[科普中國]-天文慣性導(dǎo)航設(shè)備

在天文慣性導(dǎo)航時，用積分加速度確定宇宙飛行器運(yùn)動參數(shù)，該加速度是用選定的座標(biāo)系加速度表測得，為了修正慣性元件和更準(zhǔn)地確定宇宙飛行器的位置，利用天文觀測裝置，天文慣性導(dǎo)航設(shè)備包括：敏感軸相互垂直的三個加速度表、三對積分器、陀螺穩(wěn)定平臺、裝在平臺上的三個陀螺和三個計(jì)算裝置。1

原理天文導(dǎo)航系統(tǒng)有兩種，一種是由一套天文導(dǎo)航觀測裝置跟蹤一個星體，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)；另一種由兩套天文導(dǎo)航觀測裝置分別觀測兩個星體，確定導(dǎo)彈的位置，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。

跟蹤一個星體的導(dǎo)彈天文導(dǎo)航系統(tǒng)，由一部光電六分儀(或無線電六分儀)、高度表、計(jì)時機(jī)構(gòu)、彈上控制系統(tǒng)等部分組成。由于星體的地理位置由東向西等速運(yùn)動，每一個星體的地理位置及其運(yùn)動軌跡都可在天文資料中查到，因此，可利用光電六分儀跟蹤較亮的恒星或行星來制導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。制導(dǎo)中，光電六分儀的望遠(yuǎn)鏡自動跟蹤并對準(zhǔn)所選用的星體，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡軸線偏離星體時，光電六分儀就向彈上控制系統(tǒng)輸送控制信號。彈上控制系統(tǒng)在控制信號的作用下，修正導(dǎo)彈的飛行方向，使導(dǎo)彈沿著預(yù)定彈道飛行。當(dāng)導(dǎo)彈在預(yù)定時間飛I臨目標(biāo)上空時，計(jì)時機(jī)構(gòu)便輸出俯沖信號，使導(dǎo)彈進(jìn)行俯沖或終端制導(dǎo)。2

誤差天文慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備的誤差取決于下列因素：因給出的天體質(zhì)量，尺寸和它們的軌道要素不準(zhǔn)確；在形成加速度自動補(bǔ)償信號時的誤差；加速度計(jì)、陀螺平臺漂移誤差以及望遠(yuǎn)鏡跟蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)裝置的誤差。1

型號舉例SAIN捷聯(lián)天文慣性導(dǎo)航儀諾思羅普公司的捷聯(lián)天文慣性導(dǎo)航儀(SAIN)可為各種載人和不載人的運(yùn)載器提供極其精確的自主導(dǎo)航，SAIN利用該公司90年代初研制成功的全息鏡頭來增強(qiáng)帶有固態(tài)星體跟蹤器的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。公司所擁有的星體跟蹤技術(shù)不僅提供了夜間跟蹤星體的能力，而且允許在目光下跟蹤海平面上的星體，以提供全部無源導(dǎo)航修正。已有的星光系統(tǒng)要求采用萬向支槊的、窄視場的望遠(yuǎn)鏡來瞄準(zhǔn)各星體，以達(dá)到定位目的。諾思羅普公司在全息鏡頭技術(shù)上的進(jìn)展，結(jié)合捷聯(lián)慣性導(dǎo)航儀的改進(jìn)，將可取代萬向支架遠(yuǎn)望鏡組件。當(dāng)用這一星光系統(tǒng)來增強(qiáng)慣性系統(tǒng)時，可基本排除在慣性系統(tǒng)誤差源中占統(tǒng)計(jì)地位的環(huán)形激光陀螺儀誤差，從而使捷聯(lián)系統(tǒng)對極其精確而昂貴的陀螺儀的依賴降到最低限度，這是天文一慣性組合系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。3

NAS-21天文/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)目前，在軍用方面的重點(diǎn)已改變?yōu)榈透叨韧斗?至少在歐洲，幾乎總是低于云層高度)，但星體監(jiān)控的慣性系統(tǒng)繼續(xù)具有廣泛的應(yīng)用價值，例如在遠(yuǎn)程軍用機(jī)和戰(zhàn)略導(dǎo)彈中。NAS-21天文/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可在95%云層覆蓋下完全圓滿地工作。

天文/慣性裝置是運(yùn)動和位置傳感器，包含1個三環(huán)穩(wěn)定的基準(zhǔn)平臺(帶有1個二自由度的星體跟蹤器)，和裝在該平臺上的2個陀螺和3個加速度計(jì)。跟蹤器在天空中大的角度范圍內(nèi)進(jìn)行四邊形搜索，1 min獲取和識別3顆星的一個平均值(在白晝或夜間)。通用型的軍用計(jì)算機(jī)是為需要高數(shù)據(jù)率的飛機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，61顆星的星歷表(位置和亮度等級)被存貯在它的存貯器內(nèi)，并允許在全球任何地方進(jìn)行天文導(dǎo)航。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所