【科研资讯】美军的航空炸弹JDAM

百科   2024-10-18 21:06   黑龙江  

转载自:阿九与阿九



图1  激光制导JDAM
前面一直在说航天的事情,现在也来插播介绍一点航空的系统。
一、概述
联合直接攻击弹药(JDAM),杰达姆,使用机载全球定位系统(GPS)辅助惯性导航系统(INS)制导套件,配备MK 84、MK 82和BLU-109弹头。当制导装置与弹头和适当的引信结合时,就形成了JDAM制导炸弹单元(GBU)。JDAM制导装置使这些炸弹具有更高精度的恶劣天气能力。JDAM能够通过预先计划的任务数据从载机接收目标坐标,在携带期间通过机载传感器接收目标坐标,或者通过机组人员手动输入从第三方来源接收目标坐标。释放后,JDAM使用常驻GPS辅助INS制导系统自主引导至目标。JDAM武器可以在白天或晚上从高空或低空的防区外针对各种陆地和水面目标进行投放。


图2 JDAM基线作战概念

图3 GBU-54 LJDAM作战概念

二、接口

JDAM 配备有 MIL-STD-1760 接口,能够从各种飞机平台上发射。MIL-STD-1760 接口允许飞机对 JDAM 进行初始化和控制,并在释放前对 FMU-152 系列联合可编程引信进行编程。根据 JDAM 接口控制文件 (ICD) 和相关的飞机专用 JDAM ICD 附件,在主机和 JDAM 之间传输电源、1553 多路复用器和离散数据。JDAM 1760 脐带连接器允许辅助设备下载软件或测试武器。

三、制导与导航
JDAM 是一种 “坐标投弹”(BOC)武器需要输入准确的目标坐标目标坐标可通过任务规划数据传输装置(预先计划的任务)机载瞄准系统(自瞄准)驾驶舱数据输入面板手动传输给 JDAM。在所有情况下,JDAM 都需要以世界大地测量系统 (WGS)-84 坐标框架为参照的纬度、经度和高度(平均海平面 (MSL) 或椭球面以上高度 (HAE))为单位的目标坐标。JDAM 导航和制导算法使用 HAE如果提供的目标高度为 MSL,LJDAM 将使用包含地球重力模型 (EGM) 84(或 EGM-96,如果飞机选择)转换值的表格将 MSL 高度转换为 HAE。表中数值之间的数值会进行线性插值,从而产生一定的转换误差。从 WGS-84 以外的基准转换 MSL 可能会导致额外的误差。如有可能,应将目标高度作为 HAE 提供给 JDAM。

图 4 LJDAM制导

JDAM 的精确度取决于导航模式。主要导航模式是 GPS 辅助模式,这意味着 JDAM 的导航将在自由飞行期间通过高精度 GPS 辅助数据进行更新武器发射后,GPS 接收机迅速获取并跟踪卫星。一旦 GPS 接收机进入跟踪模式,它就会向 JDAM 任务计算机提供伪距和脱距测量值,从而获得精确的武器位置和速度。在 60 度或更大的弹着角下,使用 GPS 辅助的基准 JDAM 系统对水平目标的总精度为 5 米圆概率误差 (CEP)。在 GPS 辅助下,非激光制导 JDAM 的精度主要由目标位置误差 (TLE) 决定。当 GPS 信号被拒止时,一些 GPS 信号可能会被处理,但被跟踪卫星的几何形状可能会产生较差的 GPS 精确度稀释,单个伪距测量的噪声也会增加。因此,在 GPS 信号被剥夺的环境中,带有 GPS 辅助功能的基准 JDAM 的系统精度可能会下降。当武器报告的 GPS 信号拒止级别为 1 或 2 时,JDAM 将满足下表中的 GPS 性能要求。

后备导航模式 INS-Only 意味着 JDAM 在自由飞行期间无法获得 GPS 测量更新。JDAM 仅 INS 导航精度是飞机交接精度、目标位置误差和武器制导至目标期间 IMU 漂移率的函数。仅 INS 任务可能发生在武器飞行时间较短(没有足够时间获取和跟踪 GPS 卫星)或在 GPS 拒绝环境(即 GPS 干扰环境)中运行且 GPS 卫星获取不成功的情况下。对于弹着角为 60 度或以上、飞行时间少于 100 秒(轴上)或 90 秒(轴外)的水平目标,仅使用 INS 导航的精度规定为 30 米 CEP。仅 INS 精确度受武器飞行时间的影响很大,因此在典型的 JDAM 任务中,仅 INS 精确度超出了 30 米的要求。飞行测试数据表明,纯 INS 性能优于规定值,100 秒飞行的 CEP 约为 19 米,60 秒飞行的 CEP 约为 7 米(当飞机提供 GPS 质量的位置移交时)。

上述内容同样适用于 LJDAM,但 LJDAM 增加了根据激光测量结果将目标坐标更新为预测瞄准点的功能。传感器组件使用来自地面或机载激光瞄准器的激光能量来测量 LOS 角。LJDAM 任务计算机增加了对预测目标位置进行精确估计的功能,使终端制导模式能够将 LJDAM 引导到激光点。新的终端制导模式可提供持续的制导指令,直到撞击为止。

四、任务规划

JDAM 的任务规划是在部队一级使用 JDAM 飞机/武器/电子 (A/W/E) 软件应用模块完成的,该模块与当前的计算机化任务规划系统核心软件功能和主机飞机 A/W/E 软件功能集成在一起。JDAM A/W/E为规划人员提供了将JDAM目标释放点分配给一种或多种武器输入相关数据(如目标坐标、释放参数和引信数据)以及执行弹道计算以确认/实现预期任务目标的能力。图 5 展示了 JDAM 武器的撞击条件。

JDAM A/W/E 包括一个软件模块,提供图形用户界面、武器 “飞出 ”模型和分析工具。主要功能包括管理所有目标数据的 “目标管理器 ”窗口和管理武器释放点和条件的 “释放管理器 ”窗口。JDAM A/W/E 通过信息和数据文件与主机 AWE 集成运行。所有 JDAM 任务数据,包括 GPS 密码密钥和星历数据,都由飞机 A/W/E 存储在飞机数据传输设备 (DTD) 上,以便随后传输到主机。预先计划的任务数据、全球定位系统数据和目标数据将通过大规模数据传输(MDT)自动从 DTD 传输到 JDAM。JDAM A/W/E 还提供打印数据,供机组人员在执行任务期间在飞机上使用。

图5 JDAM攻击条件

JDAM 武器需要主机飞机提供目标数据,以确定目标位置和武器撞击参数。每枚 JDAM 武器可存储多达八个目标数据集。在武器释放之前,必须选择其中一个目标数据集 (TDS) 作为首选目标。下表列出了单个目标的 TDS 中可能包含的数据。TDS 栏中标明为 “需要 ”的参数是 JDAM 武器完成任务所需的最小 TDS 参数。可选 "数据可提高武器的操作和性能。

JDAM 任务的成功在很大程度上取决于目标坐标的精确度。提供给任务规划人员的 JDAM 目标坐标精度应精确到万分之一弧分,或尽可能精确到百分之一弧秒。自动 JDAM 任务规划功能支持以这两种格式输入目标坐标。

五、导航/制导部件

环形激光陀螺 (RLG) IMU 为任务计算机提供加速度和姿态速率,用于导航。加速度和姿态速率数据随时间进行整合,以计算导航和制导所需的武器位置和速度数据。目前战场上有两种 IMU 变体:A 级和 B 级 IMU。A 级 IMU 符合所有武器系统的精度要求。A 级和 B 级 IMU 包含相同的组件,具有相同的功能;但是,某些 B 级组件满足放宽的 INS-Only(无 GPS 更新)精度要求。目前的 JDAM 生产尾翼套件只使用 A 级 IMU。

仅 INS 精确度在很大程度上取决于飞机交接精确度、特定武器弹道和武器飞行时间。标称的武器飞行时间通常少于用于规定 JDAM 仅 INS 精度性能的 100 秒飞行时间。图6显示了最小规格 IMU 的预测撞击 CEP 与飞行时间的函数关系,假定名义飞机交接和典型的 JDAM 弹道。

图 6 IMU精度

探测器组件是捷联传感器。它提供宽广的线性视场。探测器组件可接收并跟踪激光光斑,并提供传感器孔眼与激光光斑之间的方位角和仰角视线角。探测器组件基于一个四象限探测器(见图7)。四象限探测器检测目标反射的激光能量,并将撞击探测器的光子能量转换为电流。利用每个象限接收到的能量的相对大小来计算方位角和仰角。


图7 LJDAM的激光制导导引头


图 8 激光导引头四象限探测器

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