Система наведения. Система наведения объекта вооружения на цель

Наведение ракет

процесс изменения траектории управляемой ракеты, направленный на уменьшение расстояния между ней и целью. Минимальное расстояние между целью и ракетой, характеризующее точность наведения, называется конечным пролётом. В процессе Н. р. сигналы управления строятся на базе прогнозированного значения точности наведения - так называемого текущего пролёта, построенного с учётом гипотезы о движении цели. В предположении прямолинейности её движения текущий пролёт есть вектор, перпендикулярный касательной к траектории ракеты относительно цели и равный по модулю расстоянию от цели до касательной. Отличие поведения цели от её поведения по принятой гипотезе и возмущения, действующие непосредственно на ракету и мешающие точному воспроизведению заданного управления, приводят к необходимости построения замкнутой системы автоматического управления, использующей текущий пролёт в качестве ошибки регулирования. Случайные ошибки измерения текущего пролёта заставляют строить систему наведения как систему статистического оценивания. Таким образом, процесс наведения состоит в измерении относительных координат ракеты и цели, статистическом оценивании текущего пролёта, формировании по нему заданного управления и воспроизведении последнего ракетой. На практике оценивание текущего пролёта удобно заменять оцениванием некоторых величин, связанных с ним линейным оператором, например, оцениванием угловой скорости движения линии - цель, линейного рассогласования и т. д. Различают системы автономного наведения, само- и теленаведения. Системы автономного наведения отличаются тем, что координаты цели определяются заранее и в процессе наведения для компенсации начальных ошибок и текущих возмущений используются только измерения абсолютных координат ракеты. В системах самонаведения относительные координаты цели измеряются устройством, установленным непосредственно на борту ракеты, - головкой самонаведения. В системах теленаведения абсолютные или относительные координаты ракеты и цели измеряются с некоторой вынесенной точки (наземной установки, борта самолёта, корабля и т. д.), по ним оценивается текущий пролёг и формируется , который передаётся через в качестве заданного управления на ракету.
Принципы автономного наведения применяются в баллистических и крылатых ракетах, предназначенных для поражения заранее выбранных целей. Здесь для измерения координат ракеты применяются инерциальные системы, корректируемые в случае больших дальности и времени полёта измерениями скорости с помощью доплеровского измерителя или линейных координат сопоставлением, например, высоты полёта с картой местности ( Боинг AGM-86B, США). Самонаведение используется в большинстве ракет, предназначенных для поражения подвижных целей (самолётов, кораблей), а также излучающих объектов (например, ракеты «Сайдуиндер», США; «Экзосет», Франция). Теленаведение, применяется главным образом для зенитных ракет, так как на самолёте трудно разместить радиолокационную станцию, обеспечивающую достаточную точность наведения авиационной ракеты. Теленаведение применяется и в случае включения в контур наведения человека-оператора (например, ракета «Булпап», США). Указанные выше три типа систем наведения в ряде случаев комбинируют. Так, объединение автономного наведения и самонаведения используется в случае применения полуактивных головок самонаведения непрерывного излучения, способных захватывать цель только после удаления ракеты от радиолокационной станции, осуществляющей подсвет цели (например, ракеты «Спарроу», «Феникс», США). В зенитном комплексе конца 80-х - начала 90-х гг. «Патриот» (США) наземная система осуществляет совместную обработку измеренных наземной станцией абсолютных и полученных на борту ракеты относительных координат цели с передачей команд по радиоканалу. В ракете класса « - воздух» AMRAAM (США) используется сложная комбинированная система, включающая систему инерциальной навигации, измеряющую координаты ракеты и осуществляющую автономное наведение ракеты по прогнозируемым данным о движении цели; систему измерения текущих координат цели и передачи их на борт ракеты для коррекции инерциальной системы; систему самонаведения, корректирующую инерциальную систему на конечном участке полёта.

Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская Энциклопедия . Главный редактор Г.П. Свищев . 1994 .

Смотреть что такое "Наведение ракет" в других словарях:

наведение ракет Энциклопедия «Авиация»

наведение ракет - Относительное движение ракеты и цели. наведение ракет процесс изменения траектории управляемой ракеты, направленный на уменьшение расстояния между ней и целью. Минимальное расстояние между целью и ракетой (см. рис.), характеризующее… … Энциклопедия «Авиация»

Способ управления, при котором силам или оружию задаются параметры движения (направление, скорость, высота и др.), выводящие их в тот район, где находится объект противника, на расстояние, необходимое для решения поставленной задачи Наиболее… … Морской словарь

Наведение - способ управления, при котором силам (ПЛ, авиационным ЛА) или оружию (ракетам) задаются параметры движения (направление, скорость, высота и др.), выводящие их к намеченным для поражения объектам противника. Н. ЛА может быть приборным… … Словарь военных терминов

ракеталарды радиодан берілетін әмір бойынша бағыттау - (Наведение ракет по радиокомандам) қ. Басқарудың әмір беру әдісі …

ракетаны радиолокациялық карта бойынша бағыттау - (Наведение ракет по радиолокационной карте) ракетада орналасқан арнайы радиоэлектронды қондырғының көмегімен қанатты ракеталарды қозғалыстың соңғы бөлігінде нысанаға дербес бағыттау тәсілі. Р.р.к.б.б. жергілікті жердің радиолокациялық картасы… … Казахский толковый терминологический словарь по военному делу

сәуле бойынша ракетаны бағыттау - (Наведение ракет по лучу) радиолокациялық станция бағыттылық максимум диаграммасына жақын ұстау жолымен нысанаға қарай бет алған ракетаны бағыттау әдісі. Ол нысананы жойғанға дейін жүргізіледі. Бұл – басқарудың пәрменді жүйесінің бір тәсілі,… … Казахский толковый терминологический словарь по военному делу

ракета - Рис. 1. Аэродинамические схемы управляемых авиационных ракет. ракета авиаци … Энциклопедия «Авиация»

Книги

Наведение и навигация баллистических ракет , Лев Лысенко , Изложены научные и методологические основы наведения и навигации летательных аппаратов баллистического типа. Рассмотрены вопросы программирования движения (задачи наведения) и… Категория:

Под системой управления управляемой ракетой понимается совокупность устройств, определяющих положение ракеты и цели и обеспечивающих выработку команд управления и наведение ракеты на цель в течение всего времени полета до встречи с целью. Система управления обеспечивает также решение ряда других задач, предшествующих наведению ракеты на цель (управляет процессами подготовки пуска, самого пуска ракеты и др.)

Можно представить бесчисленное количество траекторий сближения ракеты с целью. Очевидно, из всего количества возможных траекторий при стрельбе по цели необходимо использовать одну, наиболее целесообразную с точки зрения тактических и технических соображений траекторию. Требуемая траектория сближения ракеты с целью задается уравнениями связи, определяющими движение ракеты в зависимости от координат и параметров движения цели. Характер этих связей обусловливается выбором метода наведения.

Следовательно, для сближения ракеты с целью, система управления в каждый момент времени должна не только иметь информацию о координатах и параметрах движения пели и ракеты, но и задавать характер связи между ними, определять меру нарушения этих связей и на основания этого вырабатывать команды управления, обеспечивающие движение ракеты по требуемой траектории.

Выработка команд управления, т. е. наведение зенитной управляемой ракеты на цель, как правило, осуществляется лишь по направлению в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Меру нарушения связи в каждой плоскости наведения принято называть параметром управления или сигналом рассогласования. Этот сигнал пропорционален отклонению регулируемой величины от требуемого значения, т. е. является ошибкой системы управления. Система управления, изменяя направление полета ракеты, все время должна работать на устранение этой ошибки и держать ее в таких пределах, при которых обеспечивается заданная точность сближения ракеты с целью.

Системами телеуправления называются такие системы, в которых требуемое движение ракеты определяется наземным пунктом наведения, непрерывно контролирующим параметры траектории цели и ракеты. В зависимости от места формирования команд (сигналов) управления рулями ракеты эти системы делят на системы наведения по лучу и командные системы телеуправления.

В системах наведения по лучу направление движения ракеты задается с помощью направленного излучения электромагнитных волн (радиоволн, лазерного излучения и др.). Луч модулируется таким образом, чтобы при отклонении ракеты от заданного направления ее бортовые устройства автоматически определяли сигналы рассогласования и вырабатывали соответствующие команды управления ракетой.

В командных системах телеуправления команды управления полетом ракеты вырабатываются на пункте наведения и по линии связи (линии телеуправления) передаются на борт ракеты. В зависимости от способа измерения координат цели и определения ее положения относительно ракеты командные системы телеуправления делятся на системы телеуправления первого вида и системы телеуправления второго вида. В системах первого вида измерение текущих координат цели осуществляется непосредственно наземным пунктом наведения, а в системах второго вида - бортовым координатором ракеты с последующей их передачей на пункт наведения. Выработка команд управления ракетой как в первом, так и во втором случае осуществляется наземным пунктом наведения.

Самонаведением называется автоматическое наведение ракеты на цель, основанное на использовании энергии, идущей от цели к ракете. Головка самонаведения ракеты (ГСН) автономно осуществляет сопровождение цели, определяет параметр рассогласования и формирует команды управления ракетой.

По виду энергии, которую излучает или отражает цель, системы самонаведения разделяются на радиолокационные и оптические (инфракрасные или тепловые, световые, лазерные и др.).

В зависимости от места расположения первичного источника энергии системы самонаведения могут быть пассивными, активными и полуактивными.

При пассивном самонаведении энергия, излучаемая или отражаемая целью, создается источниками самой цели или естественным облучателем цели (Солнцем, Луной). Следовательно, информация о координатах и параметрах движения цели может быть получена без специального облучения цели энергией какого-либо вида.

Система активного самонаведения характеризуется тем, что источник энергии, облучающий цель, устанавливается на ракете и для самонаведения ЗУР используется отраженная от цели энергия этого источника.

При полуактивном самонаведении цель облучается первичным источником энергии, расположенным вне цели и ракеты.

Методом наведения называется заданный закон сближения ракеты с целью, который в зависимости от координат и параметров движения цели определяет требуемое движение ракеты, обеспечивающее попадание ракеты в цель. Рассмотрим некоторые из существующих методов.

Положение ракеты относительно цели однозначно определяется расстоянием между ракетой и целью и направлением в пространстве линии ракета - цель. Если движение цели задано, то изменение этих координат во времени однозначно определяет траекторию полета ракеты (рис. 1).

Рис. 1. Углы и вектора системы ракета (Р) – цель (Ц).

Метод погони – направление на цель совпадает с направлением оси ракеты :

Метод наведения с постоянным углом упреждения :

Метод пропорционального сближения − скорость поворота вектора скорости ракеты пропорциональна угловой скорости поворота вектора ракета-цель:

В данной работе для имитации АСУ ПТУР будет использован метод погони, для которого примерная траектория полета ракеты и цели показана на рис. 2.

Рис. 2. Траектория цели и ракеты при методе погони.

Командные системы телеуправления – управления полетом осуществляется с помощью команд, формируемых на ПУ и передаваемых на истребители или ракеты.

В зависимости от способа получения информации различают:

–командные системы телеуправления I вида (ТУ– I);

–командные системы телеуправления II вида (ТУ– II);

Системы самонаведения –системы, в которых управление полетом р осуществляется командами управления формируемыми на борту самой ракеты.

При этом информация необходимая для их формирования выдаётся бортовым устройством (координатором).

В таких системах используется самонаводящиеся р, в управлении полётом которых ПУ участие не принимает.

По виду энергии, используемой для получения информации о параметрах движения цели различают системы – активные, полуактивные, пассивные.

Активные – системы самонаведения, в которых источник облучения цели установлен на борту р. Отражение от цели сигналы принимаются бортовым координатором и служат для измерения параметров движения цели.

Полуактивные – источник облучения ЦЕЛИ размещён на ПУ. Отраженные от цели сигналы используются бортовым координатором для изменения параметров рассогласования.

Пассивные – для измерения параметров движения ЦЕЛИ используется энергия, излучаемая целью. Это может быть тепловая (лучистая), световая, радиотепловая энергия.

В состав системы самонаведения входят устройства, измеряющие параметр

рассогласования: счётно-решающий прибор, автопилот и рулевой тракт.

Система теленаведения – системы управления ракетами, в кот. команды управления полетом формируются на борту ракеты. Их величина пропорциональна отклонению ракеты от равносигнального управления, создаваемого радиолокационными визирами пункта управления.

Такие системы называются системами наведения по радиолучу. Они бывают однолучевые и двухлучевые.

1-устройство сопровождения цели и наведения ракеты;

2-пусковое устройство;

3-устройство наведения ракеты.

Комбинированные системы наведения –системы, в кот. наведение ракеты на цели осуществляется последовательно несколькими системами. Они могут находить применение в комплексах дальнего действия. Это может быть комбинация командной сист. телеуправления на начальном участке траектории полета ракеты и самонаведение на конечном, или наведение по радиолучу на начальном участке и самонаведение на конечном. Такая комбинация систем управления обеспечивает наведение ракет на цели с достаточной точностью при больших дальностях стрельбы.

Рассмотрим теперь боевые возможности отдельных ЗРК ПВО стран НАТО.

ЗРК большой дальности

–ЗРК – «Найк–Геркулес» – предназначен для поражения целей на средних, больших высотах и в стратосфере. Он может применятся для поражения наземных ЦЕЛЕЙ ядерными боеприпасами на Д до 185км. Находится на вооружении армий США, НАТО, Франции, Японии, Тайваня.

Основной тактической единицей ЗРК является ЗР дивизион, в состав которого входит 4 батареи.

Батарея состоит из 3 огневых секций (по три ПУ в каждой) и др. элементов

Для соответственной ПВО каждая батарея имеет 8 зенитных 12,7 пулеметов.

Количественные показатели

Зона обстрела – круговая;

Д max предельной зоны поражения (где еще возможно поражение цели, но с низкой вероятностью);

Ближняя граница зоны поражения =11км

Нижняя Граница зоны пор.–1500 м а Д=12км и до Н=30км с увеличением дальности.

V max p.–1500м/с;

V max пораж.р.–775–1200м/с;

n max рак.–7;

t навед (полета) ракеты–20–200с;

Темп стрельбы–за 5мин→5 ракет;

t / разверт. Подвижного ЗРК –5–10ч;

t / свёртывания – до 3ч;

Системы наведения ракёт разделяются на командные, в которых управляющая информация передается на ракету из

внешнего пункта, и системы самонаведения, в которых относительное положение цели определяется на ракете. Изменение направления полета может производиться, например с помощью четырех независимо управляемых рулей в случае крылатых ракет или реактивной силой в случае баллистических ракет . Радиолокационное сопровождение облегчается, если возможно получить отраженный сигнал от установленных на ракетах уголковых отражателей или ответчиков. В последнем случае, если уменьшение точности по дальности недопустимо, разброс времени задержки не должен превышать 6 нсек .

Рис. 25. 22. Радиолокационное наведение и управление ракетами: а - управление по радиолинии; б - наведение по радиолучу; в - активное самонаведение методом пропорционального наведения. (См. .)

В аппаратуру ответчика на ракете , работающего на частоте входят шифраторы для опознавания, система приема команд и телеметрические блоки. Антенна ответчика должна иметь всенаправленную диаграмму; на частотах можно использовать антенные решетки, содержащие от 3 до 12 синфазных элементов, равноудаленных по периметру ракеты, с поляризацией, параллельной ее оси. Для ответчиков на борту ракеты также используются антенные щелевые решетки, которые могут давать круговую поляризацию небольшие излучающие диполи из ферритов и некоторые субминиатюрные конструкции.

При наведении по команде с помощью радиолинии используются две радиолокационные установки с автоматическим слежением, которые соответственно определяют положение ракеты и цели, как показано на рис. 25.22, а. По этим данным вычислительная машина определяет относительное положение цели и ракеты и вырабатывает команды управления, которые передаются на ракету по радиолинии. Типичная система автоматического сопровождения измеряет дальность, как описано в разд. 25.4.3, путем передачи несущей с опорной модуляцией и измерения фазы отраженного сигнала.

Производится как грубое, так и точное определение дальности; на ракете имеется когерентный ответчик. Измерение дальности производится тремя приемными станциями, расположенными в трех различных фиксированных пунктах, что позволяет вычислить пространственные координаты ракеты. Основным недостатком такого метода наведения по командам является то, что при запуске нескольких ракет необходимо во столько же раз увеличивать основной состав наземной аппаратуры, а также то, что при увеличении дальности точность наведения уменьшается.

При наведении по радиолучу на ракете с хвостовой стороны установлена антенна, которая принимает сигнал, посылаемый по лучу радиолокатора сопровождения цели с коническим сканированием, как показано на рис. 25.22, б. При отклонении ракеты от курса этот сигнал будет модулироваться согласно уравнению (25.16); луч несет также дополнительную кодированную модуляцию, которая определяет фазу сканирования. В одном случае по периметру цилиндрической ракеты через промежутки в 90° были установлены четыре антенных элемента. При любом отклонении ракеты в этих антенных элементах возникают неодинаковые сигналы, что позволяет измерить ошибки по азимуту и углу места. Эти данные в сочетании с приближенными данными о дальности ракеты используются после преобразования к декартовым координатам для выработки необходимых команд, которые управляют рулями. Для компенсации ошибок, обусловленных сдвигом луча и возможным параллаксом, имеется наземное вычислительное устройство. Обычно угол сканирования луча равен приблизительно 3°, хотя иногда на начальной стадии запуска для облегчения захвата ракеты может использоваться более широкая диаграмма направленности порядка 40°, излучаемая на несколько отличающейся частоте.

При возрастании дальности вследствие увеличения линейных размеров луча линия визирования, на которой находится наводимая ракета, становится менее точной; кроме того, возникают проблемы учета атмосферной рефракции, работы при малых углах места, угловых возмущений и сглаживания.

Ракета с самонаведением имеет радиопрозрачную носовую оболочку или обтекатель, внутри которого помещается небольшая параболическая антенна и радиолокационная установка для автоматического сопровождения, которая принимает сигналы, отраженные от цели. При активном самонаведении, как показано на рис. 25.22, в, радиолокационный передатчик и приемник находятся на ракете, и поскольку на борту ракеты габариты и вес аппаратуры ограничены, а также ограничен размер апертуры антенны, то максимальная дальность действия системы оказывается небольшой. При полуактивном самонаведении цель облучается наземным передатчиком, расположенным, например, на стартовой площадке, с которой производился запуск. В этом случае мощность передатчика и размеры антенны могут быть достаточно большими, что приводит к существенному

увеличению дальности действия. Системы обоих типов могут работать как в режиме непрерывного излучения, так и в импульсном режиме . Головка самонаведения устанавливает линию визирования на цель не относительно какой-либо оси, связанной с ракетой, а относительно пространственного фиксированного начала отсчета угла: Для этого необходима гироскопическая стабилизация антенны; в этом случае сигналы рассогласования, поступающие с радиолокационного приемника, будут вызывать прецессию гироскопа. Так как скорость прецессии пропорциональна приложенному сигналу, то этот сигнал служит мерой скорости поворота линии визирования и может быть использован для управления.

В процессе самонаведения ракета сближается с целью по траектории пропорционального сближения , для которой возможен ряд вариантов. Траектория ракеты может быть описана уравнением

где угол направления движения ракеты; угол линии визирования, причем оба угла отсчитываются относительно одной и той же пространственной оси; К - постоянная наведения.

Если то скорость поворота направления движения ракеты будет равна скорости поворота линии визирования и в результате получается обычная кривая погони; такое условие обычно приводит к большим поперечным ускорениям в конце траектории. Если то ракета движется по траектории с постоянным пеленгом, угол упреждения постоянен и угловая скорость поворота линии визирования равна нулю; в этом случае ракета движется по прямолинейному пути, но требуется большое поперечное ускорение при запуске. Практически значение К находится между 3 и 10, так что ракета летит, как показано на рис. 25.22, в, по траектории перехвата или по кривой с упреждением без резких маневров при запуске. Влияние флюктуаций сигнала цели вследствие фединга и мерцания должно быть сглажено в аппаратуре наведения, поскольку эти флюктуации при попадании в систему управления увеличивают задержку и ухудшают характеристики системы, особенно на малых дальностях. При самонаведении другими методами перехвата важное значение имеет понятие вероятности встречи . Измерение и фиксирование величины промаха при наведении на самолет можно получить с помощью установленного на ракете простого допплеровского радиолокатора.

Учитывая опыт боевого применения крылатых ракет, охватывающий шесть с половиной десятилетий, их можно рассматривать как зрелую и хорошо зарекомендовавшую себя технологию. За время их существования произошло значительное развитие технологий, используемых при создании крылатых ракет, охватывающих планер, двигатели, средства преодоления ПВО и системы навигации.

Благодаря технологиям создания, планера ракеты становились все более и более компактными. Теперь их можно разместить во внутренних отсеках и на внешних подвесках самолетов, корабельных пусковых установках трубного типа или торпедных аппаратах подводных лодок. Двигатели изменились от простых пульсирующих воздушно-реактивных двигателей через турбореактивные и жидкотопливные ракетные двигатели или прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) к нынешней комбинации турбореактивных двигателей для дозвуковых тактических крылатых ракет, турбовентиляторных для дозвуковых стратегических крылатых ракет и прямоточных воздушно-реактивных двигателей или смешанных турбореактивных/ракетных конструкций для сверхзвуковых тактических крылатых ракет.

Средства преодоления ПВО возникли в 1960-х годах когда системы противовоздушной обороны приобрели большую эффективность. К ним относятся низкая высота полета с огибанием рельефа местности или полёт ракеты на предельно малой высоте над поверхностью моря с целью скрыться от радаров и все чаще форма повышающая малозаметность и радиопоглощающие материалы, призванные снизить радиолокационную заметность. Некоторые советские крылатые ракеты были также оборудованы передатчиками помех оборонительного назначения, призванных сорвать перехват зенитноракетных комплексов.

Наконец, за этот период значительно развилась и разнообразилась система навигации крылатых ракет.

Проблемы навигации крылатых ракет
Основной идеей всех крылатых ракет является то, что это может быть запущено в цель вне пределов досягаемости систем противовоздушной обороны противника с целью не подвергать стартовую платформу ответной атаке. Это создает серьезные проблемы проектирования, первой из которых становится задача заставить крылатую ракету надежно переместиться на расстояние до тысячи километров в непосредственную близость к намеченной цели - и как только она будет находиться в непосредственной близости от цели, обеспечить боевой части точное наведение на цель чтобы произвести запланированный военный эффект.

Первая боевая крылатая ракета FZG-76/V-1

Первой боевой крылатой ракетой была немецкая FZG-76/V-1, более 8000 которых было применено, причем, в основном, по целям в Великобритании. Если судить по современным меркам то ее система навигации была достаточно примитивной: автопилот на базе гироскопа выдерживал курс, а анемометр расстояние до цели. Ракета выставлялась по намеченному курсу перед запуском и на ней выставлялось рассчетное расстояние до цели и как только одометр указывал, что ракета находится над целью, автопилот уводил её в крутое пикирование. Ракета обладала точностью в около мили и этого было достаточно для бомбардировки крупных городских целей, таких как Лондон. Главной целью бомбардировок было терроризирование гражданского населения и отвлечение воинских сил Великобритании от наступательных операций и направление их на выполнение задач ПВО.

Первая американская крылатая ракета JB-2 являющаяся копией немецкой V-1

В непосредственно послевоенный период США и СССР воссоздали V-1 и начали развитие своих собственных программ крылатых ракет. Первое поколение театра военных действий и тактического ядерного оружия вызвало создание крылатых ракет серии Regulus ВМС США, серии Mace/Matador ВВС США и советских серий Комета КС-1 и Комета-20 и дальнейшего развития технологии навигации. Все эти ракеты первоначально используют автопилоты на основе точных гироскопов, но также возможности корректировки траектории ракеты по каналам радиосвязи так, что ядерная боеголовка могла быть доставлена как можно точнее. Промаха в сотни метров может быть достаточно, чтобы уменьшить избыточное давление произведенное ядерной боеголовкой было ниже летального порога укрепленных целей. В 1950-х годах на вооружение поступили первые конвенциональные послевоенные тактические крылатые ракеты, прежде всего в качестве противокорабельного оружия. В то время как на маршевом участке траектории наведение продолжалось на основе гироскопа, а иногда и корректировалось по радиосвязи, точность наведения на конечном участке траектории обеспечивалась ГСН с РЛС малой дальности действия, полуактивной на самых ранних версиях, но вскоре вытесненной активными радарами. Ракеты этого поколения обычно летят на средних и больших высотах, пикируя при атаке на цель.

Межконтинентальная крылатая ракета Northrop SM-62 Snark

Следующий важный этап в технологии навигации крылатых ракет последовал с принятием на вооружение межконтинентальных крылатых ракет наземного базирования Northrop SM-62 Snark, предназначенных для автономного полета над полярными регионами для атаки крупными ядерными боеголовками целей на территории Советского Союза. Межконтинентальные расстояния представили перед конструкторами новый вызов - создать ракету способную поражать цели на расстоянии в десять раз больше, чем это могли сделать более ранние версии крылатых ракет. На Snark была установлена надлежащая инерциальная навигационная система использующая гиростабилизированный платформу и точные акселерометры для измерения движения ракеты в пространстве, а также аналоговый компьютер используемый для накопления измерений и определения положения ракеты в пространстве. Однако вскоре выявилась проблема, дрейф в инерциальной системе был слишком велик для оперативного использования ракеты, а ошибки инерциальной системы позиционирования оказались кумулятивными - таким образом, погрешность позиционирования накапливалась с каждым часом полета.

Решением этой проблемы стало другое устройство, предназначенное для выполнения прецизионных измерений географического положения ракеты на траектории её полета и способное исправить или "привязать" ошибки генерированные в инерциальной системе. Это фундаментальная идея и сегодня остается центральной в конструкции современного управляемого оружия. Так, накопленные ошибки инерциальной системы периодически сводятся к ошибке позиционного измерительного прибора.

Крылатая ракета Martin Matador

Для решения этой задачи была применена астронавигационная система или ориентация по звездам, автоматизированное оптическое устройство, осуществляющее угловые измерения известного положения звезд и использующая их для расчета положения ракеты в пространстве. Астронавигационная система оказались весьма точной, но и довольно дорогой в производстве и сложной в обслуживании. Также требовалось, чтобы ракеты, оснащенные этой системой, летели на большой высоте во избежание влияния облачности на линию визирования к звездам.

Менее известно, что успех астронавигационных систем, повсеместно послужил толчком в развитии в настоящее время спутниковых навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС. Спутниковая навигация основывается на аналогичной астронавигации концепции, но вместо звезд используются искусственные спутники Земли на полярных орбитах, а вместо естественного света искусственные СВЧ сигналы, а также используются измерения псевдо-диапазона, а не угловые измерения. В итоге эта система значительно снизила расходы и позволила осуществлять определение местоположения на всех высотах в любых погодных условиях. Несмотря на то, что технологии спутниковой навигации были изобретены в начале 1960-х годов, они стали оперативно использоваться только в 1980-е годы.

В 1960-е годы произошли существенные улучшения точности инерциальных систем, а также увеличилась стоимость такого оборудования. В результате это привело к противоречивым требованиям по точности и стоимости. Как результат возникла новая технология в области навигации крылатых ракет основанная на системе определения местоположения ракеты путем сопоставления радиолокационного отображения местности с эталонной картографической программой. Данная технология поступила на вооружение крылатых ракет США в 1970-е годы и советских ракет в 1980-е. Технология TERCOM (система цифровой корреляции с рельефом местности блока наведения крылатой ракеты) была использована, как и система астронавигации, для обнуления совокупных инерциальных системных ошибок.

Крылатая ракета Комета

Технология TERCOM относительно проста по замыслу, хотя и сложна в деталях. Крылатая ракета непрерывно измеряет высоту местности под траекторией своего полета, используя для этого радиолокационный высотомер, и сравнивает результаты этих измерений с показаниями барометрического высотомера. Навигационная система TERCOM также хранит в себе цифровые карты высот местности, над которой ей предстоит лететь. Затем с помощью компьютерной программы профиль местности, над которым пролетает ракета сравнивается с сохраненной в памяти цифровой картой высот с целью определить наилучшее их соответствие. Как только профиль согласован с базой данных, можно с большой точностью определить положение ракеты на цифровой карте, что используется для исправления совокупных ошибок инерциальной системы.

TERCOM обладала огромным преимуществом перед астронавигационными системами: она позволяла крылатым ракетам осуществлять полет на предельно низкой высоте необходимой для преодоления ПВО противника, она оказалась относительно дешевой в производстве и очень точной (до десятка метров). Это более чем достаточно для 220 килотонной ядерной боеголовки и достаточно для 500 килограммовой конвенциональной боеголовки применяемой против множества типов целей. И всё же TERCOM не была лишена недостатков. Ракета которая должна была пролететь над уникальной холмистой местностью, легко сравниваемой с профилем высоты цифровых карт, обладала превосходной точностью. Однако TERCOM оказалась неэффективна над водной поверхностью, над сезонно изменяемой местностью, такой как песчаные дюны и местностью с различной сезонной отражательной способностью радара, такой как сибирская тундра и тайга, где снегопады могут изменить высоту местности или скрыть её особенности. Ограниченная емкость памяти ракет часто затрудняла хранение достаточного количества картографических данных.

Крылатая ракета Boeing AGM-86 CALCM

Будучи достаточной для оснащенных ядерными боеголовками КР Томагавк RGM-109A ВМФ и AGM-86 ALCM ВВС, TERCOM была явно не достаточной для уничтожения обычной боеголовкой отдельных зданий или сооружений. В связи с этим ВМС США оснастили TERCOM крылатых ракет Томагавк RGM-109C/D дополнительной системой основанной на так называемой технологии корреляции отображения объекта с его эталонным цифровым образом. Эта технология была использована в 1980-е годы на баллистических ракетах Першинг II, советских КАБ-500/1500Кр и американских высокоточных бомбах DAMASK/JDAM, а также на последних китайских управляемых противокорабельных ракетных комплексах, предназначенных для борьбы с авианосцами.

При корреляции отображения объекта используется камера для фиксации местности перед ракетой, а затем информация с камеры сравнивается с цифровым изображением полученным с помощью спутников или воздушной разведки и хранящейся в памяти ракеты. Измеряя угол поворота и смещение, необходимые для точного совпадения двух изображений, прибор способен очень точно определить ошибку местоположения ракеты и использовать её для коррекции ошибок инерциальной и TERCOM навигационных систем. Блок цифровой корреляции системы наведения крылатых ракет DSMAC используемый на нескольких блоках КР Томагавк были действительно точными, но обладал побочными оперативными эффектами похожими на TERCOM, которую необходимо было программировать на полет ракеты над легко узнаваемой местностью особенно в непосредственной близости от цели. В 1991-ом году во время операции Буря в пустыне, это привело к тому ряд шоссейных развязок в Багдаде были использованы в качестве таких привязок, что в свою очередь позволило войскам противовоздушной обороны Саддама расположить там зенитные батареи и сбить несколько Томагавков. Также как и TERCOM блок цифровой корреляции системы наведения крылатых ракет чувствителен к сезонным изменениям контраста местности. Томагавки, оснащенные DSMAC также несли лампы-вспышки для освещения местности в ночное время.

В 1980-е годы в американские крылатые ракеты были интегрированы первые приемники GPS. Технология GPS была привлекательна, поскольку она позволяла ракете постоянно исправлять свои инерциальные ошибки независимо от рельефа местности и погодных условий, а также она действовала одинаково как над водой, так и над землей.

Эти преимущества были сведены на нет проблемой слабой помехозащищенности GPS, так как сигнал GPS по своей природе очень слабый, восприимчивый к эффекту "повторного изображения" (когда сигнал GPS отражается от рельефа местности или зданий) и изменению точности в зависимости от количества принимаемых спутников и тому, как они распределены по небу. Все американские крылатые ракеты на сегодняшний день оснащены приемниками GPS и пакетом инерциальной системы наведения, причем в конце 1980-х и начале 1990-х годов технологию механической инерциальной системы заменили более дешевой и более точной инерциальной навигационной системой на кольцевых лазерных гироскопах.

Крылатая ракета AGM-158 JASSM

Проблемы связанные с основной точностью GPS постепенно решаются путем введения широкодиапазонных методов GPS (Wide Area Differential GPS) при которых коррекционные сигналы действительные для данного географического положения транслируются на приемник GPS по радиоканалу (в случае американских ракет используется WAGE -Wide Area GPS Enhancement). Основными источниками сигналов этой системы являются радионавигационные маяки и спутники на геостационарной орбите. Наиболее точные технологии подобного рода, разработанные в США в 1990-е годы, способны исправить ошибки GPS до нескольких дюймов в трех измерениях и являются достаточно точными, чтобы попасть ракетой в открытый люк бронемашины.

Проблемы с помехоустойчивостью и "повторным изображением" оказались наиболее трудно решаемыми. Они привели к внедрению технологии так называемых "умных" антенн, как правило, основанных на "цифровом формировании луча" в программном обеспечении. Идея, стоящая за этой технологией проста, но как водится сложна в деталях. Обычная антенна GPS принимает сигналы со всей верхней полусферы над ракетой, таким образом, включая спутники GPS, а также вражеские помехи. Так называемая антенна с управляемой диаграммой направленности (Controlled Reception Pattern Antenna, CRPA) при помощи программного обеспечения синтезирует узкие пучки, направленные к предполагаемому месторасположению спутников GPS, в результате чего антенна оказывается "слепа" во всех других направлениях. Наиболее продвинутые конструкции антенн этого типа производят так называемые "нули" в диаграмме направленности антенны направленные на источники помех для дальнейшего подавления их влияния.

Крылатая ракетаТомагавк

Большая часть проблем получивших широкую огласку в начале производства крылатых ракет AGM-158 JASSM были результатом проблем с программным обеспечением приемника GPS, в результате которых ракета теряла спутники GPS и сбивалась со своей траектории.

Продвинутые приемники GPS обеспечивают высокий уровень точности и надежную помехоустойчивость к расположенным на земной поверхности источникам помех GPS. Они менее эффективны против сложных источников помех GPS развернутых на спутниках, беспилотных летательных аппаратах или аэростатах.

Последнее поколение американских крылатых ракет использует GPS-инерциальную систему наведения, дополняет её установленной в носовой части ракеты цифровой тепловизионной камерой, преследующей цель обеспечить возможности подобные DSMAC против неподвижных целей с соответствующим программным обеспечением и возможностью автоматического опознавания образов и против подвижных целей, таких как зенитно-ракетные системы или ракетные пусковые установки. Линии передачи данных, как правило, происходят от технологии JTIDS/Link-16, внедряемой для обеспечения возможности перенацеливания оружия в случае, когда подвижная цель изменила своё местоположение в время нахождения ракеты на марше. Использование этой функции главным образом зависит от пользователей обладающих разведкой и возможностями выявления таких перемещений цели.

Долгосрочные тенденции в развитии навигации крылатых ракет приведут к их большей интеллектуальности, большей автономности, большему разнообразию в датчиках, повышенной надежности и снижению стоимости.