关于天线罩瞄准线误差斜率补偿方法探究

摘 要：分析寻的导弹天线罩瞄准线误差形成的原因以及所带来的严重影响，在现有补偿方法的基础上，提出了一种基于现有工艺水平的工程上易于实现且性价比较高的一种补偿方法。通过基于该方法设计的微机对消装置补偿模型经试验验证，其有效性和可行性得到了验证。

关键词：寻的导弹 天线罩 瞄准线误差补偿 微机对消装置

中图分类号：TJ765 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0012-02

目前地空导弹多采用雷达制导的寻的方式，而拦截的目标也在逐步变化为高速高机动目标。该类型导弹总是要求导引头天线能够接收到电磁波的全部信息，使导引头天线能够指向真实目标，为导弹提供真实的目标运动信息；但受天线罩外形和材质的影响，其对电磁波的折射和反射作用严重影响了导引头天线的测量精度，使其指向一个虚假的目标方向，造成瞄准线误差。此误差随电磁波透过罩壁入射角的变化率称为天线罩瞄准线误差斜率。天线罩瞄准误差斜率对导弹制导控制系统的稳定性有很大的负面影响，当超过一定限度时会引起导弹系统失稳而造成脱靶。故探寻各种有效减小或消除天线罩瞄准线误差或瞄准线误差斜率的补偿方法，一直是寻的导弹研制过程中一个重要的课题。

1 瞄准线误差的形成及对系统的影响

导引头带天线罩工作后，由天线罩壁插入相位差异造成的相位失真，反射、吸收等造成的能量损耗会引起天线方向性图的畸变，致使带天线罩后天线主瓣电轴产生偏移，当导引头通过天线罩测量目标时，使导引头测量的目标位置看起来好像从原来位置移开了一个角度，这个角度就是天线罩的瞄准线误差（见图1）。

为导弹俯仰角；为目标视线角；为视在目标视线角；为天线轴和弹轴间的夹角，即天线转角；为目标视线与弹轴间的夹角，即视角；为天线的跟踪误差。

由于罩壁条件不同，对于不同的视角，电轴的偏移是不同的，瞄准线误差随视角的变化关系记作，天线罩的瞄准线误差曲线的斜率称为天线罩瞄准线误差斜率，记作A，当A>0时，称瞄准线误差斜率为正；当A

在寻的制导控制系统中，导引头是用来测量视线角速度的。当有天线罩存在时，导引头输出信号由两部分组成：真实的视线角速度分量和天线罩引起的虚假分量。利用图1的几何关系，有：

（1）

（2）

式中，是天线罩瞄准线误差斜率。

是导引头测得的视线角速度中的虚假分量，该分量取决于天线罩误差的斜率A，而且视线角速度、弹体转动角速度也影响着该分量的量值。应指出，由于弹体转动角速度较视线角速度大得多，因此，由天线罩引起的视线角速度虚假分量对导引头的测量精度、对制导系统的性能有严重的影响。

2 天线罩瞄准线误差斜率常用补偿法

天线罩瞄准线误差斜率常用的补偿方法一般可分为机械加工补偿和数字电路补偿两种。

2.1 机械加工补偿

机械加工补偿一般是通过工艺上的精心设计而制造出具有小A的天线罩，或以机械加工研磨补偿、喷涂补偿材料等方法以得到变壁厚的天线罩。

现有的文件中有采用局部修磨方法降低瞄准线误差斜率，就是属于机械加工补偿方法。这种补偿方法是把天线罩误差斜率理论与实测数据相结合，经过分析计算，从而确定对天线罩内表面局部区域的改进加工。这就是目前以前使用较多的“局部修磨法”，即通过对天线罩内表面局部区域的小量修磨，达到调整和改进天线罩误差斜率性能的目的。显然这种方法降低对天线罩本身制造工艺和性能一致性要求，而且该方法直接也十分有效。但是该方法在修磨前需要通过测量计算处天线罩瞄准线误差斜率的变化规律，并根据该规律设计天线罩变壁厚规律，这个工作量十分大，且实际实现工艺相对复杂，且效果不是特别立项，过分依赖人为工艺和检验要求。

2.2 数字电路补偿

数字电路补偿方法是通过数字补偿电路在导引头模拟器中引入一个相应的对消分量，来和导引头信号进行叠加，就基本上可以实现对天线罩瞄准线误差斜率A的消除，使得最终用于参与控制的输入信号变为接近理想的无天线罩状态的控制信号，从而很好的改善天线罩带来的瞄准线误差影响。

数字电路补偿方法的特点是设计灵活、电气参数调整方便，且对天线罩的加工材料和罩璧厚度均无特殊要求。现在有很多的利用现代控制理论的方法进行天线罩瞄准线误差斜率补偿，例如利用BP网络补偿瞄准线误差，根据Kolmogorov定理关于BP网络在Eucilid空间中映射关系（即信息处理功能）的证明，结合导引头天线罩瞄准线误差产生的原因和特点，实际可以利用一个三层的BP网络将导引头天线视角、辐射波极化方向的量化值及辐射波频率值映射而得到与天线罩瞄准线误差等价的信号，用以作为补偿信号进行天线罩瞄准线误差斜率的补偿。该方法不再对天线罩加工工艺有过高的要求，也无需完整准确地建立各相关部分的数学模型，反而充分考虑各种复杂因素的介入和多变量间的耦合问题，为实现最大限度地减小该误差对系统的不良影响提供了条件。但BP算法的学习速度很慢，算法低效，而且BP网络训练失败的可能性很大，而且很难解决实际问题的实例模型和网络规模间的矛盾，网络结构的选择目前也尚无一种统一而完整的理论指导，一般只能由经验选定，总之利用BP网络补偿瞄准线误差的方法目前在工程上实现还处在理论阶段，实现困难太大，代价太高。

3 基于微机对消装置的补偿方法

天线罩电性能测试采用寻零法，利用目标特性大暗室天线罩测试系统，采用开环寻零方式的天线罩电性能测试系统，利用扫描架带动发射天线测试差波束方向图，再寻找最小值获得零位。当天线罩转到某角度时，比较带罩状态下和无罩状态下差方向图零深位置的变化，通过计算分析得到天线罩的瞄准线误差。根据测试的瞄准线误差，按照要求通过计算分析得到天线罩瞄准线误差斜率。

为了检验天线罩瞄准线误差的一致性，确定补偿模型，我们首先对某个天线罩进行多次测量，得出同一个天线罩多次测量，瞄准线误差的大小会有区别，但曲线形状及拐点出现的位置均比较一致。因此，认为用测量曲线作为基准拟合出补偿模型是可行的。

接下来需要根据测量结果拟合出补偿模型，本着工程应用简单有效的原则，采用分段二阶线性拟合的方法得到天线罩补偿模型，输入为俯仰、偏航两个方向的天线转角，输出为俯仰、偏航两个方向的天线罩瞄准线误差补偿值。

天线罩瞄准线误差统计模型可表示为：

，

式中、分别为俯仰、偏航两个方向的误差补偿值，将补偿值经过导引头模拟器传递函数后与导引头输出的制导指令相减，就可以得到补偿后的指令，进入制导控制系统进行制导控制。（见图2）

4 仿真结果分析

为了研究天线罩对脱靶精度的影响和天线罩补偿的效果，以及瞄准线误差一致性对补偿效果的影响，采用将实测误差值数字化的方法对数字仿真中的天线罩瞄准线误差数学模型进行修正，具体实现方法：首先选取一个基准值，根据导引头天线合成转角求出合成误差，再将合成误差分配到俯仰、偏航两个方向上去。

选取一条15 km×30 km的亚音速高远弹道进行100次数字仿真，分为补偿和不补偿两种情况，结果如表1。

可以看出，在完全补偿的情况下，制导精度可以得到明显改善。

5 结语

利用微机对消装置进行天线罩瞄准线误差补偿的方法，充分考虑了多通道寻的导弹工作时由于天线罩引进的误差，在考虑现有的工艺水平和能力的基础上，提出的最合理经济且可行的方法，适合在工程上推广使用。该方法对天线罩制造的一致性提出了较高要求，实际使用中需进行严格把控。

参考文献

[1] 宋银锁.用局部修磨法降低陶瓷天线罩的瞄准误差斜率[J].航空兵器，2004（5）.

[2] 李小兵，刘兴堂，邓建军，等.《补偿天线罩瞄准线误差的方法研究[J].弹箭与制导学报，2002（S1）.

[3] 宋银锁.天线罩瞄准误差测量原理和方案分析[J].航空兵器，1996（5）.