自航式诱饵应用捷联惯性技术必要性及难点分析

孙权

摘要：自航式诱饵传统敏感元件及其控制系统存在诸多弱点，难于满足诱饵快速反应、高机动性战术使用要求，也不适应诱饵技术发展趋势，而捷联惯性技术有着许多突出优点。本文分析了自航式诱饵目前惯性控制系统弱点、应用捷联惯性技术的必要性和难点。

关键词：自航式诱饵;捷联惯性技术;必要性;难点

1 引言

随着电子技术的发展，捷联惯性装置在80年代开始进入应用，到1989年，美国军用惯性导系统已有一半为捷联式，战略导弹达到44%;民用航空方面，使用捷联装置已上升到90%。目前，捷联惯性技术已广泛应用于飞机、导弹、舰船。尤其是近十年来，惯性仪表、计算机、精密机械和电子器件不断进步，误差补偿与校正、冗余技术不断完善，极大地促进了捷联惯性技术的迅猛发展，大幅提高了系统精度和可靠性，大有逐渐取代平台式惯性系统的趋势[1]。

2 自航式诱饵应用捷联惯性技术的必要性

2.1 自航式誘饵传统惯性控制系统弱点

自航式诱饵（后简称诱饵）所用传统敏感元件及其组成的控制系统，难于提供精确的航向角、姿态角和位置信息，诱饵控制导引精度不高，主要原因有：

（1） 航向陀螺受内外环轴上干扰力矩影响存在漂移误差。为减少漂移，若增大动量矩，会使得陀螺体积、重量和启动时间加大，对陀螺战术使用不利;若提高设计和加工质量，会增加加工难度，且干扰力矩不可能减小为零。

（2） 远航程诱饵不能忽略地球自转造成的误差，诱饵航行时间越长，这种影响越加明显，而完全补偿此误差不可能。

（3） 装有组合陀螺的诱饵，在组合陀螺中增加了俯仰托框和滚动托框，基本消除了支架误差，并进行了纬度误差补偿，提高了陀螺精度，但结构比较复杂、维修不便。

（4） 对于速率陀螺，受浪涌影响，其输出是姿态角速率近似值，不能通过简单积分计算姿态和航向信息。

（5） 对于姿态角敏感元件，摆式加速度计或垂直陀螺可以测量诱饵俯仰角和横滚角，但由于不可能完全补偿或不补偿，其提供的姿态角精度不高。

（6） 传统的诱饵速度一般由螺旋桨转速或发电机转速折算，这种方法不精确，而且无法考虑暗流、浪涌等造成的速度偏差，积累误差较大。

（7） 航向陀螺和垂直陀螺启动瞬间受各种干扰，启动后持续受浪涌影响，陀螺随机漂移较大，没有采用最优估计方法对这部分随机漂移进行估计和补偿，航向角和姿态角精度较低。

另一方面，诱饵战术使用要求其发射后能快速机动，远离本艇干扰，迅速开展水声对抗，这要求诱饵具有超强控制性能，能实现高机动性复杂弹道。同时，诱饵目前朝着大航程、尺度模拟、诱杀型、智能化方向发展，航程由十几公里向几十公里发展，相应要求诱饵惯性系统能测出精确位置，能精确导航和控制[2]，而捷联惯性技术正好有助于解决诱饵发展中遇到的这方面问题，可为诱饵提高制导性能提供手段。

2.2 捷联惯性技术对自航式诱饵性能的改善

捷联惯性技术具有独特优点，在诱饵中应用此技术可以较大程度提高诱饵导航控制性能，主要表现在：

（1）捷联惯性技术解算导航控制参数时，考虑了地球自转和载体相对地球表面运动，解决了纬度修正问题，航向角、姿态角、速度精度较高。

（2）传统框架陀螺为获得高精度航向，陀螺启动稳定时间较长。而捷联惯性技术较大幅度降低了陀螺启动时间，可缩短诱饵发射准备时间，提高战术使用效能。

（3）能提供比过去更多、且为数字化的导航控制参数，有利于应用数字滤波技术进一步提高参数准确性，可为诱饵实现高机动性复杂弹道以及弹道优化（如解决袋深问题）提供基础。

（4）克服了传统框架陀螺不能测量大角度问题，解决了敏感元件输出不正常引起的非控段问题，有利于诱饵实现复杂弹道，刚入水便可对其进行精确控制。

（5）不再采用框架陀螺，较大程度减少了敏感元件重量、体积和复杂性，既降低成本，节省空间，也有利于维护。

（6）减少硬件，强化软件，建立的是数学平台，易于实现冗余设计并进行故障诊断，可提高诱饵可靠性。

3 自航式诱饵应用捷联惯性技术难点

由于诱饵在水中机动航行，并有着特殊的性能要求。在诱饵中应用捷联惯性技术，决不是将舰船、飞机、导弹上的捷联系统移接过来就可使用，这有着较大的难点。

（1）诱饵动基座初始对准如何同时保证准确性与快速性。发射艇处于运动状态并受浪涌影响，初始对准所受干扰较大，而初始对准精度深刻影响系统导航控制精度;基于诱饵快速反应发射要求，初始对准必须在较短时间内完成。强干扰背景下既要有较高对准精度，又要有较短对准时间比较困难。

（2）诱饵捷联惯性系统对惯性敏感元件要求较高。直接装于基座的敏感元件在诱饵入水时所受冲击较大;受浪涌影响，其工作环境恶劣，复杂运动和温度变化会引起各种误差，相应要求敏感元件精度高、输出动态范围大、稳定性好、耐冲击。

（3）诱饵捷联惯性系统进行误差补偿难度较大。敏感元件各种误差造成了系统精度降低。为增强抗干扰能力，提高系统精度，对误差进行补偿非常关键，但要对所有误差进行彻底补偿是非常困难的。

（4）初始对准中需估算平台失准角和敏感元件随机误差，计算初始捷联矩阵;航行中需持续更新捷联矩阵，解算航向、姿态角、速度等参数，计算量非常大，这对导航计算机计算速度、存储容量要求相当高。

（5）诱饵采用捷联惯性技术，相应要求舰艇有一个高精度综合导航系统和一个高度自动化的诱饵发射控制系统，以保证更高精度的源参数发送诱饵进行初始对准。

由此，诱饵中应用捷联惯性技术面临不小难度，需要重点解决一些关键技术，如诱饵动基座初始对准技术、惯性敏感元件误差补偿技术、高性能惯性敏感元件技术、捷联矩阵算法。

4 结语

自航式诱饵传统敏感元件及其控制系统存在诸多弱点，造成诱饵导航控制性能不高，难于适应诱饵发展趋势。在诱饵中应用捷联惯性技术可以克服这些不足，但也面临诸多难点。目前这方面研究开展得很少，没有什么经验，还有不少深层次问题有待研究和解决。

参考文献

[1]张树侠，孙静.捷联式惯性导航系统[M].北京：国防工业出版社，1992.

[2]李长军，马宏岩，廉力之.潜射自航式声诱饵发展趋势研究[J].声学技术，2014，10：30-32