【科研资讯】美军的航空炸弹JDAM(2)--精度与控制

百科   2024-10-25 20:48   黑龙江  

转载自:阿九与阿九


一、精度

JDAM的一个重要特征是,无论WGS 84目标坐标如何生成(机载瞄准系统、JTAC联合终端攻击控制器、测定值、LJDAM激光导引头),JDAM/LJDAM将始终引导到传输到武器的一组WGS 84目标坐标、纬度、经度和高度。WGS 84目标坐标的精度是发送的目标坐标与真实WGS 84目标坐标的接近程度的度量。在下面的讨论中,真实WGS 84目标坐标和传输的目标坐标之间的差异被定义为绝对目标位置误差(TLE),如下图所示。

图1  相对瞄准概念1

当目标被机载瞄准系统(pod)或地面指示器指定时,瞄准系统会感测量从pod/指示器位置到地面指定点的视线(LOS)矢量或相对位置矢量。该矢量由相对于吊舱视轴的方位角、俯仰角以及从吊舱到指定点的视线范围来定义。给定一个理想的相对位置矢量和一个理想的pod导航位置和姿态(偏航、俯仰和滚转),飞机可以计算出一组等于真实目标位置的WGS 84坐标,如下图所示。

图2 相对瞄准概念2

但是,没有零导航误差和/或完美视线矢量测量的瞄准系统。鉴于这一事实,可以预期计算的目标坐标将具有与坐标推导时瞄准平台的导航误差相对应的误差分量,以及与瞄准传感器的视线测量误差(方位角、仰角和距离误差)相对应的误差分量。因此,当坐标偏移与指定处的瞄准系统位置组合时,所得WGS 84坐标并不精确地位于真实目标处,而是由于机载瞄准系统的导航和测量误差而移位。首先,考虑飞机导航误差为零的情况。感测目标仅由于传感器误差而偏离真实目标,如图3所示。


图3 相对瞄准概念3

现在假设飞机导航误差非零。因为目标坐标是通过将目标相对于飞机导航位置的相对位置相加来计算的,所以感测到的目标传感器误差引起的TLEGPS交接切换误差引起的TLE之和使坐标偏离真实目标,如图4所示。

图4 相对瞄准概念4

假定这些条件关系,在其正常GPS操作模式下发射的JDAM将从其导航解中消除飞行器切换误差,使其引导到上图中的传输目标。然后,系统未命中将是一个小的JDAM GPS辅助导航误差绝对TLE的组合。绝对TLE将是由于切换误差引起的TLE,和由于传感器误差引起的相对TLE两者的组合。如果目标飞机在指定处的导航误差很大,将JDAM重置为GPS导航参考系可能会显著增加系统与真实目标的脱靶距离。

由于在释放时,位置切换误差可能对绝对TLE和JDAM导航都很常见,如果JDAM在整个飞行过程中精确地保留了切换位置误差,则可以有效地从最终脱靶距离中消除切换误差。

有两种方法可以保留位置切换误差:(1)禁止JDAM捕获GPS卫星;(2)调用JDAM相对瞄准模式(RT

禁止GPS捕获卫星带来两种弊端:(1) JDAM在发布后没有任何GPS测量值来校正JDAM IMU漂移;(2)任何速度切换误差都不会通过GPS测量值进行校正,而是会在飞行过程中进行积分,以产生额外的系统脱靶。IMU漂移和速度误差都会随着武器飞行时间的变化而增加脱靶距离。然而,如果调用RT,武器会创建一个有偏差的GPS辅助解决方案,在整个武器飞行过程中,将飞机的位置切换误差保留在CEP1-2米以内。这个1-2m的误差项被定义为武器相对导航误差。这意味着RT模式下的总系统误差可以大约减少到,相对TLE+武器相对导航误差+目标坐标推导时间和武器释放时间之间飞机位置误差的变化

为了使RT有效地消除位置切换误差,绝对TLE的飞机位置误差分量必须与武器投放时的飞机位置误差相同。JDAM传输对准是一个从通电后不久到武器投放的连续过程。传递对准过程将导致JDAM在传递对准的前一两分钟后的任何时间都具有与飞机相同的位置误差和非常接近的速度误差。然而,由于传递对准是一个连续的过程,由机载传感器指定目标和释放之间的任何时间延迟都会导致传递误差被施加到发射的目标,该传递误差不同于释放时传递给JDAM的传递误差。

如果飞机导航系统由于飞机GPS更新丢失或其他导航系统异常而退化。该切换错误差异的效果是创建另一个TLE错误分量,该TLE错误分量等于指定时的切换错误和释放时的切换错误之间的差异。虽然RT可以消除释放时的切换错误,但指定和释放时的切换错误之间的差异不能。因此,系统未命中增加,并且武器将引导到由于传感器误差、由于切换误差差和武器相对导航误差而被相对TLE偏移的点。

当LJDAM被命令进入相对瞄准模式时,将对其GPS辅助导航解决方案施加偏差,以在武器的整个飞行过程中保持飞机导航位置切换误差,直到LJDAM开始使用激光测量(如果可用)来更新估计的目标位置和速度矢量。


二、飞行控制

1、飞行包络
基准 JDAM 能够在平飞、俯冲和高空飞行路径角度下释放。可在负 45 度至正 45 度的飞行轨迹角上实施释放。JDAM 制导法则将从释放点发出最佳弹道指令,以获得计划的目标撞击条件。JDAM 具有向单一水平目标瞄准点投放多种武器的能力。制导装置可控制 JDAM 武器的末端弹道,使撞击角达到 60 度或更大(相对于水平或垂直目标平面),撞击时的总惯性攻角小于 2 度。
作为激光武器使用的 LJDAM 通常仅限于平飞释放(飞行轨迹角为 -5 至 +5 度),但提供了 20 度、30 度和 45 度俯冲情况下的 “经验法则 ”表。
基准 JDAM 武器具有较大的作战范围,以适应各种主机飞机平台和作战方案。飞机的运载、释放和使用包络线与飞机的具体飞行许可相一致。请注意,最大使用高度下的最小使用空速也是引信和引信动力源的函数。
如下表所示,作为激光武器使用的 LJDAM 在释放速度和高度上受到更多限制。


2、飞行特性

JDAM 的升力和机动性能通过弹带得到增强。总航程和机动性能是释放时动能(质量和速度)和势能(高度)的函数。JDAM 制导采用从释放到最终撞击矢量的最佳飞行路径,最终撞击矢量由从目标坐标投射的指令撞击角和撞击方位角确定。JDAM 制导系统并不具体控制撞击速度,但会对可用能量进行最佳权衡,以尽可能高的速度沿计划撞击矢量到达目标点。如果没有足够的能量沿计划的撞击矢量到达目标,制导算法将对撞击矢量进行权衡以到达目标。下图显示了执行离轴任务的 JDAM 武器的概念飞行剖面图。

图5 JDAM 自由飞行剖面图 - 离轴

图 6 和 图7 显示了作为撞击和释放角度函数计算的 JDAM 弹道示例。制导算法能够在大面积范围内实现陡撞和浅撞。

图6 弹道与攻击角度之间函数关系

图7 弹道与释放角度之间函数关系



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