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惯性制导,简称惯导,是指利用物体的惯性特性来进行制导的一种制导方式.它是根据牛顿第二定律实现的.其基本原理是:首先利用加速度仪测得导弹的加速度,然后,通过积分仪进行一次和二次积分运算,得到导弹的飞行速度和位置信息.导弹中的程序装置将由此得到的每一瞬时导弹飞行的空间位置与事先输入给的导弹应在的位置(理想位置)进行比较,并将比较结果的偏差转换成误差控制信号,再通过执行机构控制导弹,使导弹始终沿预定弹道飞行.因此,对于惯性制导系统中测量装置来说,其主要测量参数也就是敏感导弹的飞行加速度.
目前,导弹上常用的加速度仪有线性位移式,摆式,陀螺积分式等.其中,线性位移式加速度仪的原理示意图如图所示.它由质量块,支撑弹簧,锁定器,电位计式传感器,壳体等部分组成.联结质量块两弹簧的轴线方向称为加速度仪的敏感轴,该轴与导弹的某个轴平行,以便测得导弹在飞行时沿该轴的加速度.导弹发前,通过电磁锁定机构将质量块固定在某一位置. 导弹发后,解除锁定,质量块处于活动状态.当导弹作匀速运动时,其两侧弹簧的拉力相等,质量块位于平衡位置,电位器没有电压输出.当导弹沿图中方向加速运动时,质量块由于惯性而相对于壳体产生位移,由于弹簧弹力的作用,质量块便平衡于某个位置,导致与质量块相联的电位器的电刷移动了一个距离,电位器上就有电压输出.设弹簧有效劲度系数为k,质量块m发生的位移为x,当t时刻导弹的加速度为时, 根据牛顿第二定律,有
(1)
根据预先设计,电位式传感器的游标所反映出来的电压U与质量块所产生的位移x成正比,因此
(2)
由(1),(2)两式得
(3)
为保证测量范围的线性度,需要求为常数(由此通常将称为稳定传递函数),因此,稳态输出电压与加速度成正比.这样,导弹加速度经过稳定传递函数的转换再通过电压信号便被表示出来.
加速度仪的测量范围是10-6—10-9g,由于它所感受的加速度是包含重力加速度g在内的加速度(常称为视加速度),重力加速度分量将影响惯性制导的精度,故在惯性制导系统中需要再次通过修正才能得到导弹的惯性加速度.另外,惯性制导系统由于全部安装在导弹内部,不会受外界电磁波,光波及周围气象条件的干拢,也不向外界发射任何能量,因而具有较强的抗干扰能力和良好的隐敝性.也正因如此, 惯性制导原理普遍被人们广泛应用于弹导式战略导弹,潜艇,飞机,宇宙飞船等的制导中.
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