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航天裝備的精度

航天裝備的精度，即航天裝備的命中精度，在打擊固定目標時，航天裝備命中精度用圓概率偏差(CEP)描述。設P為落點坐標落在以目標為原點R為半徑的圓內的概率，當P=50%時，R就是圓概率偏差CEP，即航天裝備精度。它是一個長度的統計量，即向一個目標發射多發航天裝備，要求有半數的航天裝備落在以目標點為圓心，以圓概率偏差為半徑的圓內。打擊活動目標時，航天裝備的命中精度用脫靶距離表示，即航天裝備相對于目標運動軌跡至目標中心的最短距離。航天裝備命中精度是航天裝備的主要戰術技術性能指標，是航天裝備制導控制能力的綜合反映, 高精度成為各軍事強國航天裝備發展長期追求的目標。此外，在航天裝備武器系統定型試驗中，命中精度是鑒定方需著重考核的指標之一。

本文主要對影響以慣性制導為主的航天裝備命中精度的各個要素開展分析，以下描述中的航天裝備精度均指以慣性制導為主的航天裝備命中精度。

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影響航天裝備精度的因素

影響航天裝備精度的因素很多，可分為制導誤差和非制導誤差。

2.1

制導誤差

制導誤差是影響航天裝備精度的一個重要因素，減小制導誤差是提高航天裝備精度的重要手段之一。制導誤差是制導系統在內部噪聲和外部因素的干擾下由于測量精度、解算精度、響應能力的制約所形成的誤差，分為方法誤差和工具誤差。方法誤差主要指由于采用的制導方案的不完善(如制導方案中的近似或簡化)而引起的誤差，減小方法誤差的途徑主要有完善控制模型和優化制導律。工具誤差主要指慣性測量裝置的測量產生的誤差，減小工具誤差的方法主要有提高慣性器件本身的精度、減小慣性器件的安裝誤差、完善誤差補償方法等。

制導誤差中系統性誤差可通過補償和校正消除部分或大部分；不確定性誤差則只能通過改善軟硬件的精度來抑制。

2.2

非制導誤差

制導誤差是影響航天裝備精度的一個重要因素，減小制導誤差是提高航天裝備精度的重要手段之一。制導誤差是制導系統在內部噪聲和外部因素的干擾下由于測量精度、解算精度、響應能力的制約所形成的誤差，分為方法誤差和工具誤差。方法誤差主要指由于采用的制導方案的不完善(如制導方案中的近似或簡化)而引起的誤差，減小方法誤差的途徑主要有完善控制模型和優化制導律。工具誤差主要指慣性測量裝置的測量產生的誤差，減小工具誤差的方法主要有提高慣性器件本身的精度、減小慣性器件的安裝誤差、完善誤差補償方法等。

制導誤差中系統性誤差可通過補償和校正消除部分或大部分；不確定性誤差則只能通過改善軟硬件的精度來抑制。

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影響航天裝備命中精度的具體因素

影響航天裝備精度的因素很多，涉及到總體、分系統和單機三個層面，與總體相關的影響要素中包含有彈道、氣動、發動機、結構、安裝等方面，分系統影響要素中又包含制導控制、瞄準、彈頭等方面，單機影響要素則主要是慣性器件本身精度、誤差標定方法和控制計算機的計算、通訊能力等。

3.1

航天裝備系統總體參數

以航天裝備動力學模型、彈性模型、氣動參數、發動機參數等為代表的總體參數是控制系統設計的重要輸入，是控制系統實現穩定控制到高命中精度重要因素，制導控制方案設計及參數選擇都是基于這些模型和參數開展的，總體模型和參數的偏差必然引起制導控制誤差，這些是制導方法誤差的主要來源，需要控制系統和總體一同開展優化設計，減小偏差同時提升控制系統適應能力。

3.2

航天裝備內部力學環境

航天裝備發射與飛行過程中，經歷了彈體結構的彈性振動、航天裝備軸章動、航天裝備自轉運動、燃氣舵/空氣舵繞其鉸鏈軸的擺動、噴管動作等環境，慣性測量裝置在此工作環境中，局部力學環境及慣性測量裝置與環境頻率之間的匹配性將產生極為重要的影響，如果匹配不好，將嚴重影響慣性測量裝置的動態性能，甚至使其完全喪失工作能力。對航天裝備全彈和各分段進行振動模態試驗，測量航天裝備固有振動頻率、振型、阻尼比等模態參數和局部力學特性，為航天裝備測量及控制裝置的減振設計和合理安裝提供指導。從動力學、彈道和振動模態等方面，開展航天裝備總體結構優化設計，為慣性測量裝置提供良好的工作環境，從而保證和提高慣性測量裝置的使用精度。

3.3

中段誤差

中段誤差主要指，從制導系統工作結束到彈頭分離前的過程中一系列動作和因素對彈頭運動的影響產生的誤差，主要包括發動機后效推力、彈頭分離調姿的非力偶影響、彈頭分離干擾等。其中，發動機后效推力和非力偶調姿影響目前在大多數情況下都按誤差模型進行了補償，可消除大部分影響，通過進一步完善模型和補償方法減小殘余影響。

3.4

再入誤差

對于無控彈頭來說，彈頭高速再入大氣層雖然飛行時間短，但加速特性變化劇烈，嚴重的氣動加熱和惡劣的大氣環境使再入段干擾引起的落點偏差成為航天裝備總落點偏差不可忽略的部分。通常情況下，通過建立航天裝備再入誤差模型、優化再入角度對再入誤差進行補償，可以減小航天裝備的再入飛行誤差，這對提高純慣性制導的彈道航天裝備精度非常重要。

而高速飛行的航天裝備，特別是對于無控彈頭的再入飛行段，難以避免的氣動燒蝕使航天裝備結構在飛行過程中發生了較大變化，其氣動特性隨之發生了顯著變化，另外，彈頭自身的因素(質量偏心、動不平衡等因素等)影響，使再入段飛行彈道的散布較大，導致基于模型的再入誤差補償效果降低，造成較大的命中偏差。

另外，再入飛行段的初始條件，如彈道傾角、攻角、速度大小等，也會引起再入飛行段的彈道散布和命中偏差。

降低再入誤差，一方面需要通過優化航天裝備總體結構參數、提升抗燒蝕能力，優化彈頭自旋條件等，減小再入飛行本身的影響；另一方面，通過優化制導控制，提高制導控制精度，減小再入段的初始擾動，提高再入飛行精度。

3.5

引力異常

引力計算的局限性使航天裝備在飛行過程中，實際速度和位置產生偏差從而引起落點偏差。當彈道計算和控制精度要求較高時，引力異常對航天裝備精度影響不可忽略，誤差大小與彈道特性及地面引力異常值有關。通常可用引力異常算法分析航天裝備飛行中引力異常的影響，再用數值仿真計算引力異常對航天裝備導航精度的影響，根據仿真結果對引力異常造成的誤差進行補償，提高航天裝備精度。

3.6

導航初值誤差

慣性導航算法實質是一種積分運算，需要確定積分的初值，包括位置、速度和姿態的初值，導航初值誤差對導航精度影響較大。慣性導航初始化的關鍵是確定初始姿態，即初始對準。初始對準誤差是指初始調平與瞄準定向誤差，由于測量工具的測量誤差和對準方法誤差的存在，使得航天裝備初始對準存在一定的誤差，造成射擊偏差。另外，發射點的位置偏差和垂線偏斜等誤差因素也會引起初始對準誤差。初始對準誤差中的方位誤差可通過采用高精度的瞄準儀，提高光學瞄準精度，采用自瞄準方案時，對準精度則主要受慣性器件的精度影響。對于潛基、空基等動基座發射的航天裝備，初始的速度、位置偏差較大，而動基座條件下的姿態對準精度也會下降很多。

對導航初始姿態基準的修正可采用天文導航(如星光導航)來實現，星光導航不受人工或電磁場的干擾，自主性強，穩定性好，定位精度高。通過飛行過程中實時觀測恒星的位置，結合慣性導航姿態信息，可以解算出導航初始姿態偏差，再利用導航速度、位置誤差與初始姿態偏差的關系，可求解出初始姿態偏差引起的速度和位置偏差加以修正。對機動發射或水下發射等初始對準精度較差的彈道航天裝備來說，星光慣性制導的優點更為突出。

3.7

慣性器件精度和誤差補償方法

慣性器件的精度是制約航天裝備命中精度的重要因素之一，但隨著慣性器件的更新換代，器件本身的精度水平已有較大提高，從目前可達的器件精度水平為基礎，再往上提高的難度很大。另外，慣性測量裝置的誤差模型完善和誤差系數標定方法研究也是提升慣性器件精度的重要途徑，通過優化慣性器件的誤差模型和誤差系數標定和補償方法，使慣性器件的實際使用精度得到提升。

從系統使用方面，采用高性能彈載計算機，提高運算速度和存儲容量，提升以制導控制算法為核心的計算速度、通信速度，增加慣性器件采樣頻率等，也可提升慣性測量器件的實際使用精度。

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總結

綜上分析，影響慣性制導為主的航天裝備精度的因素涉及到總體、分系統、單機三個層面，精度的提升需要總體、分系統和單機共同努力實現，總體盡量提供良好的工作條件、精確的模型和參數等，控制系統在理論方法、模型優化、計算能力、通訊速率等方面開展工作，單機則努力實現器件級的高精度和高穩定性。

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總結

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