基于Matlab的光纤放线姿态的仿真研究(2)
图1.光纤制导导弹原理图
光纤制导关键技术包括高强度制导光纤、光纤的缠绕与释放、双向通信技术、光源器件和光检测器件等 。当导弹高速飞行时，为了保证信号的顺利传输，首先要解决的问题是保证光纤不断裂，一旦制导过程中发生光纤断裂，地面控制人员就无法获得目标信息，导弹也无法获得控制信号，这将使导弹成为一枚“盲弹”，有可能发生误炸事，后果及其严重。由于放线过程中的机械摩擦和导弹飞行运动不稳定性，会使光纤受力十分复杂，因此研究放线过程中剥离点的参数变化，会对研究造成光纤断裂的原因具有指导意义。但每次进行真实的导弹放线实验，会耗费大量人力物力，而且通过在弹体上安装一些高精度设备来获取实验数据效果不理想。因此采用地面模拟放线进行实验，地面模拟放线实验主要利用各种传感器对制导光纤相关参数进行监测，从而获得大量的实验数据。在地面模拟放线实验装置中，使用高速摄像机来拍摄放线过程中光纤从剥离点处释放后的飞行姿态，就可以获得光纤在剥离点处瞬时姿态的序列图，如图2所示。分析这些图片，可以得到放线光纤的形态特性，从而为光纤的受力分析提供理论基础 。
图2.高速摄像机拍摄的光纤放线姿态图
综上所述，放线光纤的形态特性在光纤受力分析的研究中有着不可忽视的价值。本文的目标正是通过分析光纤在高速放线过程中剥离点的变化以及光纤运动的姿态方程，建模仿真，并将仿真结果与高速摄像机拍摄到的图片进行比较，从而验证光纤运动姿态方程的正确性，为以后科研中分析光纤的受力情况打下基础。
1.2 发展历史
世界上许多国家都在研制和发展光纤制导武器系统，“独眼巨人”可谓光纤制导导弹的代表作 。1982年德国航空航天公司开始了“独眼巨人”光纤制导导弹可行性研究。1988年初法国航空航天公司与德国MBB公司合作开发的独眼巨人光纤制导导弹已用改进的SS11导弹进行了试验发射。结果表明, 光纤能顺利从导弹尾部释放,完好无损且具其传输能力符合要求，该试验导弹头部安装的是一台陀螺稳定电视摄像机。1992年意大利加入独眼巨人导弹项目加速了独眼巨人的发展。在1997年进行的试验中, 一枚独眼巨人演示弹击中16km外的目标, 精度为1m。
早在20世纪70年代末, 美国就开始想用光纤取代金属电缆应用到导弹中。但由于对拦截快速飞行目标的难度缺乏足够的预估，要求光纤制导导弹用于防御，断断续续的开发一直进行到90年代初,光纤制导导弹仍没有服役 。在发现欧洲的“独眼巨人”导弹取得重大突破后，美国急起直追。1995年中期美国的增强型光纤制导导弹亮相。增强型光纤制导导弹主要用于攻击坦克、装甲车，它装有GPS/惯性制导及自主飞行装置，需要时可加上直径240微米的光纤，通过遥感作控制飞行，提供了极大的杀伤力和精确性，可以在坦克主炮的射程外有效打击重装甲系统。
以色列在光纤导弹领域的成果之一就是拉斐尔军火局研制的长钉( Spike) 系列导弹 ，该导弹采用双工作状态电视摄像机/成像红外寻的器，分别用于白天和夜晚，为射手提供了更清晰的图像以方便识别目标。
2008年一艘德国潜艇在水下成功发射了一枚光纤制导的“潜射交互式防御和攻击系统”IDAS （Interactive Defense for Air attacked Submarines）导弹，如图3所示。IDAS是一种由潜艇水下发射导弹系统，主要用于打击反潜直升机和反潜飞机，也可攻击小型舰艇。IDAS导弹射程15千米，速度大干200米／秒。光纤导弹通常采用2个线轴释放光纤.一个线轴在导弹上、另一个线轴在发射设备上。而IDAS在制导结构上，采用了独特的四线轴放线，除了导弹和潜艇上各一个线轴外，在“补偿浮标”上还有另外2个线轴。这是因为，IDAS导弹在水下发射时，水介质对放线的影响比空气介质要大，另外2个线轴用来对光纤的波动和漂移进行补偿，以防止断线。为适应IDAS由水下发射至空中飞行的整个作战过程，导弹采用固体推进剂不同、推力不同的三级推力发动机：一级发动机用于导弹的水下航行；二级发动机用于导弹突破水面后的加速升空；三级发动机用于导弹在空中的机动飞行 。IDAS导弹，标志着光纤制导导弹在水下战领域达到了一个新的里程碑。