三角纸板?
3.箭是以“插入”的方式好,还是以“套上”的方式好?
《洲际导弹自述》的说课稿 第5篇
《洲际导弹自述》是新课程标准实验教材语文版七年级语文下册第五单元的第三篇课文。这是一篇科普说明文，作者是我国科学家、科普作家朱毅麟研究员。
这篇科普说明文，采取洲际导弹“自述”的方式，运用了从一般到特殊的逻辑说明顺序，运用了分类别、作比较、列数字等多种说明方法，亲切自然地介绍了洲际导弹的构造、性能和发展过程。这种自述方式，拉近了洲际导弹这一陌生事物与读者的距离，使说明对象更容易受少年读者的喜爱。本文虽是一篇略读课，但在语言和表达方式上很有特色，既有严谨的科学态度，又不乏幽默和趣味性，这对于刚刚接触说明文的七年级学生来说，是学习阅读事物说明文的很好范例。而且本文还能激发学生热爱科学的兴趣与情趣。依据教材特点和学生特点，也依据新课标对七～九年级语文阅读的要求：阅读科技作品，注意领会作品中所体现的科学精神和科学思想方法。
我设计了以下教学目标：
一）初步了解洲际导弹的一般知识，明白新式武器在现代战争中的作用，激发学生热爱尖端科学的兴趣，增强国防意识和维护世界和平的意识。
二）理解本文采用拟人化方式来说明事物以及这种写法的好处：让导弹自叙身世，现身说法，既使文章通俗风趣，又有利于把复杂的事物讲得浅显易懂。
三）能从课文中找出运用分类别、作比较、列数字等说明方法的内容，并领会这些说明方法对介绍洲际导弹的作用。
其中目标二、三即是重点也是难点。
二、说教法
“激发兴趣、引导点拨”是我上这节课的主要方法，为此，我设计使用多媒体辅助教学。
三、说学法
课前能有目的的查找自已需要的材料，课中能够自主地使用圈点批注的方法扫除阅读障碍，能和他人合作讨论解决自己的疑难问题，是学习这篇说明文的主要方法。
四、教学过程
1、导入设计：观看“芝麻开门”系列片“飞弹”介绍有关导弹、洲际导弹的资料激趣。引出问题：导弹有如此大的威力是什么原因，让我们一起来了解。
2、朗读课文整体感知。(1)、自读课文，圈划生字词并自已动手解决。(2)、根据课文的有关内容画出你所理解的洲际导弹并能简单地索图解释。(类型、构造、性能等)。
3、细读课文，合作讨论解疑。(1)具体说说洲际导弹的分类、构造、性能和发展过程。(2)、在介绍上述情况时，作者采用了什么说明方法，有什么好处？(3)、整篇文章采用了“自述”的方式，你认为这种方式有什么好处？假如让你来写你会采用什么方式？(4)、文章的叙述顺序能否调换，为什么？
4、迁移运用。运用“自述”的方式用分类别、作比较、列数字等至少一种说明方法，口头介绍一种你所熟悉的文具。
5、结语
(内容、说明方法、语言等方面)
6、拓展延伸
了解我国导弹的发展情况
7、作业：
以_________的自述为题，介绍一种文具。要求：恰当运用本课所学的多种说明方法。
药物“导弹”脂质体 第6篇
在人类征服疾病的斗争中。药物是重要的武器。但大多数药物都具有不同程度的毒性。当它们发挥治疗作用时，对人体正常组织或器官同样产生着危害，这就是医学上常说的毒副作用。比如说，抗癌药在进入患者体内后，既能杀灭或抑制癌细胞，也能破坏正常细胞，往往造成病人白细胞减少、机体抵抗力下降，甚至并发感染其他疾病，使得医生在治疗时顾此失彼。
药物这种既有治疗作用又有副作用的特点，大大影响和限制了它的有效使用。为了解决这一矛盾，药学专家进行了长期不懈地努力。终于找到了一种定向给药的新途径。由于载体物质的作用，药物在人体内具有高度的选择性，会自动地寻找攻击目标——靶器官或者是靶细胞。把药物送入病灶部位的运载工具就叫载体。这种载体对正常的细胞、组织秋毫无犯，也不会干扰正常的生理功能。
新合成的化学物质脂质体。就是一种极为理想的抗癌药物载体，其作用类似微型胶囊。它对于人体无毒、无害，组成成分主要为卵磷脂、鞘磷脂、磷脂丝氨酸、磷脂酸、胆固醇等。每一个小小的脂质体内，都具有立体结构的片层空间，治疗性的药物成分则被封闭在球形结构里面。许许多多的脂质体恰如一枚枚药物运载火箭。
由于脂质体非常小，最大的直径也不超过5微米，故而它能随着血液循环进入人体细胞，并且具有通过体内各种生理屏障的能力，在血液中也很稳定。医生可以根据治疗上的需要，改变脂质体的物理性质，如粒径大小等，以人为地控制药物的释放速度。
脂质体这种载体有许多独特的优点。药物被包封后降低了对机体正常细胞的毒性，从而可以减少剂量。口服脂质体制剂还能抵抗肠液的消化作用，保障药物成分足量进入血液之中而产生药效。注射含药脂质体则可以控制药物在体内的分布，例如小分子的青霉素、氟脲嘧啶等，可以从载体上扩散入血；大分子的酶类，由于不易扩散，则被送到肝脏、脾脏。局部注射脂质体制剂能延长药物在局部滞留的时间，使其发挥缓释作用。
采用脂质体作为载体给药。还可以强化治疗效果，避免某些抗药性的发生。对于长期依靠注射法给药的病人来说，口服载体药物是一个福音。例如糖尿病患者一直依靠注射胰岛素，若改为口服载体药物，则可避免长期注射的痛苦。脂质体可使所载药物到达肿瘤细胞部位，并产生特异性的蓄积，以增强药效。还可以将抗癌药和免疫球蛋白形成载体复合物，提高对癌细胞的选择性。
台湾研制“天弓”导弹秘史 第7篇
天弓导弹是由台湾研究军事科技的顶尖机构——中山科学研究院负责研发的。中山科研院隶属台湾“国防部军备局”, 于1969年7月成立, 地点位于距离台北市西南40多公里的桃园县龙潭乡, 占地300公顷, 包括航空研究所、导弹火箭研究所、资讯通信研究所、化学研究所、材料光电研究所和电子系统研究所, 以及航空工业发展中心等机构。中山科研院聚集了台湾岛内大量科技精英, 目前有科研人员6300人、技术人员8500人, 其中军事研究人员占三分之一, 基本上都是从台湾大学、新竹清华大学、成功大学、交通大学的重点研究所里招收的, 成为台湾军事科技的重要研究力量。成立40多年来, 中山科研院为台湾秘密研制了大量武器, 包括IDF战斗机、轮式装甲车、“天剑”系列空对空导弹、“雄风”系列地对地导弹、舰用战斗系统、各式雷达、指挥通信情报与资讯防护系统等, 甚至一度牵头开展核武器的研制。本期专门介绍台湾秘密研制“天弓”系列防空导弹系统的背景、设计构想和决策过程。
“天弓”的研制背景
上世纪70年代, 防守台湾上空的主要是美制“胜利女神”导弹和“霍克” (台湾称“鹰式”) 改进型防空导弹。按照当时台湾当局对大陆人民解放军80年代初期军事力量发展预测分析, 认为随着中美建交和中国政府与西方关系的进一步缓和, 以及共同应付来自前苏联的军事威胁, 大陆可能引进美国F-16和法国幻影2000等世界一流性能的战斗机, 而当时台军的导弹都已使用超过20余年, 部分性能虽经过改良, 但仍不足以应付大陆解放军的战机。特别是当时美军已准备在1985年淘汰“胜利女神”导弹和“霍克”导弹, 以“爱国者”导弹取代, 到90年代以后, 台军现有防空导弹系统的补给保养维护将遭遇困难, 已不足以担任有效的防空任务。
根据台湾陆军总部评估, 当时大陆解放军空军和海军航空兵约有7200架各型战机, 在距台湾780公里范围内有93处机场。若空袭台湾, 可出动的战机约为620至650架;假设分三批出动, 首批约240架只要7分钟即可到达澎湖列岛上空, 因此台湾防卫作战急需研制新型高性能防空导弹系统以替换现有防空导弹系统。
台军迄今仍在使用的美国“霍克”防空导弹
但由于台湾工业基础薄弱, 最初的研制方案只是小打小闹:在改进“霍克”导弹基础上换装大推力火箭发动机, 并改进气动外形。1975年, 中山科研院导弹火箭研究所一组利用当时刚引进的电脑辅助设计 (CAD) 技术, 开始进行火箭冲压发动机研究并取得初步成果, 研制出了一款“霍克”改进型防空导弹, 称为“先进防空导弹”。该弹总体上看有些类似美国的AIM-54“不死鸟”空对空导弹, 这便是天弓导弹系统的前身。
1980年, 黄孝宗出任中山科研院代院长后, 大力推动冲压发动机研发, 并称之为“超性能导弹”。1980年12月4日, 时任台军参谋总长的郝柏村提出, 以发展“超性能防空导弹”为目标, 将火箭冲压发动机的研发计划修订为《天弓防空导弹研发计划》, 简称“天弓计划”。
1981年7月7日, 郝柏村又下令, “天弓计划”必须发展为武器系统, 时间应在7年以内。1981年11月11日, 中山科研院成立“天弓计划室”, 由张天锡担任首任计划主持人, 针对关键技术和前置时间较长的设备展开研究与开发工作。
《天弓计划中程发展构想纲要计划》
经过一年多的规划, 中山科研院在1983年4月提出《天弓计划中程发展构想纲要计划》, 计划目标为研制符合台澎及其海域中、远程期防空需求, 能确保台海制空权的整体性防空武器系统。工作项目包括:推进系统研发, 导引及飞行控制系统、射控系统和弹头引信的研制, 还有测试 (自动检测) 设备及特种机具设置和飞行试验等。
根据计划, 将研发两型射程不同的“天弓”系列防空导弹, 即天弓甲型远程防空导弹 (后改称天弓二型导弹) 和天弓乙型防空导弹 (后改称天弓一型导弹) , 用来分别取代“胜利女神”导弹和“霍克”导弹。
天弓甲型远程防空导弹, 假想目标为大陆未来可能引进的苏制米格25高空高速战斗机, 最大射程150公里, 最短射程4公里, 最大射高25公里, 最低射高30米, 最大速度4马赫, 最大横向加速度40G, 单发命中率0.8, 导引方式为惯性导航及主动雷达归向导引, 弹头引信为具有高爆 (预成破片) 及近发引信弹头。
天弓乙型防空导弹, 假想目标为大陆国产歼7战斗机 (系苏制米格21飞机的仿制改进型) , 最大射程65公里, 最短射程3公里, 最大射高23公里, 最低射高30米, 最大速度3.2马赫, 最大横向加速度25G, 单发命中率0.82, 导引方式为惯性导航及半主动雷达归向 (或红外线归向) 导引, 弹头引信同天弓甲型。
在射控系统方面, 天弓甲、乙型导弹射控系统相同, 装备包括:1具可进行搜索、追踪、敌我识别和具有上链功能的3D雷达及一个战术中心, 可连结2到4具照明雷达、甲型发射架2具、乙型发射架6具和1辆发电车。战术中心的装备有:电战装置、内外部通讯设备、电脑、记录装置、状况显示器、显控器等。发射架采拖车型式, 完成射击准备时间简易省时。
在天弓计划寿期成本分析方面, 天弓计划室估算天弓武器系统研发经费约126.8亿元台币。天弓导弹预订寿期为5年, 视该批次导弹技术检测结果, 可延长寿期3至5年, 可满足上世纪90年代台湾防空武器需求。
在预期成果方面, 天弓甲、乙型导弹系统分别预定于1988年12月及1986年12月各完成1套, 交部队试用。完成试用后即可转移联动后续生产, 预期性能可超越现有各种防空武器系统。计划完成后不仅可树立新的研发管理模式, 还可完成全向性红外线接收器、高精度新型陀螺仪、陶瓷及复合材料天线罩、高性能超音速冲压发动机、特种弹头及可同时攻击数架敌机的射控导引系统等尖端技术的突破。
不过, 中山科研院也承认, 天弓计划的设计规格很高, 预定研制时程很短, 仅靠自己的力量根本不可能完成。因此除了积极动员院内相关研发单位共同参与外, 还依据矩阵管理原则, 订定计划的分工与编组, 以充分发挥最大潜力, 并极力设法自海外引进关键技术, 以便在最短时间内突破各项尖端技术瓶颈。
部署在台军东引与澎湖阵地的天弓一、二型导弹射程示意图
陆军总部天弓计划管制室
1983年2月, 时任台湾“总统”的蒋经国在最高军事会议中指示, 将天弓甲、乙型导弹列入最优先发展计划, 天弓计划由陆军总部负责, 立刻成立天弓计划管制室, 并由一位副总司令负责主持相关事务。
陆军总部为了了解天弓计划内容, 在1983年3月7日邀请当时中山科研院天弓计划室主持人陈传镐等人, 向陆军副总司令言百谦等人汇报天弓计划概要及预定研制时程。会后言百谦裁示, 由计划署编组天弓计划管制室。
1983年5月4日, 中山科研院代院长黄孝宗率领相关人员, 向台湾陆军总司令蒋仲苓汇报天弓计划。会后蒋仲苓裁示, 天弓计划为台湾陆军今后十年主要武器系统中最重要的研发计划, 陆军总部参与计划的管理人员务必全力与中山科研院配合作整体发展, 天弓甲、乙型导弹研制时程与后续生产缴交陆军时程, 都应全般策划、分段管制;逐年淘汰替换“胜利女神”导弹和“霍克”导弹的措施应及早研究列入计划一并考虑。另外, 天弓甲、乙型导弹运用构想、成军时程, 训练、保修、战术运用等, 应列为天弓计划管制室的工作重点。
陆军总部天弓计划管制室负责事项主要包括:对全般计划进行管制, 督导天弓计划专案小组工作并负责政策性之协调, 并对重大问题研究进行指导。此外, 还要随时了解状况, 以便与国防部、友军和中山科研院作高阶层协调, 提供检讨和建议事项。天弓计划管制室由言百谦主持, 每三个月召开会议一次, 讨论重大性政策问题。
陆军总部在天弓计划管制室不久后, 也提出天弓计划的武器装备投资纲要计划, 大部分内容与中山科研院天弓计划中程发展构想纲要计划相同, 不过却将天弓甲型远程防空导弹的射程增为175公里, 还增列其他相关要求, 如地面系统可靠率要达到0.98、导弹可靠率达到0.87、杀伤率达到0.94、可同时接战24架敌机、反应时间在15秒内等。
天弓乙型防空导弹增列的项目, 包括地面系统可靠率要达到0.98、导弹可靠率0.87、杀伤率达到0.94, 可同时接战6架敌机, 若配合甲型的3D雷达.则可接战24架敌机, 反应时间在13秒内等。
陆军总部要求中山科研院在1988年底前, 要将天弓甲、乙型导弹系统各1套, 包含甲、乙型导弹各16枚、发射架各2具、射控系统 (1套射控单元) 制交陆军。
陆军天弓计划管制室成立后, 对天弓计划的推动有相当大的助益。如天弓导弹射控导引系统研发时, 中山科研院为了验证自制的天弓一型导弹寻标器追踪目标能力及寻标器接收机与照明雷达连接的操作情况, 曾多次借用陆军“霍克”导弹连照明雷达, 追踪桃园机场起降的民航机。此外, 中山科研院也要求陆军出借“霍克”导弹发射架, 以支持发射由“霍克”导弹改装的靶弹。这类的工作都是通过陆军天弓计划管制室和陆军导弹指挥部协调, 省却很多繁琐的行政作业程序。
台湾中山科研院自行研发的天弓乙型导弹系统图
台军防空导弹阵地
根据进度安排, 天弓导弹系统研发完成后, 将由台军联勤总部负责生产, 因此联勤比陆军更早动起来, 配合中山科研院天弓导弹计划。1982年3月, 时任台湾“国防部长”宋长志巡视中山科研院时指示, 要联勤尽早参加作业, 以协调生产设施、设备及工程人员。同年4月, 参谋总长郝柏村也要求联勤派遣一个小组参加天弓计划, 支持研发工作和生产事宜。
联勤总部在1983年11月提出《联勤天弓生产室武器装备投资纲要计划》, 目标为配合天弓计划研发时程, 提升火箭导弹制造工程发展及装配测试能力, 达到筹建年产300枚导弹的生产能力。联勤还整合206厂、系统研究中心 (208厂) , 共同建立导弹与火箭制造中心, 并兴建天弓导弹装配厂房、保修厂房各1栋、陀螺仪生产厂房2栋、天线罩生产厂房3栋、导航系统装配厂1栋, 准备在1986年前建立能装配天弓导弹300枚、陀螺仪500具、天线罩300个、伺服制动器300套、导航系统300套的能力。
天弓甲型远程导弹
由前述可知, 在中山科研院的原始构想中, 天弓甲型远程导弹是一个以冲压发动机为动力的长程防空导弹, 因此要谈天弓甲型远程导弹必须从中山科研院研发冲压发动机谈起。上世纪70年代, 中山科研院已进行冲压发动机奠基研究, 当时获得了美国Marquardt公司技术支持, 中山科研院所研发的第一代冲压发动机载具体积硕大, 发动机与弹体构形分别设计, 发动机外挂于弹体, 与Marquardt公司早期研发Bomarc冲压发动机防空导弹外型类似。Marquardt公司还在80年代初期, 以技术协助方式帮助中山科研院导弹火箭研究所二组 (气动力组) 筹建研发冲压发动机所需的大型风洞等地面试验设备。
1980年12月, 在台军参谋总长郝柏村指示下, 确定研发冲压发动机防空导弹。1981年11月, 中山科研院成立天弓计划室后, 正式进行液体燃料冲压发动机的先期研发工作。
1984年, 美国Marquardt公司技术协助中山科研院兴建的大型风洞完工。这座风洞有别于一般风洞, 可在风洞内制造的气流中引燃丙烷产生热量, 增加温度, 以模拟实际飞行的空气密度, 藉以了解飞行中燃烧现象和结果, 所以这座风洞又称热风洞或高熵风洞。这套地面试验设备后来都曾在“天弓”、“天剑”、“雄风”、“雷霆二千”等计划中使用, 以执行气热力环境模拟测试或绝热材料验证等试验。除了风洞等地面测试设备外, 中山科研院还陆续完成冲压发动机涡轮泵、燃油阀、燃烧室、进气道、燃油供应控制系统等关键组件的开发研制。
天弓导弹关键零组件示意图
台军曾长期使用美国“胜利女神”防空导弹
1984年年底, 美方又同意Vought公司 (后改名LTV公司) 向台湾输出冲压发动机技术, 使得中山科研院在冲压发动机研发上再添助力。Vought公司曾提出一种STM空对舰战术导弹构想, 参与美国海军相关计划竞标, 并在1979年4月进行第一次飞试。不过后来美国海军并没有持续推动STM方案, 改以发展次音速的战斧巡航导弹。1983年, LTV公司根据STM的设计, 推出另一款VTS-6导弹再度参与美国海军SLAT超音速导弹计划竞标, 但败给同样采用整合式火箭冲压发动机的MartinMarietta公司。
当时天弓甲型远程导弹已改称天弓二型导弹, 由于承袭美国Vought公司的冲压发动机技术, 天弓二型冲压导弹的外型与STM就像是孪生兄弟, 只是在天弓二型冲压导弹的进气道上加装4片小翼, 此后“擎天”载具和“雄三”反舰导弹也都延续这个外型。不过因当时中山科研院无法克服冲压发动机燃烧不稳定的问题, 最终放弃了冲压导弹的研发, 改为研发采用固体燃料火箭发动机的天弓二型导弹。
天弓二型冲压导弹的研发失败在中山科研院内部引发不小风波。因Vought公司冲压发动机技术是由电子所引进的, 而非已有研发基础的导弹火箭所, 因此造成两个研究所之间的争执。由于迟迟无法突破天弓二型冲压导弹的技术瓶颈, 还引发天弓计划主持人陈传镐面告参谋总长郝柏村, 质疑Vought公司的冲压发动机技术。当时陈传镐质疑Vought公司并不擅长研制冲压发动机, 因为Vought公司研发的数款冲压发动机的导弹都未被美军采用。
由于天弓二型导弹有在1988年12月前完成1套交部队试用的时间压力, 幸好1985年时, 天弓一型导弹 (即天弓乙型导弹) 已研发完成, 因此研制人员改采类似弓一导弹的构造, 并加上一级固体燃料加力器来延长射程, 同时将导引方式改为主动雷达归向导引。当时中山科研院仍未宣布放弃冲压发动机防空导弹的研发, 只承认冲压发动机某些技术瓶颈尚无法突破, 因此在权衡研发成本、时程等条件后, 天弓二型导弹才改采两节固体燃料火箭, 而把冲压发动机防空导弹的研发改为天弓三型导弹继续研发。1989年3月, 为了突破冲压发动机研发技术瓶颈, 中山科研院还曾派人前往新加坡研究该国使用的英制血犬冲压发动机防空导弹。不过, 天弓三型冲压防空导弹的研制工作最后还是以失败告终。
台军“胜利女神”防空导弹
陈列于台湾中山科研院系统中心的天弓导弹模型, 旁边展示的是零组件
冲压防空导弹的研发失败, 在1990年曾引发中山科研院人员投书报社曝料, 指责中山科研院高层决策错误, 浪费时间和大量经费。研制人员在公开信中指称, 中山科研院在10年前决定发展冲压发动机地对空导弹是一个严重错误的决策, 因为研发数年之后, 才发觉模仿国外所研发的导弹居然是空对舰导弹 (指Vought公司的STM) , 根本不可能打飞机, 必须重新设计, 但是又困难重重, 后来才发现欧美这30年来根本已不再采用冲压发动机防空导弹, 于是才转而发展采用固体燃料火箭引擎的天弓二型导弹。整个错误的决策, 使得中山科研院浪费了数年的时间及数百亿台币预算。
即使政策急转弯, 天弓二型导弹的研发仍困难重重。由于两级式导弹试射时遇到不能改正的滚转问题, 自己无法解决。中山科研院再度放弃此种设计, 又回到单级火箭的构造。1993年10月29日, 中山科研院天弓计划室主持人黄明扬透露, 天弓二型导弹将更改设计, 由原先两级火箭改为一级, 增加推力。这项计划后来称“弓二微型化和性能精进计划”, 其中最大改变就是大幅缩小导控段的电子组件, 腾出来的空间用来容纳更多的固体燃料以增加射程。经过微形化和进行性能精进的天弓二型导弹, 不仅射程和高度都比天弓一型导弹要远和高, 而且电子反制能力、可靠度等也都大幅提升。另外, 中山科研院还修改了天弓二型导弹的射控系统软件, 以便可与天弓一型导弹共用垂直发射架。
经过改良的天弓二型导弹在1994年6月完成工厂研发测试评估后, 于1995年9月底和10月初进行为期两星期的作战测试评估。作战测试评估中, “国防部”及陆军代表从中山科研院提供的12枚天弓二型全功能弹中随机抽取5枚, 进行侧向、追踪、超低空、俯冲及逃逸目标等5个课目的实弹射击测试, 结果全部命中靶机, 仅最后一个课目逃逸目标击伤靶机, 其他4个课目靶机全毁。
天弓乙型防空导弹
相比之下, 天弓乙型 (后称天弓一型) 导弹的研制工作要顺利得多, 这要多亏美国雷神 (Raytheon) 公司慷慨转让的“爱国者”导弹技术。
担负台湾第一线防空任务的天弓导弹部队
覆有植被的台军固定式天弓导弹阵地
“爱国者” (Patriot) 是一种半主动制导的全天候多用途地空战术导弹, 用于对付现代装备的高性能飞机, 并能在电子干扰环境下击毁近程导弹, 可拦截战术弹道导弹和潜射巡航导弹。该导弹全长5.31米, 弹径0.41米, 弹重1吨, 最大飞行速度6马赫, 最大射程80公里, 战斗部为高能炸药破片杀伤型。上世纪80年代初, 当时雷神公司研制“爱国者”导弹已近20年, 刚刚定型生产, 但由于新产品的质量不稳定, 雷神公司和美国军方经常为此扯皮。一时间“爱国者”将减少装备数量甚至撤消等传言四起, 于是无论雷神公司还是美国军方乃至美国政府都急于为“爱国者”研制中花费的天文巨资找一个下家当冤大头, 以便在万一“爱国者”导弹下马时不至于血本无归。
1981年, 雷神公司允诺向台湾转让85%以上的“爱国者”导弹技术, 中山科研院则于1982年再次修改了天弓一型导弹的设计方案, 全盘采用了“爱国者”导弹的布局, 包括气动力外型、中翼和尾翼的形状, 甚至长度和直径都几乎完全一样 (天弓一型导弹弹长5.3米, 弹径0.41米, 发射质量870公斤, 最大速度3.5马赫) 。
天弓一型导弹的制导系统包括导引头、遥控发射/接收机系统和自动驾驶仪。制导舱为铝合金壳体, 外缠15度斜绕的酚醛棉布条并涂一层改性橡胶以加强强度和提高隔热性能。导引头工作在J波段, 由平面阵天线、常平架系统和控制导引头运动与处理信号的电子组合等组成。尾部控制舱为环形空间, 内装液压舵机系统, 通过自动驾驶仪接收指令, 操纵舵面对导弹进行控制和稳定飞行。天弓一型导弹采用破片杀伤式战斗部, 质量为90公斤。为了提高杀伤效能, 导弹采用近炸和触发引信。这比“爱国者”上单一的无线电近炸引信的可靠性和冗余程度要高。单个破片质量3克, 大于“爱国者”的2克。战斗部舱为铝合金精密铸造, 除内装有战斗部外, 还有惯性传感装置、遥控发射机/接收机装置、安全保险和电子装置、引信和天线等。
天弓一型的动力装置由发动机、外部隔热罩和上述两条向尾翼传送控制信号的外部导管组成。发动机壳体是导弹结构的一部分, 外部有隔热防护罩。和“爱国者”一样, 天弓一型的固体火箭发动机也采用了先进的HTPB氢氧基聚丁烯混合推进剂系列。推进系统质量约490公斤。推力约134.8千牛, 工作时间12秒。按照台湾方面自称“天弓I型射程100公里”的说法, 其弹体尺寸、质量与“爱国者”都基本无差别, 那么要达到射程更远, 则只有在推进剂上下功夫了。据称, 天弓一型比“爱国者”上性能更高的推进剂是台湾自行开发的。但是考虑到台湾化学工业的水平, 再从美国方面透露的蛛丝马迹看, 其中有不少美国参与协助的因素。
位于台湾大肚山上的天弓导弹611营部队
天弓导弹的眼睛——长白雷达。
“长白雷达”
天弓系统的核心是指导雷达和与之同处一车的战术指挥中心。虽然美国允诺提供大部分“爱国者”的技术给台湾, 但“爱国者”导弹最关键、最核心的TVM制导技术却对台湾讳莫如深。而如果不采用TVM体制的话, 照搬“爱国者”系统AN/MPQ-53相控阵雷达的其他设计则缺乏针对性和系统性, 技术上也很难实现。因此, 中山科研院决定同样采取与国外合作研发的方式, 以美国海军大型舰艇采用的宙斯盾系统为母版研发自己的制导雷达, 并为其取了一个好听的名字——“长白雷达”。
在宙斯盾系统中, 相控阵雷达主要负责目标搜索和导弹截获引导, 对目标的照射和导弹的末端制导另配有专门的照射雷达, 而台湾恰好对所装备的美制“霍克”导弹系统的搜索雷达-照射雷达体制比较熟悉, 如果引进宙斯盾技术, 可以避开复杂的TVM技术难关, 又能够发扬自己的长处, 在操作继承性上也有裨益之处。因此, 中山科研院于1982年底向台湾军方提请了最后的总体方案报告, 得到首肯后, 研制工作迅速展开。
最早的系统承包商是后来被美国通用电气航太公司收购的RCA公司, 因为RCA是美国海军宙斯盾系统的主承包商。但因美国政府明令禁止宙斯盾系统AN/SPY-1A相控阵雷达相关技术的输出, 因此长白雷达的设计规格只能说可以看到AN/SPY-1A的影子, 但实际却是不同的东西, 而且也是只有台湾采用的独家产品, 因此也种下长白雷达研发过程系统不稳定的因素。
移动式天弓导弹发射架外形示意图
移动式天弓导弹发射架
一开始台湾希望引进由4面小型阵列天线组成的可机动的ADAR-T战术防空相控阵雷达技术, 但后来发现其发射功率不足, 侦测距离只有240公里, 而要侦测台海对面大陆解放军一线机场起飞战机动态, 至少需有300公里的侦测距离, 只好转而改采用美国通用电气航太公司研发的探测距离较远、可担负区域防空任务的高功能防空相控阵雷达 (ADAR-HP) 。
由ADAR-HP衍生出来的长白雷达属于只有一面大型阵列天线的被动式相控阵雷达, 采用了美国提供的固态收发单元、电子扫描技术 (但美国不允许台湾制造这些元件, 只让其负责装配) 。整个天线阵面由6000个移项器收发单元构成, 采用S波段, 具有10个搜索和导控轴段, 可覆盖方位120度、高低70度的范围, 由于没有机械转动装置, 扫描时没有机械惯性, 波束可在瞬间改变在空间的位置, 可同时追踪104个目标并指挥拦截其中24个目标, 以自动化管制为主, 人工管制为辅。
此外, 长白雷达还具有频率捷变能力, 可在受到干扰时自动转换工作频率点。由于被动式相位阵列雷达的发射功率强度取决于雷达发射机。长白雷达虽然只有1具大型阵列天线, 但内部设计却是将两具ADAR-T发射机并联成为一具高功率发射机, 大幅提升发射功率至少1兆瓦, 使得侦测距离可达480公里、侦测角度达120度, 还具有能集中发射波束, 使某一特定空域可以延伸侦测距离达600公里, 或者减少侦测距离以提升目标信号辨识的功能。
不过, 长白雷达虽然采用ADAR-HP的硬件技术, 但周边系统差异极大。例如战术中心使用的显示器就非同一型式, 而且相关软件因涉及接战程序等机密资料, 美国并不愿出售, 因此都由中山科研院邀集岛内软件设计人员自行来撰写。目前, 战术中心内采用美国Rolm公司的Hawk型军用电脑和两台0TI显控器、一台SAI状态显示器及记录装置和通讯设备, 并具有模拟训练和系统装备自我检测功能。
1988年8月17日, 台湾军方宣布长白雷达研发完成。同年8月至11月进行单机测试, 12月至1989年3月进行系统联线测试, 4月至8月完成与天弓导弹的验证工作, 即天弓一、二型导弹混合对多目标连续发射的测试。1989年9月25日移交给台军, 不过当时长白雷达尚未达到战备的设计要求, 因此还不能成军服役, 因此台军成立“天弓导弹实验连”, 先进行实施试用及战术验证。
当时导弹实验连操作长白雷达时, 发现电子设备“死机”得很凶, 稳定性不够, 主要是系统的平均故障间隔太短, 由于台湾是ADAR-HP雷达的唯一使用者, 因此发生困难时, 并没有他国经验可参考, 只能靠中山科研院和原厂自行解决。1991年9月3日, 中山科研院院长刘曙晞还曾透露, 长白雷达的可靠度只有60%, 而且当时天弓导弹与长白雷达间的系统整合也遭遇重大问题, 需要时间来克服, 因此军方表示, 天弓导弹系统成军将会延至1994年。
1993年2月, 天弓一型导弹进行作战测试时, 长白雷达也同时进行系统测试, 即在各种战备状态下, 测试对多目标进行侦测追踪、识别、导弹导控、电子反反制等系统性能。长白雷达顺利通过测试, 显示长白雷达系统稳定性已达军方要求。另外, 天弓导弹系统的通讯、补给保养、技术支持文件等后勤能量也都通过模拟实战状况测试
天弓导弹制导体制
防空导弹系统从整体角度衡量是否先进, 最主要看的就是采用的雷达体制和制导体制。由于技术引进上受到美国的限制, 天弓系统的雷达、导弹分别沿用了相控阵体制和半主动制导体制。
天弓一型系统以连为独立作战单元, 1个连配有1辆战术指挥中心/长白 (CSIST/GEADAR-1) 相控阵雷达车、两辆照射雷达车和至少4辆天弓一型发射车、1辆电源车和1辆导弹运输车。作战时首先由长白相控阵雷达搜索发现目标并将目标信息传给指挥控制中心, 由指挥控制中心进行敌我识别、威胁判断和目标分配。并选定发射架, 将发射前需要的数据和程序送给导弹。当导弹发射后, 首先由长白雷达对其进行截获, 使导弹和相控阵雷达之间建立起联系。当导弹进入末端后, 由长白相控阵雷达交给与改型“霍克”相类似的CS/MPG-25型连续波照射雷达照射目标以便制导导弹。该雷达是在美制改型“霍克”系统的大功率照射雷达AN/MPQ-46HPI的基础上研制的, 但功率比改型“霍克”的大60%, 且抗干扰能力和敌我识别 (IFF) 设备得到了改进。
当天弓一型导弹上的半主动雷达导引头开机后, 通过头部天线接收经目标反射的照射雷达信号, 导弹尾部基准天线则直接接收通过照射天线旁瓣向导弹发射的照射波。在弹上对这两个信号进行相干检波后, 所形成的信号中即包含有与导弹与目标接近速度成正比的多普勒频移, 通过频率范围很窄的窄带频率跟踪器精确提取出这一频谱后, 弹上电路就可以截获、跟踪目标多普勒频率, 并从中提取出控制导弹飞行轨迹的制导信息。制导信息在自动驾驶仪中变换放大后, 可产生操纵液压舵机的信号控制舵面偏转, 使导弹按预定的弹道飞向目标, 直到最后导弹和目标距离很近, 进入杀伤区后, 照射雷达将按照程序发射指令, 让导弹打开引信 (为了防止在飞行过程中受外来干扰的影响导致提前误炸, 引信要等到距离目标很近时才打开) , 然后天弓一型导弹进入最后的交战程序, 引信截获到目标后, 按照程序选择起爆时机和方式。
天弓一型的导引头对目标速度跟踪时采用了多普勒跟踪, 能从严重的地物杂波干扰中分离出运动目标, 因此具有较好的低空性能。导引头采用倒置接收机, 提高了抗干扰能力, 噪声干扰对照射雷达天线照射目标影响不大。同时也提高了对多普勒频率的分辨能力。
天弓一型导弹和美国同类以相控阵雷达为核心的远程防空导弹系统最大的差别就是其独特的导引方式。这样的半主动配置使长白雷达指挥作战时负担比“爱国者”要低, 对空情的掌握能力更强。但这种制导体制也有自己的弱点:需要额外的照射雷达。虽然照射雷达只在最后阶段对目标照射5至10秒, 相比搜索/警戒雷达从发现到击毁目标整个期间都在向其辐射电磁波来说要短的多, 但它制导导弹跟踪目标的波束是持续不间断的, 足以为现代战斗机的雷达告警器和定向仪提供充分的反应时间。而战斗机的综合电子战系统从接到告警器报警到电子侦察接收机进行目标定位, 再到调用数据库分析做出处理结果, 总共不会超过1秒钟, 剩下的时间就是发射反辐射导弹了。从美军反辐射导弹运用的战例看, 在空地对抗中, 照射雷达被反辐射攻击的概率最高, 也是对方压制防空网的重点和突破口。
以第一次海湾战争为例, 伊拉克防空网的各类警戒雷达被反辐射导弹摧毁的损失率为17%, 剩下大部分都是炸弹造成的伤害, 而且都是在防空网瓦解或所配属的防空导弹单位中照射/制导雷达被摧毁后才遭轰炸损失的。而各类照射/制导雷达被反辐射导弹击毁的损失率达到63%, 可见照射雷达是最“招惹”反辐射导弹的。天弓一型的CS/MPG-25照射雷达源自“霍克”导弹系统, 虽然经过三次现代化改进, 但毕竟其基础设计是20世纪50年代的, 因此照射雷达的峰值功率很高, 而且天弓在此基础上又将功率加大近一半, 因而也更容易被对方电子侦察、锁定, 成为很明显的辐射目标而遭到集中摧毁。
“天合介面”
天弓计划的执行一开始就设定“先导弹、再发射架, 最后才是射控系统”的研发次序。由于天弓导弹系统的“长白雷达”研发遭遇技术瓶颈, 为了使天弓一型导弹研发完成后能尽快配发部队使用, 在天弓一型全功能战备弹试射成功后, 1986年10月, 台湾军方开始天弓一型导弹先导型的少量生产, 天弓计划室也着手进行“天合介面”的研发, 即在“霍克”导弹射控系统中增设一介面装置, 使“霍克”导弹射控系统能导控天弓一型导弹。
天弓导弹发射架
当时天弓计划室为天合介面设定的设计前提, 包括:可以从“霍克”导弹射控系统中撷取目标资料, 做为选择发射“霍克”导弹或天弓一型导弹的依据, 而且不能影响“霍克”导弹系统原来的操作和性能。当选择发射天弓一型导弹时, 天合介面必须能提供各种控制讯号和资料, 让“霍克”导弹射控系统能发射天弓一型导弹。新增的天合介面不能更改原有“霍克”导弹系统的性能、操作和补给保养程序, 也不能改变天弓一型导弹和发射架原有的设计功能。
由于天合介面好像是在旧衣服表面加上新布料, 使原有的衣服更漂亮舒适, 因此难度很高。天合介面设计重点, 包括介面电脑、模组与系统程式撰写等, 由于天合介面必须安装在“霍克”导弹战术中心内, 因此体积也有所限制。天合介面的研发, 除了增强“霍克”导弹系统的射程和拦截率外, 也可延长“霍克”导弹系统的服役年限。
发射装置
天弓一型导弹的机动发射架, 最早的构型几乎就是爱国者导弹发射架的翻版, 也是采用拖车式设计, 基本上是由一辆拖车装置4具导弹发射箱所构成, 弹箱置放在可旋转的转台上, 转台还有摇架可进行弹箱俯仰动作, 还有负责校准的顶平装置;架上还自备发电机, 提供操作电源。另外, 还有一个负责各项操控动作控制的电子箱。
天弓一型导弹的发射装置为一密封加固的方形铝箱, 内装隔热层, 兼作运输和贮存导弹用。它由蒙皮、框架、导轨、支架、导向板、前后端盖、箱内保温材料、环境微调装置、固定导弹的自锁装置等组成。箱内下端有一条“工”字形导轨, 导轨表面粘有石墨层, 用以减小导弹发射时的摩擦。由于选用的铝材较“爱国者”的发射装置要薄, 因此早期的天弓发射装置外表面有8条垂直加强肋和两条水平加强肋, 后期改进工艺、材料后改为4条垂直和两条水平的加强肋。在发射装置外部左侧, 有测试导弹和发射前对导弹进行目标初始诸元装定的电缆。导弹发射筒本身并非高技术产品, 但其对加工工艺的要求很高。中山科研院在研制天弓一型导弹时, 本想自行开发发射筒以节省引进技术所需的大量经费, 但在多处工艺上遇到了困难, 最后还是不得不私下请来为“爱国者”研制发射装置的美国马丁公司技术人员“传经送道”, 才解决了薄铝合金壳体的焊接、防变形等问题。
虽然长白雷达移交给台湾军方时, 是拖车型式的机动雷达, 但后来成军后, 都改采阵地式固定部署, 主要原因就是长白雷达和照明雷达等装备具钝重性, 不易实施机动。真要机动, 道路条件也很严苛, 如运输道路需宽3.2米以上, 并可承受35吨重量。但最麻烦的是, 整个天弓导弹系统射控区阵地最小需求为2万平方米, 发射区阵地则为4万平方米。而台湾地少人稠, 根本找不出几个地方可以做为天弓导弹系统的机动阵地。
“天弓”成军
在美国的积极帮助下, 天弓一型导弹的研制进度很快。1985年3月22日, 天弓一型导弹飞行实验弹 (无战斗部和导引头) 试射成功。1985年7月19日, 天弓一型导弹测试弹 (无战斗部) 命中靶机。1986年3月26日, 天弓一型导弹全功能战备弹 (具备完全作战能力) 试射成功。同年4月17日, 采用红外导引头的天弓一型导弹成功拦截超音速飞行的“霍克”导弹。同年10月9日, 在台北松山机场外贸展览馆首次举办的“国防科技与兵工生产展”会场上, 中山科研院展出了天弓一型导弹的四联装发射车、操控台、导弹的部分实体和连续波照射雷达。
1987年初, 已经过多次实弹射击验证的天合介面, 交由屏东枋寮陆军天弓导弹试验连进行试用改进。这个使用天合介面测试天弓一型导弹的“霍克”导弹连, 又称“天合部队”。
通过部队的实际操作, 中山科研院再次修改天弓一型导弹, 使其性能趋于完美, 1990年, 台湾军方预算编列600多亿元经费, 生产17套天合介面和900多枚天弓一型导弹。但由于台湾本身科研和工业制造水平的限制, 在实际生产和部队列装过程中遇到了不少麻烦。直到1993年2月, 天弓一型导弹完成作战测试, 6月在九鹏基地进行实兵实弹的作战演习。天弓导弹在电子战环境下, 进行爬升、俯冲、横向、超低空等5个测试科目, 模拟贴海进攻、俯冲攻击及多机进击等方式来犯敌机, 共发射7枚天弓一型导弹, 命中5枚;在爬升、俯冲等3个测试科目中, 发射1枚导弹即命中, 在横向和超低空这两个测试科目, 则是发射2枚, 命中1枚。
天弓导弹系统作战测试成功, 也让台湾军方高层下了天弓导弹系统成军的决心。天弓计划从1981年建案, 历时近12年, 经过装备研发测试、作战测试、系统安装测试及后勤整备与人员训练四个阶段, 1989年9月29日, 中山科研院终于将天弓导弹系统移交给天弓导弹实验连, 并部署于台北县三芝阵地。
从实验室到工厂再到部队, 用去了12年时间——这个时间的长短, 也是衡量综合科技实力的重要标准, 台湾在这方面, 显然不过关。
1991年11月19日, 天弓导弹首次在“第一届台北国际航太科技展”上公开。1994年底, 第二套天弓导弹系统在高雄县大冈山正式担负战备任务。1996年, 第三套天弓导弹系统在高雄县林园建成。2000年3月, 天弓二型导弹开始进驻福建沿海东引岛, 与先前在此的天弓一型导弹形成混合配属。
目前, 台军在本岛和外岛共有6个天弓导弹连, 均已陆续成军服役。每个天弓导弹连的编制包括:连部、通讯组、汽保组、警卫排、保修排、射控排、发射排。营区配置则分为射控区和发射区, 两区间通信以光纤电缆为主, 以避免敌人电子干扰, 无线电多波道机则为备份装备。而天弓导弹系统的主要装备, 包括战术中心、长白相位阵列雷达、两具电子支持装置 (即反辐射导弹诱标) 、弓一照明雷达、弓一机动发射架、弓一与弓二垂直发射架、天弓一型和二型导弹。附属装备, 则有区间通讯装备、电力装备 (发电机及变频器) 、化学防护系统、吊车和运弹车。
机动化天弓三型导弹与相控阵雷达运载车
天弓导弹系统可进行多目标接战, 具有电子反反制能力, 并能与战管体系结合且射击程序自动化, 反应迅速。天弓导弹若采连波射击时, 由不同发射架射击2枚导弹的时间间隔为2.5秒。天弓导弹系统采模组化设计, 大幅简化维修程序。另外, 除雷达、通讯天线及天弓一机动发射架外, 其余装备均为半地下化部署。
由于天弓导弹系统采用固定阵地部署, 因此军方利用地形, 构筑足够强度的掩体以防护地对地导弹及炸弹的攻击。对反辐射导弹目前以电子支援装备达到欺敌防护的功能。另外, 阵地也进行适当的伪装, 尤其针对雷达天线等暴露在外的装备, 减少阵地被侦测及目视轰炸的机率。阵地内各装备也都保持适当的间距及配置足够的消防设施, 以减少遭受攻击时的耗损。
尽管天弓导弹系统已成军服役十余年, 但台军长期未开放天弓导弹阵地, 因此蒙上一层神秘的面纱。直到2008年1月15日, 军方首度开放媒体参观位于台北县三芝的天弓导弹阵地, 2009年1月25日再度开放位于台中大肚山的天弓导弹阵地, 终于揭开了天弓导弹的神秘面纱。
“天弓”的未来
据台湾媒体报道, 尽管天弓导弹系统已正式列装, 但其未来仍处处透露苦恼隐忧。例如2002年8月, 台湾“监察院”调查报告显示, 台军天弓导弹的关键设备射控组件因美国公司停产, 加上台军并未进行最终采购, 料件缺乏而可能会在2005军后对台军战备造成严重影响。停产的料件是天弓导弹系统战术中心使用的由美国Rolm公司生产的Hawk型军用电脑, 该公司在1998年3月被美国designDATA公司并购, Hawk型军用电脑也随之停产。
当时台湾军方认为Hawk型军用电脑是高价军品, 而且属于可修项目, 没有必要进行最终采购。但随着天弓导弹连操作日益频繁, 加上每年固定的损耗, 使得台军导弹指挥部必须向中山科研院与九鹏基地等单位东挪西借Hawk型军用电脑, 才能勉强应付到2005年前。虽然中山科研院后来又外购他国的替代品, 但质与量方面均不如原厂, 使得维持天弓导弹系统正常操作的补给保养压力与日俱增。
此外, 长白雷达的发射机关键零组件也同样面临原厂生产意愿不足的影响。不过中山科研院已开展替代性零件研发, 经过初步功能验证与作战部队96小时实际验证等两项测试, 均获得成功, 将陆续进行系统换装。
天弓导弹系统从开始研发至今已近30年, 即使成军服役也已15年了, 因此原厂不再生产而导致缺零组件的问题只会越来越严重。中山科研院也不可能做到每一项关键的零组件都要靠自己研发, 所以天弓导弹系统是到了该进行寿限中期性能提升计划的时候了。
另一个问题就是台湾“审计部”在2007年决算报告中指出的, 天弓导弹因采用固定阵地, 阵地地点早巳暴露, 且防护能力不足, 所以在汉光演习电脑兵棋推演中, 6个天弓导弹连在台海爆发战事的第一天, 即遭大陆解放军M族导弹全数摧毁。“审计部”的报告一语点破天弓导弹系统的罩门——固定阵地。
2008年1月15日, 台湾军方首度开放媒体参观位于台北县三芝的天弓导弹阵地后, 即有媒体报导指称, 弓二垂直架发射室和战术中心都修建在较浅的地下, 强化型钢筋水泥厚度不超过0.5米, 出入大门为钢板, 抗炸能力十分脆弱。长白雷达也是固定式, 抗炸能力十分脆弱, 主张整个天弓阵地必须重新修筑, 但根本之道还是在机动。
这些问题台湾军方并不是不知道, 但是受限于前述长白雷达和照明雷达等钝重性装备, 天弓导弹系统并不易实施机动;而长白雷达需要发射雷达波, 也不可能深藏于掩体中。
为了解决关键零组件缺料和固定阵地易受攻击这两个问题, 台湾等方决定今后采用体积较小、可机动的弓三相控阵雷达取代现有笨重的长白雷达, 并将弓二弹与弓三机动垂直发射架整合, 使整个天弓导弹系统轻量化, 以便进行机动。
目前弓三相控阵雷达已完成全系统发展与验证。在2006年时, 中山科研院曾使用这台雷达, 对速度近7马赫, 发射仰角达78度的探空五号火箭进行全程跟踪, 对贴海飞行雷达截面积极小的导弹也能全部掌握;甚至连雷达截面积小于0.01平方米的火箭弹也能全程追踪, 在雷达荧屏中可清楚看到这些火箭弹自空中飞行落海的弹道。只要雷达一开机, 在搜索范围内的空中目标, 大至客机, 小至战机, 甚至是靶机或无人机, 通通难逃其监控。
弓三相控阵雷达还有极强的滤除山海和天候杂波的能力, 抗干扰能力更是强大, 能在数个电子干扰机同时干扰的情形下正常运作, 而可靠度在空军防空炮兵指挥部的雷达操作人员亲自操作验证数百小时后仍维持正常。
此外, 弓三相控阵雷达还采用很多先进技术, 都是由台湾自行研发, 如相控阵雷达使用的可编程并行处理结构的高速数字信号处理器, 就与美国宙斯盾系统最新的相控阵雷达SPY-1 (D) 同等级。另外, 许多关键的高密度集成电路, 从设计到编程也都在岛内完成。中山科研院还辅导岛内厂商开发可用于相控阵雷达的加强型军用计算机。
由于弓三相控阵雷达较小, 而且是机动雷达, 因此雷达功率不如阵地型的长白雷达, 即侦测距离比长白雷达的480公里要短, 水平侦搜范围应和“爱国者”导弹系统的MPQ-53雷达一样为90度, 而非长白雷达的120度;底座也与MPQ-53雷达一样可旋转, 可以不必移动即可转换侦测范围, 接战目标数也从长白雷达的24个降为9个, 不过在辨别目标精度、锁定目标能力和抗电子干扰能力, 可能超过长白雷达。
由于美国已出售给台湾改进的“爱国者”三型导弹, 而弓三导弹至今尚未研发成功, 因此弓三导弹系统服役的机率并不高。如果弓三导弹研制项目最终因此胎死腹中, 台湾已开发出的相关技术也将逐渐流失。
探究防空导弹控制方法 第8篇
关键词：防空导弹,控制方法,直接侧向力控制
防空导弹系统必须提高精度、增大射程和速度, 因为如今的空袭目标有着向小体积、高速度、强机动能力的方向发展。传统的防空导弹系统都是基于空气动力控制而其速度有限、非最小相位常常用造成延迟等的缺点, 最终会造成脱靶量增加。必须采用非常规方法来解决这一问题, 而目前大多数都是采用直接侧向力控制技术解决这一个问题。
1 推力矢量控制
通过控制主推力相对弹轴的偏移产生改变导弹方向所需力矩的控制技术就为推力矢量控制技术。而这种方法显然在低速、高空状态下仍可产生很大的控制力矩。在现代防空导弹设计中都是广泛使用具有空气动力控制不具备的优良特性的推力矢量控制技术, 其优点可表现如下:
1) 像型号为俄罗斯的C-300, 就是由于目标横越速度可能很高, 而初始弹道需要快速修正的地空导弹;
2) 垂直发射后紧接着就快速转弯, 是一种无需精密发射装置的导弹。之所以不能用一般的空气舵进行操纵, 是因为垂直发射的导弹必须在低速下以最短的时间进行方位对准, 并在射面里进行转弯控制, 造成了导弹速度低, 操纵效率也低。所以使用推力矢量舵才能
达到快速对准和转弯控制的目的。如美国的“标准3”, 为改善射界、提高快速反应能力都采用了该项技术。
推力矢量控制的实现方法有3种:1) 摆动喷管;2) 流体二次喷射;3) 喷流偏转。
而推力矢量控制系统的性能有以下4个方面:1) 喷流偏转角度;2) 侧向力系数;3) 轴向推力损失;4) 驱动力。
2 直接侧向力控制
流发动机的安装在导弹质心或者质心之前, 当喷流发动机工作时就会产生直接力, 使得导弹轨迹或者姿态被直接改变, 这就是所谓的直接侧向力控制。而这种非常规控制方法相比传统的气动力控制, 其优点为它与导弹的飞行环境没有任何关系, 其也不会受导弹的飞行速度以及周围的大气条件的影响, 该优势就使得导弹在初始飞行段和高空飞行段的飞行性能大大增强了, 还使得气动力控制导弹的缺点得以弥补。直接侧向力控制与气动力控制相结合, 使其导弹的综合性能大幅度提高, 由于其结合后具有很大的独特优势, 因此世界各国大量研究对直接侧向力控制技术, 甚至在某些发达国家已经被大量应用。
2.1 轨控直接力方式
轨控直接力方式是在拦截弹的质心处进行燃气动力执行机构的安装, 其横向机动能力直接由侧向力所提供。在导弹质心附近进行侧向推力系统的安装, 其小型火箭发动机既可固体也可为液体。若为末段处的侧向力轨控发动机, 在与目标相遇前1秒左右通常侧喷发动机会被点燃, 这样不仅尽可能的减少了脱靶量, 同时与直接碰撞水平也是较为接近的。
轨控发动机为得到有效利用, 并为满足不同控制幅度要求, 通常发电机通常采用以下3种脉冲推力方式:
1) 连续脉冲
在末制导初始阶段, 连续脉冲工作为发动机的方式, 其要求控制幅度大, 也就是说发动机在经过若干个采样周期的连续脉工作后, 直到导引律的输出小于拦截弹的最大过载为止。如图1所示, 发动机采用n个梯形脉冲在某一采样周期期间进行连续工作。由冲量等效原则可得出, 在该方式土作用下的最大等效控制力为:FT= (FmaxT+Fmaxto) n (1) 式
其中的J表示发动机推力的上升时间和下降时间, to表示稳态工作时间, Fmax表示最大推力, T表示采样周期。
2) 间隔脉冲
由于不断被减少的控制幅度, 入间隔脉冲工作方式会渐渐转变为发动机的运行形式, 如图2所示, 在时间长度为T的采样周期期间里, 为获得与控制量F相同或相近的控制效果, 可通过控制发动机的梯形脉冲工作次数来实现。而此最大等效控制力与 (1) 式相同。
3) 单脉冲
弹道的纠偏会逐渐变为较小量是因为进一步减小了所需的控制幅度, 单脉冲工作方式为此时发动机的主要运行方式。如图3所示。在该方式下, FmaxT仍然为发动机推力上升斜率, -FmaxT仍然为下降斜率。有冲量等效原则可得出该方式工作下的等效控制力为:FT=FmaxT+Fmaxto (2) 式
2.2 姿控直接力方式
姿控直接力方式是在导弹四周重心前径向安装的几十个小型姿控发动机控制点火, 从而使得脉冲推力产生, 从而产生相应的运动, 调整导弹进行姿态。导弹系统的控制形式, 是由姿控火箭空间点火方位和产生的推力大小所决定的。因为数量有限的姿控火箭, 在设计定型之后, 确定了推力大小以及作用时间, 这种作为非线性控制方式, 因此, 它只能根据一定的控制规律来决定启动时的发动机类型。
参考文献
[1]张斌.末段直接侧向力/气动力复合控制[D].西安:西北工业大学, 2004.
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[3]赵红艳.标准导弹的发展[J].情报指挥控制系统与仿真技术, 2003 (1) .
[4]廖俊, 滕鹏.某型推力矢量控制空空导弹攻击区仿真研究[J].弹箭与制导学报, 2006 (3) .
飞航导弹四维制导技术研究 第9篇
随着现代军事技术的发展, 地面防空网及四代战机的普遍装备, 对飞航导弹的生存能力提出了严峻的考验, 飞航导弹协同作战是提高突防能力和打击效能的有效手段, 协同作战的协同样式总体上主要有以下四种:时间上的协同、空间上的协同、功能上的协同和平台的协同。在实际运用中往往不是使用单一的协同样式, 而是多种协同样式同时使用, 以实现导弹武器的最佳作战效能。时间上的协同是指;多弹同时齐射或从不同区域和不同时间发射, 同时到达突防阵地, 从而实现多弹同时突防的目的。空间上的协同指:导弹在不同的方位上同时突防或从低、中、高空实施三位一体的突防。功能协同和平台协同属导弹智能化的范畴。实现多弹协同能力的一个重要途径是精确制导技术的应用, 而目前的精确制导技术只是在三维空间上的精确制导, 导弹协同作战模式需要全新的精确制导技术[1,2]。
空间信息技术、无线通讯技术和现代控制技术的快速发展, 使飞航导弹具备网络中心战要求的“四维精确制导”能力成为可能。“四维精确制导”是在原来的三维精确制导系统的基础上考虑时间的因素, 使之成为“三维+时间”的四维精确制导, 使精确制导弹药满足网络化、智能化作战的要求这样由海、陆、空发射的或齐射的导弹, 在经过航迹规划和四维制导控制系统的协调控制和导弹之间数据链的信息交换之后, 可以使弹群几乎同时对目标进行超过其防御能力的攻击 (饱和攻击) , 以达到对目标的致命性打击。
1四维制导控制技术
要实现对导弹的四维控制 (即三维+时间) , 就必须综合解决导弹的质心控制和飞行时间的控制问题。一般导弹的质心控制大多是通过控制导弹的姿态运动来实现的, 而要实现对导弹飞行时间的控制, 就必须通过综合调整影响时间因素的参量:飞行速度和飞行航迹。四维控制系统的构成如图1所示。
这里考虑到导弹的特点和控制需要, 将四维航迹分解成二维水平航线、飞行高度剖面和飞行速度剖面, 分别作用于导弹的倾斜通道控制机构、俯仰通道控制机构和发动机推力控制。通过研究发现导弹俯仰回路与速度控制回路存在强耦合作用[3], 需要设计专门的解耦控制器实现高度/速度的解耦控制。
2 TECS解耦控制方法
基于总能量控制 (TECS) 的高度/速度控制方法利用了导弹动能和势能的相互转换关系, 认为动力平衡时导弹总能量不变, 并借助俯仰通道控制导弹动能和势能的分配关系, 达到对速度/高度的快速稳定和控制的目的。当4-D轨迹剖面决定的导弹总能量增加时, 通过提高发动机推力来补偿能量缺口, 重新达到动力平衡。俯仰舵的偏转主要引起导弹俯仰力矩的变化, 改变导弹的飞行姿态, 对推力和阻力的影响很小。在推力不变时, 控制系统通过控制俯仰舵, 仅改变总能量在动能和势能之间的分配关系, 将导弹的动能和势能相互转换, 而不发生显著的能量损失, 所以俯仰舵可以作为导弹动能和势能的分配控制器。
总能量控制理论的解耦控制方法, 是在对速度进行控制的同时, 还对其它的纵向运动参数进行控制。如图2所示。该方案可以实现飞行速度与高度的独立控制。核心算法如下:
TECS核心算法[4]
式中:Tc—发动即推力控制信号;
δec—俯仰舵控制信号;
Ktp, Kep, Kti, Kei为比例系数。
3 轨迹控制方法
导弹在飞行过程中有时会出现单纯对速度进行控制已经不能满足在规定时间到达, 这时就需要导弹对其飞行航迹进行控制, 有延长航线和缩短航线两种情况[5]。延长航线可以采用增加航路点和采取曲线盘旋等多种方式来实现, 而缩短航线只能舍弃某一航路点取直线飞行。这两种情况的示意图如图3。
4 四维制导系统总体结构
鉴于航向、倾斜运动的交叉影响, 采用副翼和方向舵协调工作方式是航向控制的有效方案。下面以某BTT导弹为例, 说明比例式控制律同时控制副翼和方向舵实现转弯控制的原理。
导弹侧向通道的PD控制律为
式 (2) 中:δx, δy分别为滚转舵、偏航舵控制信号;γ, ψ分别为滚转角、偏航角;
其它符号为比例系数。
该控制律的主要特点是将偏航角信号加入副翼通道, 首先使导弹倾斜, 产生侧力, 使空速矢量转动;同时又将倾斜角信号送入方向舵通道, 使方向舵产生偏航力矩, 使纵轴跟踪空速矢量转动, 从而达到纵轴与空速矢量的协调。式 (2) 中倾斜角指令为:
γc=γa+JψΔψ-Jz.z (3)
式 (3) 中:Kψ与Kz为比例系数;z表示导弹偏离期望的地面轨迹 (此处即圆弧段) 的垂直距离, 是导弹当前位置垂直于圆弧段航迹上的一段距离, 即以导弹即时位置到圆心的距离ρ与转弯半径R的差值;Δψ表示导弹跟踪角与期望跟踪角之差, 是速度矢量与导弹即时位置和圆心连线与圆弧段相交点的切线的交角;γa表示导弹沿期望地面轨迹飞行时要求的基准滚转角值。
这里为了防止掉高, 俯仰通道采用开环补偿和闭环调整相结合的方法, 从引起掉高的根源入手, 采取预防措施, 把倾斜角信号送入俯仰通道, 不论左、右转弯, 都使升降舵向上偏转一定角度, 大小与γ成正比, 以产生一定的上仰角和上仰角速度[6]。所以俯仰通道的控制律变为:
导弹速度V由剩余飞行距离与剩余飞行时间决定, 并随航路的变化随时计算更新。
V=SΔ/tΔ (5)
式中;SΔ为导弹当前位置到目标点的剩余航程;
tΔ为预定攻击时间与当前时间的差值。
由式 (1) 、式 (2) 、式 (4) , 并考虑式 (3) 得到四个通道的控制指令为:
5 仿真结果与分析
为验证系统对高度、速度控制的解耦能力, 对其进行了仿真验证。
导弹编队在探测到目标和进行完火力分配后, 弹上四维制导控制系统将完成协同攻击时间和协同攻击方位的计算, 并在控制信号的作用下完成对指定目标的协同攻击, 如图6所示。
对图6所示条件进行仿真, 图6中的三枚导弹分别从前方及侧向同时对某一海面舰艇编队的主舰进行攻击。导弹编队的初始位置A为北纬10°、东经100°、高度500 m、初始速度300 m/s。目标点位置B为北纬10.8°、东经100° 、高度为0 m。导弹速度范围 (0.6～0.9) M, 预定攻击时间为导弹发射后330 s, 仿真曲线见图7, 表1表示导弹实际到达时间及脱靶量。
从图7中可以看出弹2、弹3实际飞行距离大于弹1, 在飞行时间一定的情况下, 前者飞行平均速度将大于后者, 如果各弹的飞行速度均在导弹速度范围之内 (0.6～0.9 Ma) , 则按预定弹道飞行。如果超出范围, 则按第3部分所示策略控制导弹按新航路飞行。
以上弹道均是采用GPS/I NS组合导航方式得到的结果 (陀螺漂移4°/h, 加速度计精度10-5g) , 实际作战中在导弹距目标一定距离时控制系统转入末制导方式, 使目标要害部位进入战斗部有效杀伤半径内。
6 结论
飞航导弹四维制导技术是导弹编队集结, 队形变换, 协同搜索, 协同攻击等一些列关键技术的基础, 本文提出的基于总能量控制原理的四维制导技术不仅实现了对导弹飞行速度的控制, 而且实现了高度/速度通道的解耦控制, 为飞航导弹协同攻击及地形跟随控制提供了技术基础。
协同作战是未来战争的重要作战样式, 如何实现有效的导弹协同作战以获得最佳的作战效能, 将成为今后飞航导弹武器系统研制和作战使用的重要内容之一, 本文初步探讨了飞航导弹的协同作战的时间协同和空间协同问题, 可供相关研究参考。
参考文献
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[5] 李珂, 王正平. 多架无人机的协同攻击航路规划.航空计算技术. 2006;36 (5) :98—101
导弹拦截问题的数学模型 第10篇
在某次军事演习中,军方决定做如下实验:用测距仪对空中的某导弹进行运动轨迹测量,并预测导弹落点。
该导弹为制导导弹,当测距仪测量完成最后一组数据后,导弹停止制导。地面上有3个测距仪Ai(i=1,2,3),其中A2位于A1的正西方4.5km处,A3位于A1与A2的北侧,与A1、A2的距离分别为。测得的数据见附录二。
试解决以下问题:
(1)给出测距仪测量时间内该导弹的运动轨迹方程;
(2)若该导弹的威力半径为100(m),目标区域为位于A1、A2南侧的一个圆形区域,其圆心距离A1、A2分别为,半径为50(m)。那么,导弹能否破坏该目标区域?
2 模型建立
建立坐标系如图1所示。
说明:以为x方向,过A3与x轴垂直为y方向。此时3个测距仪A1、A2、A3的坐标分别为A1:(1500,0,0)、A2:(-3000,0,0)、A3:(0,2000,0)(单位:m)。
附录二中的三组数据表示在时刻ti导弹依次到每个测距仪的距离,分别记为ri1,ri2,ri3,那么可以得到以下方程组:
解方程组(1)得结果(xi,yi,zi)其中zi取正数,i=1,2,…,201)。(程序见附录一)
用所得的结果可画出导弹的运动曲线在三个坐标面的投影曲线如图2、图3和图4所示。
三维空间中该导弹的运动轨迹曲线如图5如示。
对得到的导弹坐标进行拟合,可以得到表1。
通过观察表1可以得到:对x(t)进行拟合时,5次与6次函数的拟合均方差相等,所以对x(t)采用5次函数进行拟合;对y(t)进行拟合时,8次与9次函数的拟合均方差相差不大,所以对y(t)采用8次函数进行拟合;对z(t)进行拟合时,7次与8次函数的拟合均方差相等,所以对z(t)采用7次函数进行拟合。记它们的拟合函数分别为有：
当制导结束时,即将t=10(s)带入上式,得到导弹在t=10(s)时刻的拟合坐标为:
(-12107.4,-8223.19999999997,558.2399999999998),记为点E1。由(1)式得到的导弹在t=10(s)时刻的坐标为:(-12100,-8224,558),记为点E。当制导结束以后,导弹在点E1的速度通过对上式求导便可以得出,有:
那么,在t=10(s)之后导弹的运动轨迹方程为:
的一个解t=t1就是导弹落地的时刻,解得:
由此可以求得导弹的落点为:
3 方法改进
导弹在制导结束以后的运动状态只决定于t=10(s)时刻导弹的运动状态,与t=10(s)以前的时刻的运动状态没有太大联系。为了计算较为精确,现在只对导弹的后3秒的坐标进行拟合:
它们的拟合形式如下:
对上面的曲线求导得:
由(1)式得到的最后一个点为:(-12100,-8224,558)。代入(4)式有:
那么,在t=10(s)之后导弹的运动轨迹方程为:
的一个解t=t′就是导弹落地的时刻,解得:
t′=13.759555038297399476004086961561(s),这时,落点为:(-17212.9949,-10269.1979408338,0)。
4 误差估计
对于相同的问题,用不同的方法得到了不同的结果。那么,哪个结果更为准确?它们与真实结果的误差会有多少?这将是下面将要解决的问题。
记导弹的真实运动轨迹为(x(t),y(t),z(t)),这些都是未知函数,将它们按照Taylor级数展开,分别展开至次数与其拟合函数次数相同。下面以x(t)为例进行讨论。
记x(t)的拟合函数为,将x(t)展至n次并略去高次项后,记为:,仍然认为它是原函数x(t)。那么可以认为的拟合函数。
∀t>0,
由于计算机的舍入误差及其精度有限,所以ck不全为0。所以,拟合函数与原函数在点t0处的误差为:,而它们的导函数在点t0处的误差为:。
如果就是原函数x(t),那么ak与bk都是唯一确定的,所以ck也是唯一确定的,那么,由可以知道,方程组:
有唯一解(c1,…,cn)T。
这样,根据Δ2的定义可以知道,将上述唯一解(c1,…,cn)T与∀t0代入,便可以求得Δ2的大小。
但在实际情况中,往往。方程组(7)便不能确定唯一解(c1,…,cn)T。这样就应该用最小二乘法解方程组(7),记其解为,那么也能够对误差进行分析。
通过讨论与第一次拟合的结果,得到:Δ1,x=7.4,Δ1,y=-0.8,Δ1,z=-0.24。那么可以得到:Δ2,x=37.6,Δ2,y=-10.073,Δ2,z=0.91。
即,在t=10(s)时刻,导弹的速度为:(-1359.99,-544.003,-129.99)(m/s);落地时刻为:t1=13.76087(s);落点为:(-17212.9837,-10269.1987,0)。
5 模型结果
综上所述,可以认为导弹的落点为:(-17212.9949,-10269.1979408338,0),(-17212.9837,-10269.1987,0)。如果精确到个位,有:(-17213,-10270,0)。便认为其为最终计算得出的导弹落点。
由已知可以得到,目标区域的圆心设为C:(-17300,10200),半径为r=50。那么,爆破点与目标区域圆心之间的距离为:d=111.6647(m)。所以,该导弹不能击中目标区域。
摘要：本文根据对导弹在运行过程中的离散坐标的拟合,得到了导弹在三维空间中弹道的曲线方程;再根据导弹不同时间段内的坐标对落点进行了预测,并且对所得到的不同落点进行了分析与修正。对导弹的离散坐标进行拟合时,采用最小二乘法。在对不同的落点进行分析时,发现对最小二乘法拟合出的函数求导,所得导数值误差较大。通过对产生误差的原因的分析,应用Taylor级数得到较好的误差修正方法,最终得到较为精确的结果。
关键词：制导导弹,最小二乘法,Taylor级数,误差分析
参考文献
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[4]李庆扬,王能超,易大义.数值分析[M].清华大学出版社,施普林格出版社,2003:61-78。
要导弹，不要炮弹 第11篇
Staffers ：《告诉员工你真棒》这本书提出了一种新的方式—两条表扬意见，两条改进建议，使反馈不仅仅是告知而成为有效的求助。不知道大家对这种论点作何评价？
郭昕：总的来说，这本书对经理人非常实用，篇幅不长，两个小时就能看完，提出的“2+2”方式也非常新颖，它将反馈机制高度简化，可执行性很高。从这本书的论调来看，仍然是遵循西方主流的管理学思想提出的一种方法，仅仅是一种方法，并不是一种理论体系，只能作为绩效管理的一环。
李莉萍：我同意郭总的看法，“2+2”作为一种反馈方式确实简单易行也很有效。我们在工作中也会经常运用很多科学的方式，比如：目标管理、360度评估和平衡记分卡等等。应当说，这种制定目标并帮助员工完成预期目标的体系并不缺乏。但是很多经理人面临的问题是不知道如何面对员工，特别是在年终总结时，经理发现了问题，但认为这种问题并不至于影响员工的职位，如果做出不好的评价对员工的影响很可能会超过想要的效果，所以在提出问题的过程中显得过于“矜持”，但这其实是害了员工。
Staffers ：有关绩效考核评估是一个热点话题，一直以来争论不断。
郭昕：是这样。看了这本书之后，我有很多感想，也把它介绍给了很多客户。其中有一位老总看完之后对我说：“我懂了，就是把批评当表扬来说啊！”这反映出一个问题，国内企业有这样一个问题，即认为绩效评估都是批评，老板会说：“我是老板，他们干得不好，我还不能说两句？”传统的中国思想也有这样的说法：“严是爱，松是害”，“多说说年轻人进步”，“不批评就是表扬”；而国外的企业又会矫枉过正，都是表扬，没有批评。的确，在我们的研究中，发现人的本性是更接受正向激励的，这是动物性的倾向。但都是表扬的怀柔政策也不容易达成效果，所以这其中的平衡就是企业中比较难以拿捏的问题吧。
中展：很多领导对员工的评价往往上升到人格或者道德的层面，“你怎么这么笨，这点儿事都做不好”，“老总在上面讲话，你打电话，你怎么这么没有礼貌”，我把这种方式叫做“中国式批评”。这种方式并不能达到任何效果，反而会让员工感到受到了侮辱，甚至抵触你的管理，这种对人不对事的问题还是很普遍的。
Staffers ：看来绩效评估最后能否带来帮助，很大程度上取决于沟通是否进行得顺利。
郭昕：打个比方说吧，传统的绩效反馈就像是“发射炮弹”，确定一个目标，然后发出命令，然后开始祈求风速不要变，风向不要变，甚至目标的位置不要变，最后检查炮弹落点是否准确，在发生偏差的时候只能说一句“哎呀，怎么打偏了”。而真正优秀的反馈应该是“发射导弹”，确定目标，发射，然后在整个运行过程中随时调整“导弹”航向，从而保证能够准确地打中目标。我们提出了一种说法叫做“天线效应”，就是说无论有意无意，经理随时都在发射信号，而员工也随时都在关注，所以如何能够让自己发射的信号正确地影响员工，就成了经理人的必修课，这需要经理人具有很高的功力。
李莉萍：我们经常会听到这样的话：“你这阶段的成绩不错，工作也做得很到位，但是……”员工听多了这种话，不免把表扬当成批评的前奏。那么，如何运用表扬与批评，学习平衡的表达非常重要，坦诚地沟通必须建立在认可员工良好的表现基础之上，与员工进行坦诚地沟通，使员工真正了解自己的不足，对员工有所帮助，这样的沟通才能有效。
Staffers ：虽然老板发射了很好的信号，如果接受反馈的员工心态不好也很难达到满意的效果吧？
郭昕：我们必须承认一个问题，那就是在这个过程中的信息不对称。经理永远比员工掌握更多的信息，员工也因此认为自己做了什么经理总会知道，在没有接受到反馈的时候，总会认为自己是对的，至少没有错误，因此自我批评得很少。在经理提出的反馈意见与自己的见解不同时，防卫系统自然启动，先抵触，再考虑接受。这种态度也会阻碍沟通的完成。其实，有时候一句及时的批评会影响人的一生，所以虚心接受很重要。
李莉萍：当经理提出问题的时候，总会听到员工各种各样的抱怨。这些听起来更像是借口，的确有些时候问题是客观存在的，比如部门合作中事务的轻重安排等等，而这种现象也很难解决，但这并不应该成为抱怨或者不作为的理由。相反，发生了这样的事情更应该积极主动，去尝试更深层次的沟通或者其他的办法路径。事实证明，事情通常不像之前想象的那么难以完成。所以，适当的态度是，不要去抱怨，而应尝试改变，更加主动地去解决问题。
空空导弹仿真系统的设计 第12篇
关键词：导弹仿真器,多线程,消息,同步
在空空导弹武器系统研制过程中,出于试验条件和安全性及成本考虑,需研制基于计算机平台构型的便携式导弹仿真系统,以取代真实导弹产品完成与机载武器系统的综合联试。仿真系统具有与真实导弹产品一致的电气接口,主要完成模拟真实导弹工作时序的功能,实现对机载武器系统进行供电、工作时序、控制逻辑、飞行任务装订参数等方面的正确性检查,同时还可完成对飞机系统的火控计算算法、信息延迟时间等关键参数进行检查,以保证飞机系统能满足导弹系统的技术要求,并保证导弹系统与机载武器系统之间工作的正确性、匹配性和协调性。
1 仿真系统组成
综合考虑采购周期、成本、环境以及结构加工等因素,该型导弹仿真系统的主控计算机采用宽温高可靠性便携式计算机系统,板卡直接安装固定在计算机系统上,采用PCI总线进行信号传输,该型导弹仿真系统组成框图如图1所示。
2 硬件设计
2.1 429总线接口板
429总线接口板主要用于接收发射装置发送的飞行任务信息帧,并按照工作时序形成导弹状态信息返回载机。根据系统的功能要求,接口板采用即插即用PCI接口,具有4个独立的总线接收器及两个总线发送器,兼容ARINC-429规范,最大数据传输率100 kbit·s-1。
2.2 信号调理板
信号调理板主要将机载火控系统的输出电压信号进行变换和隔离,同时对关键性的点火信号用大功率电阻做为模拟负载。变换电路将机载火控系统输出的电压信号变为TTL电平,输入到I/O状态采集模块供计算机检测。并将机载火控系统输出的电压信号按要求进行变换,输入到模拟量采集模块供计算机检测。隔离输出电路是将接收I/O状态采集模块输出的TTL电平对继电器进行控制并按要求形成特定信号返回给载机。
2.3 PCI接口数据采集板
PCI接口数据采集板包括模拟量采集模块和I/O状态采集模块。I/O状态采集模块用于完成导弹仿真系统与机载火控系统之间的信号交换。主要采集相应控制信号的状态,并按导弹工作时序形成符合接口控制文件要求的返回信号。模拟量采集模块主要采集发射装置到导弹模拟器的电压信号,并根据导弹对机载火控系统电压的要求判定电压是否满足要求。数据采集板采用即插即用PCI接口,采用12位 A/D 转换器,具有16路单端或 8 路差分模拟量输入、2路12位模拟量输出、16路数字量输入和输出。
3 软件设计
导弹仿真系统的编程环境采用Windows XP操作系统,软件使用Borland C++ Builder 6.0开发。
3.1 功能分析
该型空空导弹仿真系统要求同时接收、发送和处理总线数字信息、模拟量信息等多种数据源,其中总线数字信息接受和发送分别采用不同格式封包,并采用不同的传输速率,模拟量信息包含多路I/O状态采集和8路时序不同的电压信号。根据功能至少拥有导弹工作时序模拟、总线数字信息的接收和解码、总线信息的编码和发送、I/O状态量采集、多路模拟量采集、各种信息实时显示和记录等并行工作流程,且各流程结构相对独立,信息处理周期覆盖从ms到s级,如采用常规的单线程顺序查询,则必须按最短处理周期进行,以确保信息完整,但系统将长时间高负荷运行,不能保证稳定性,同时任何流程的异常容易影响其他流程的正常处理,较难保证采集信息的完整性,因此须采用更加高效、安全的算法。
具体到该系统,主线程是对导弹工作时序的模拟以及对其他模块的调度和起停控制,导弹从初始化到发射就是系统运行的全过程,其他线程以模块形式参与到系统中。所有模块的相互关系如图2所示。
3.2 软件主流程
系统控制模块做为主线程负责对其他功能模块进行控制和调度,并在其他模块的配合下完成对导弹工作状态的模拟。系统控制模块在进程同步模块的作用下,主要对其他模块提供的信息,数据进行收集和整理,并根据实时监控到的模拟量对系统工作时序和工作状态做出判别、决策,然后按照真实导弹的工作逻辑控制系统硬件做出反应,并实时将各信息提供给显示控制模块进行显示,同时还提供给数据记录模块进行数据记载。系统主流程如图3所示。
3.3 关键技术问题及解决
3.3.1 系统定时器精度问题的解决
在Windows操作系统中,可供开发人员使用的常规系统定时器是建立在DOS的1CH中断基础上的,其精度约55 ms,在Windows 98系统中只可达到这个精度,在Windows 2000平台下,这一精度最多可减小为10 ms,且是在系统负载较小的情况下。因此,为提高定时器精度,尝试利用系统未直接提供的多媒体定时器功能,种定时器主要为满足计算机的多媒体播放定位功能,一般情况下不对普通用户开放,要使用此定时器必须深入到Windows平台内部,可以借助Windows的核心函数库解决。但这种定时器的缺点是对系统的资源耗费较高,当系统资源耗尽,严重的会造成系统崩溃,因此须加以保护措施,在确保系统稳定性的基础上最大可能利用该定时器。
经过反复试验,在确保系统稳定性和系统软件满负荷运转的情况下,可以将定时器精度提高到1 ms,且加入保护代码,实时监控系统资源利用率,当发现系统资源耗费较多时利用间隙强制该定时器终止,同时清理系统现场后再次启动该定时器,既保证了系统的持续高速运转,又确保了系统运行的稳定性。
3.3.2 线程同步问题的解决
在系统开发初期,当所有模块全速运转一定时间后总会造成系统无故崩溃。在多次跟踪调试代码后,发现该问题是由于多个模块同时高速运行时,系统未能同时响应底层接口板的多个中断请求,且混杂了大量I/O端口访问操作。但这些中断请求大部分是无效的,归结为系统各模块间的同步信号未能发挥有效作用,造成特定情况下已发出中断请求的接口板再次重复发出中断。
为解决这一问题,采取多种同步措施,并增加了若干逻辑互斥标志,以确保底层接口板在一次中断请求后必须由系统有效清除中断标志才允许再次发出中断,从而保证每个中断请求都可被有效处理。同时尝试提高了相对高速的中断服务程序的逻辑优先级,适当降低相对低速的I/O端口访问操作的优先级,为大量的实时中断响应操作节约出CPU工作周期。
3.3.3 系统高速采集问题的解决
在对脉冲信号的高速采集中,因采用的是普通的数据采集板,其多路采集原理是各通道依次轮询,由于硬件限制,A/D转换和数据读取操作相对耗时较多,从而影响了系统定时器的精度,造成数字信息接收模块大量丢失数据,不能对指令信息及时做出响应,从而会造成系统非正常退出。
为解决这一问题,将模拟量采集工作放到系统定时器之外进行,但又经常遗漏脉冲信号。经过分析,认为有几路信号的采集只是导弹特定工作时段中发生的,其余时间无需实时监控,因此,只在需要采集的时刻提前做好准备,一旦采集完成,迅速停止采集操作,防止系统负荷过大而造成崩溃。为此,充分利用Windows系统的多线程技术,把各路特殊信号采集工作放在线程中进行,由于在线程中不受定时器控制,可认为一旦线程获得CPU周期即全速进行采集,这样既保证了系统主体定时器的正常运行,又确保了有效采集到信息。
3.4 系统运行状态
图4所示是系统模拟导弹发射运行画面,可以看出在多线程作用下系统的数字信息接收处理模块、数字信息发送处理模块、模拟量信息监控模块、显示控制模块均在有序运行,相互之间并未因多线程的存在而发生干扰。
4 结束语
目前,该导弹仿真系统已成功应用在型号研制中,为该型导弹的相关试验提供了可靠的保障,减少了武器系统的试验风险,同时降低了试验成本,加快了型号研制进度。
参考文献
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