[科普中国]-导弹命中精度

简介

打击固定目标时，导弹命中精度用圆概率偏差(CEP)描述。设P为落点坐标落在以目标为原点R为半径的圆内的概率，当P=50%时，R就是圆概率偏差CEP即导弹精度。它是一个长度的统计量，即向一个目标发射多发导弹，要求有半数的导弹落在以平均弹着点为圆心，以圆概率偏差为半径的圆内。打击活动目标时，导弹的命中精度用脱靶距离表示，即导弹相对于目标运动轨迹至目标中心的最短距离。

导弹命中精度亦称“导弹射击精度”。导弹射击准确度和射击密集度的总称。导弹的主要战术技术性能指标。提髙导弹命中精度的方法：提髙测量和制导器件的精度，完善制导方法；提高导弹结构的制造精度，减小工艺误差；提髙导弹武器系统自动化程度和操作人员的技术素质，减小操作误差等。导弹命中精度通常用公算偏差或圆公算偏差表示。打击活动目标的导弹，用脱靶量评定。

导弹的命中精度是导弹制导控制能力的综合反映 ,在导弹武器系统定型试验中 ，命中精度是鉴定方需着重考核的指标之一。导弹命中精度是导弹的灵魂，高精度成为各军事强国导弹发展长期追求的目标。众多国家花费巨资采用了能够采用的各种手段不懈努力提高导弹精度，近几十年，弹道导弹精度从100米级提高到了10米级。如何提高导弹精度是现代战争永恒的主题。1

影响导弹精度的因素影响弹道导弹精度的因素很多，但主要可分为制导误差和非制导误差。

制导误差制导误差是影响导弹精度的一个重要因索，减小制导工具误差是提高导弹精度的重要手段之一。制导误差是制导系统在内部噪声和外部因素的干扰下由于测量精度、解算精度、响应能力的制约所形成的误差，主要包括惯性仪表测量误差和制导方法误差等{7]。制导误差包括系统误差和随机误差，通过补偿和校正，可以消除部分或大部分系统误差;随机误差只能通过改善硬件和软件的精度来解决。提高惯性测量装置精度的方法主要有:提高惯性器件本身的精度;采用误差补偿方法;提高惯性测量组合的安装精度。只有具有准确刻画导弹系统动力学规律的能力，才可能准确建立各种误差对导弹精度影响程度的定量分析手段，考虑惯性仪表测量误差和制导方法误差，为改进和补偿制导误差提供思路和手段。2

非制导误差非制导误差是指在自身和外界因素干扰下，由与制导系统无关的因素造成的误差，主要包括瞄准误差、弹体结构误差、发动机冲量误差、弹道条件误差、气象条件误差、地理误差与再入误差等。随着制导精度的不断提高非制导误差所含对导弹精度影响程度的比例在不断加大，尤其对纯惯性制导的弹道导弹，非制导误差对导弹精度有举足轻重的影响，因此减小非制导误差是提高导弹精度的主要途径之一。再入段的误差分析与控制是减小非制导误差影响的有效手段，目前己成为提高导弹精度的重要环节。2

提高导弹精度的方法加强导弹系统动力学研究建立基于多体系统传递矩阵法的导弹系统发射与飞行动力学理论与数值仿真系统，包括标准弹道模型、干扰弹道模型和精度分析模型，为提高导弹精度的导弹总体参数优化提供仿真平台，快速准确地获得导弹振动特性和发射与飞行中的动力响应，建立导弹总体参数导弹精度间的定量关系，考虑包含瞄准、初始调平、装订、点火、起飞、稳定控制、拐弯、导引、关机、分离、末修、起旋、调姿、自由飞行、解爆、子弹抛撒等过程，进行导弹精度仿真。建立考虑变形振动的导弹主动段、自由段、再入段飞行稳定性理论。

对导弹全弹和各分段进行振动模态试验测量导弹固有振动频率、振型、阻尼比等模态参数，为导弹控制元件的合理安装提供指导。建立导弹弹体振动与气动参数布局计算模型，分析导弹振动对精度的影响，合理设计弹体模态参数。应用多体动力学理论和弹道理论和振动模态理论，通过对导弹总体结构的优化，使其固有振动频率与惯性测量组合频率匹配，提高惯性测量组合的使用精度。2

提高再入飞行精度建立导弹再入误差控制、再入误差补偿、优化再入角度方法，提高导弹再入飞行精度，这对提高纯惯性制导的弹道导弹精度非常重要。弹头高速再入大气层虽然飞行时间短，但加速特性变化剧烈，严重的气动加热和恶劣的大气环境使再入段干扰引起的落点偏差成为导弹总落点偏差不可忽略的部分，特别是再入初始攻角角速度对落点偏差影响大。

由于攻角和攻角角速度的大小和方向都是随机的而无法修正，由此产生大的随机弹道偏差。通过优化导弹总体结构参数，减小导弹关机时刻的初始扰动，优化导弹自旋速度和方向等再入误差控制新方法，减小再入段的攻角和攻角角速度，减小再入姿态偏差，提高再入飞行精度。

应用火箭弹道理论的等效起始扰动概念，通过导弹系统参数设计，预设再入体的运动状态，使导弹再入体在再入起始时的扰动与其自身缺陷(质量偏心、动不平衡等因素)在再入飞行过程中产生的攻角运动对应的再入开始时的等效扰动等大反向相互抵消，等再入误差补偿新方法使再入体的扰动产生的弹道偏差与导弹自身缺陷引起的弹道偏差相互抵消，提高再入飞行精度。2

优化导弹转速导弹转速对飞行稳定性和导弹精度有直接影响。导弹调姿后的飞行稳定性包括两个方面一是导弹的刚体摆动，二是导弹自身的弹性振动。如果再入体转动和摆动发生共振现象，或再入体自转转速与自振频率接近而发生共振现象，都将导致导弹精度变差甚至结构破坏。可根据弹道理论、多体系统动力学、振动理论确定再入体自转转速上限和下限。转速上限:不超过导弹被动段飞行动态稳定的极限转速，防止过大的马格努斯力矩引起的动态不稳定。转速下限:导弹在末修段转速必须达到陀螺稳定所需的转速，特别是导弹在全弹道都必须避开弹体的章动频率、导弹固有振动频率等。

转速对导弹落点有重要影响，并不表示转速小好，也不表示转速大好。但是低速旋转以消除或抵消部分弹体结构的不对称性引起的弹道偏差是必要的，但转速过大会破坏导弹的飞行稳定性。转速大小的确定应根据其上下限有导弹飞行动力学方程优化确定。2

提高惯组器件精度和误差补偿方法惯性元器件的精度尤其是陀螺的精度是制约弹道导弹精度的主要因素之一。进行惯性测量组合的更新换代，可用光纤陀螺或激光陀螺替换目前的挠性陀螺。惯测组合的误差系数标定方法，零次项误差系数和一次项误差系数标定不精确变化大对导弹落点影响较大。要改进工具误差系数标定方法，准确估计时间和环境对工具误差系数的影响，使工具误差系数更准确。采用高性能DSP芯片，提高弹载计算机的存储容量和运算速度，以制导算法为核心的主控程序、设备通讯、操纵机构控制和状态信号的高精度采集等功能模块集于一体，实现系统高度集成，提高计算速度。

改进由安装和铰链影响等原因造成的惯性测量组合系统误差的补偿方法，包括:新的工具误差补偿数学模型，提高测量精度;确定陀螺漂移误差补偿措施;误差补偿评估方法，为验后误差系数的分离和补偿精度的评估提供手段。2

提高惯性测量组合器件安装精度大量理论与实践证明，无论惯性测量组合器件精度多么高，如果缺乏高精度安装技术，则不可达到高惯导精度。高惯导精度只有依靠高惯性测量组合器件和高安装精度才能实现。例如，导弹发射与飞行过程中，经历了弹体结构的弹性振动、导弹轴章动、导弹自转运动、燃气舵绕其铰链轴的摆动、冷喷管喷气等周期性的动作;惯性测量组合器件在这些周期性动作的工作环境中，自身的工作频率与作为其输入的上述环境频率之间的匹配将对这些器件的产生极为重要的影响，如果匹配不好，将严重降低这些器件的动态性能，甚至使其完全丧失工作能力，更无精度可言。一个严重的问题是，由于技术的复杂性，目前生产厂家还不能将惯性测量组合器件无法适应的工作频率在产品说明书中列出。这就对惯性测量组合器件的安装技术提出了高要求。事实上，许多导弹研制过程中就经历了若干次反复调试惯性测量组合器件在导弹上的安装环境才达到了预定精度这一过程。惯性测量组合器件高精度安装技术是提高导弹精度的一个重要方向，要求导弹设计者具备发射动力学、多体系统动力学、结构动力学、飞行动力学和测试技术方面坚实的理论基础和技术水平，合理匹配惯性测量组合与导弹总体结构参数，有效提高导弹精度。2

基于遥测数据的气动参数辨识方法现代超高速导弹飞行的马赫数己达很大数值，难以避免的气动烧蚀使导弹结构在飞行过程中发生了较大变化，其气动力随之发生了显著变化。超高速导弹严重的气动烧蚀对实现方案弹道需要的控制能力提出了更高的要求，也加大了再入飞行误差。应用包括控制系统在内的导弹飞行动力学模型，同时进行气动参数与控制参数识别，通过导弹遥测数据辨识气动参数，获取导弹气动参数随不同气动烧蚀的变化情况。2

提高导弹开仓和子弹抛撒精度再入弹头通常采用空中爆炸或抛撒子弹来有效地杀伤敌方目标。应用多体系统传递矩阵法和发射动力学新理论和弹道理论，根据导弹末修段终点实测弹道参数和方案弹道参数之间的偏差，建立确定开仓时间的射程修正模型，进行抛撒时序控制和抛撒动力学控制，准确控制子弹抛撒，形成子弹均匀抛撒技术，将减小导弹的落点偏差。2

气象条件、重力异常、温度的修正若导弹发射装订诸元参数中，仅装订发射月份，不考虑发射点、目标点及导弹飞行过程中的实际气象条件，因装订气象条件与实际气象条件的较大误差将导致较大的导弹落点偏差，例如，气象条件对无控再入段弹道和落点的影响明显。在弹道装订时准确预测发射点、目标点及导弹飞行过程中的实际气象条件或建立气象条件补偿技术，可明显提高导弹精度。

引力计算的局限性使导弹主动段和被动段实际速度和位置产生偏差引起落点偏差。理论与实践证明，当弹道计算和控制精度要求高于万分之几时，重力异常对导弹精度影响不可忽略，误差大小与弹道特性和地面重力异常值有关。重力异常计算目前存在的问题是地面点数据太少，计算结果无法用实际数据验证。常用的重力异常算法是Stokes方法、球谐函数法和梯度法等。可用球谐函数法分析导弹飞行中重力异常的影响，再用弹道导弹导航算法来仿真重力异常对弹道导弹导航精度的影响，并根据卡尔曼滤波中的状态转移阵以及重力异常的量级、作用时间来对重力异常造成的速度位置误差进行补偿，提高导弹精度。

导弹发射时的环境温度会影响固体发动机的推力，推力变化影响导弹精度和射程。建立推力与推进剂初温的关系和标准弹道关机点参数偏差模型，对落点误差进行修正。2

提高初始对准和瞄准精度惯导系统初始对准精度对导航精度影响非常大，捷联惯导系统初始对准过程实际上是对惯导解算进行初始化。惯性所用的航位推算的算法实质是一种积分运算，需要确定积分的初值，包括位置速度和姿态的初值。惯导系统初始化的关键是确定初始姿态。初始对准包括发射点的位置、瞄准射向和垂直度等。导弹初始对准误差是指初始调平与瞄准定向误差，由于测量工具的测量误差，使得导弹初始对准存在一定的误差，导致射击偏差，通过建立导弹初始对准误差补偿系统，对其进行补偿。

采用高精度的激光瞄准仪，提高目标定位精度。2