Hệ thống phòng không của các nước trên thế giới (rada, tên lửa, pháo cao xạ)

Con Quay Hồi Chuyển (tiếng Anh là gyroscope) dùng để đo phương hướng của tên lửa.
Cảm biến gia tốc (tiếng Anh: accelerometer) dùng để đo gia tốc của tên lửa.
Thường bộ đôi Con Quay Hồi Chuyển và Cảm Biến Gia Tốc sẽ đi kèm theo 1 bộ vi xử lý nho nhỏ.
Ban đầu trước khi bắn tên lửa người bắn (hay dàn phóng) phải nạp dử liệu ban đầu vào tên lửa:
-Bệ bắn đang di chuyển tốc độ bao nhiêu, hướng nào (nếu phóng từ tàu chiến)
-Vị trí ban đầu của bệ bắn là ở đâu
-Vị trí mục tiêu
- Góc xuất phát của tên lửa (thường là thẳng đứng)
Khi bắn đi bộ vi xử lý của tên lửa thực hiện 1 bài toán chuyển động theo kiểu vi phân. Nghĩa là tên lửa biết gốc của nó nằm ở đâu, nó chỉ cần nhân gia tốc với 1 khoảng thời gian nhỏ là nó biết vận tốc nó là bao nhiêu. Tính vi phân cho khoảng thời gian đó với vận tốc nó biết nó đi được bao nhiêu. Con Quay Hồi Chuyển sẻ cho biết tên lửa đang hướng về phía nào. Thế là tên lửa có đầy đủ dử kiện cho bài toán hành trình, bắt đầu từ đâu, vận tốc ra sao, gia tốc ra sao, hướng di chuyển. Từ đó nó tự điều chỉnh để đánh mục tiêu.
Viết chút toán học vào.
Với dt là khoản thời gian nhỏ (vài phần trăm giây, nếu bộ vi xử lý tốt thì lấy dt là 1/1000 hay 1/10000 giây thì kết quả bài toán chính xác hơn)
Ta có vận tốc ban đầu của tên lửa Vo (thường thì Vo = 0, bệ phóng cố định, trừ trường hợp phóng từ tàu nổi hoặc từ xe lửa đang chạy)
Ngay sau 1 khoảng dt, ta có vận tốc tên lửa sẽ là V1= Vo + a*dt . a là gia tốc đo được từ bộ cảm biến gia tốc
Từ đó việc vận tốc, ta có tính dần sẽ có khoảng đường đi được......
ds= Vo*dt + a*dt2
Ở đây các lượng ds, Vo, V1 phải được hiểu là lượng đo vector, nhờ con quay hồi chuyển cho biết tên lửa đang xoay về hướng nào, và đi về hướng nào.
Con quay hồi chuyển nó cứ cộng dần ds lại nó sẽ có quỹ đạo của tên lửa
Nó cứ cộng dần dv lại theo Vo nó sẽ có vận tốc hiện tại của tên lửa
Nó biết nó xuất phát từ đâu, nó cũng biết nó đang đi về đâu, giờ chỉ cần gần tới mục tiêu nó thay đổi lộ trình để tiếp cận mục tiêu là xong bài toán. Bài toán ICBM thì dể, nhưng vấn đề là thiết kế được Con Quay Hồi Chuyển Tốt để có thông số tốt, cái cảm biến gia tốc cũng phải tốt . Rồi quan trọng nhất là bộ vi xử lý và lập trình bộ vi xử lý để thuật toán nhẹ và không bị treo sảng. Nói chung lý thuyết thì dể, nhưng công nghệ mới là vấn đề.
Về sau thì vi xử lý mạnh hơn nó lấy dt rất nhỏ nên cho phép ICBM có tầm bắn 10,000km chỉ có sai số tầm 50~100m. Nghĩa là sai số bài toán chỉ tầm 1/100,000 cho đến 1/200,000 , sai ấy là rất thấp.
Kiểu dẩn đường trên thường chỉ xài cho ICBM, vì bộ 3 nói trên không hề nhỏ. Ngoài ra bộ 3 này hoạt động cũng không chính xác cao lắm (bằng chứng là ICBM ban đầu có độ sai lệch đến 1~2km) nhưng ưu điểm của nó là không bị nhiểu, không bị địch thủ làm nhoà thông tin vì nó hoàn toàn độc lập.
Nhưng nếu sử dụng bộ 3 này cho tên lửa đối không thì lại không khả thi, do mục tiêu của nó di động là thứ nhất, thứ hai thì với cái sai số 1/100,000 thì có thể xài cho tên lửa đánh không được. Nhưng cái bộ 3 cho thằng ICBM hiện đại trị giá đến gần chục triệu USD, chỉ để xài cho đầu đạn hạt nhân thôi, chứ xài cái tên lửa trị giá chục triêu USD mà bắn con máy bay chục triệu USD thì lổ chết, vì đâu phải cứ bắn là trúng, mà máy bay nó còn biết bắn trả nửa mà.
Ở đây chú nokopro đang hì hục chứng tỏ với tên lửa phòng không bác ạ, phương pháp sử dụng Con Quay Hồi Chuyển và Cảm Biến Gia Tốc chỉ sử dụng cho ICBM hay tên lửa hành trình thôi.
Được antey2500 sửa chữa / chuyển vào 22:22 ngày 14/08/2009

he he, bắt giò bác antey2500, cái bộ xử lý gắn với con quay hồi chuyển và cảm biến gia tốc thì gọi là bộ tích phân chứ không phải bộ vi phân nhé còn nó tích được bao nhiêu phân và tích như nào thì em chịu
Có một cái cảm biến gia tốc kém nhạy hơn thỉnh thoảng được dùng cho tên lửa, để phát hiện khi nào tên lửa đâm vào cái gì đó Cái đó hình như từ chuyên môn họ gọi là ngòi chạm nổ thì phải, em không nhớ rõ lắm

À, đồng chí Kiên hiểu nhầm rồi đấy.
Tích phân trong toán học chỉ sử dụng trên những hàm có biến có nhất định, nghĩa là có miền xác định, có phương trình..........
Bài tóan tên lửa thì nó không có phương trình hay quỹ đạo nào cụ thế. Nó phải tính vi phân rồi cộng thủ công các kết quả với nhau.
Bài toán tích phân thực ra là nó + nhiều phần vi phân lại. Nhưng nhờ các phần vi phân này biến đổi theo 1 quy luật nhất định nào đó nên nó rút ra quy lụât chung và cho ngay kết quả. Tên lửa bắn đi thì bị gió bạt, bảo thổi mưa rơi gì đó, chưa kể đến vị trí của nó thay đổi, để lâu ngày nhiên liệu xuống cấp phóng không mạnh đủ 100% như thiết kế .
Chính vì không có quy luật nên tên lửa cứ phải + thủ công nhiều phần vi phân lại. Không thể gọi đó là bài toán tích phân.

@ -ngochai12a2
@ - Bạn Kiên
Hô hố, không ngờ cái hình do tôi tự vẽ lại gây bức xúc cho các bạn như thế. Xin lỗi, xin lỗi nhiều.
He he, đã nói là hình minh họa thì chỉ là hình ... minh họa thôi, làm sao mà đúng tỉ lệ thật như là thực tế được.
Ví dụ như tên lửa dài 6m với tầm bắn 30.000m thì trên sơ đồ này quả tên lửa chỉ dài như là 1 chấm nhỏ thôi, chẳng phải là cái mũi tên to đùng như tôi vẽ minh họa đâu.
He he, không lẽ các bạn lại cần tôi phải giải thích các điều @ này à ???
Được nokopro sửa chữa / chuyển vào 23:43 ngày 14/08/2009

Nếu cậu vẽ lại cái hình tên lửa thành 1 chấm, và tốc độ tên lửa phải tiếp tuyến với quỹ đạo cho đúng định lụât thì 2 tấm hình có trở thành 1 không ?

@ bác Đoàn, bác Antey và bác Kiên !
Nhà em chẳng hiểu gì về súng đạn, nhưng theo câu chuyện của các bác, nhà em cố hình dung bản chất và có vài ý kiến, nếu sai mong các bác đừng ném đá .
Giả sử cảm biến chỉ gồm con quay hồi chuyển và gia tốc kế.
Theo em phân tích của bác Antey và bác Kiên chỉ mới đề cập đến phép tính, và rõ ràng đây là phép tính tích phân (cộng dồn) trên một phương trình vi phân (của quỹ đạo) để phục vụ việc giải bài toán quỹ đạo.
Để đơn giản, tại một thời điểm dt nào đó, có thể mô tả quỹ đạo của tên lửa và mục tiêu bằng các đường hyperbol trên cùng một mặt phẳng nghiêng tương ứng. Bài toán yêu cầu tính toán, điều chỉnh tên lửa (góc, vận tốc) để cả hai đều gặp nhau cùng lúc tại điểm giao của hai đường hyperbol nói trên (dĩ nhiên hình dáng các đường hyperbol và mặt phẳng nghiêng kia bị thay đổi và được cập nhật liên tục). Tức là luôn cố gắng điều chỉnh tiếp tuyến của quỹ đạo tại thời điểm xét có xu hướng hướng về điểm giao của hai hyperbol.
Ở đây gia tốc kế là một cảm biến duy nhất phù hợp để kết hợp với con quay hồi chuyển, làm thông số đầu vào vì ai cũng rõ:
- Vi phân bậc 1 của quỹ đạo (đường đi - xét trong dt) là vận tốc.
- Vi phân bậc 2 của quỹ đạo hay vi phân bậc 1 của vận tốc (cũng xét trong dt) là gia tốc (đã đo được).
Bác Antey và bác Kiên chỉ mới đề cập đến vai trò của chúng trong việc xác định quỹ đạo bằng phép tính tích phân theo kiểu số hóa nhờ vi xử lý. Nhưng chưa xét đến vai trò của chúng trong thuật điều khiển.
Liên quan đến "bộ tích phân" mà bác Kiên có nhắc đến, nhà mạo muội "tưởng tượng" rằng trong đó sẽ có bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh tên lửa, trong đó:
- P là phần tử (gọi bộ cho giống bác Kiên cũng được ) tuyến tính nhằm đảm bảo hệ số khuyếch đại của tín hiệu hợp lý nhất.
- I là phần tử (bộ) tích phân nhằm xác định sai lệch giữa trị số thực (tốc độ tính được, góc quay xác định từ trục con quay hồi chuyển) và trị số yêu cầu từ trung tâm chuyển đến, có được sau khi xử lý các tham số mà hai bác tính toán chuyển về. Sai lệch này (có thể khi +, khi -) cũng được cộng dồn để khuyếch đại tín hiệu điều khiển, nó có xu hướng giảm về không và về không càng nhanh càng tốt, tức là hệ thống đáp ứng nhạy.
- D là phần tử (bộ) vi phân (đạo hàm) nhằm "dự báo" những xu hướng thay đổi lớn của tín hiệu vào (góc quay, vận tốc (đã có gia tốc kế)) để hạn chế những tác động không mong muốn (lệch quỹ đạo mong muốn chẳng hạn), giúp cho hệ thống ổn định hơn.
Bằng cách dùng n mặt phẳng nghiêng như vậy, có thể bắn được mục tiêu đấy ạ (hoàn toàn phịa ra sau khi thấy những vi phân, tích phân của các bác)
P/s: Có thể có thắc mắc rằng sao không dùng tốc kế mà phải dùng gia tốc kế ? Chẳng biết, có thể phịa rằng tốc kế sẽ không chính xác do phương pháp đo chịu ảnh hưởng nhiều của các dòng khí không ổn định và không xác định được. Trong khi đó gia tốc kế có thể được đo chỉ dựa vào lực quán tính.
Được ongtom sửa chữa / chuyển vào 02:01 ngày 15/08/2009

Hị hị, lâu lâu mới thấy các bác lái từ chuyện súng ống sang vật lý nên vào tán chuyện chơi.
@ bác Ăn Hành Tây: đối với cái máy tính thì tích phân = cộng dồn các vi phân bác ợ, không phải là người nên không cần phải biết hàm số cụ thể mới tính được nguyên hàm.
@ bác Nổ Ko Pro: bác hiểu vấn đề nhưng diễn đạt không "trong sáng" nên bị chửi là phải. Trong phương pháp CLOS, thay vì bác nói "hướng bay" luôn trùng với đường thẳng bệ phóng - máy bay thì chỉ cần nói là tên lửa được điều khiển sao cho tọa độ bệ phóng - tên lửa - máy bay luôn thẳng hàng. Hướng bay theo ý nghĩa vật lý chính là hướng vector vận tốc, luôn luôn tiếp xúc với quỹ đạo tên lửa nha bác.

[

bác nokopro: ở đây bác đã sai ngay về cơ bản rồi . cái hình thứ 2 là nguyên lý bắn . đó là tâm của bệ phóng , tên lửa và máy bay cùng nằm trên một đường thẳng . và cái đường thẳng đó chính xác là đường tâm . còn cái vectơ đỏ là vecto chỉ phương của đường tâm
để thực hiên được điều này thì tên lửa phải bay theo quỹ đạo có dạng đường cong như trong hình 2 ( cũng là quỹ đạo hình 1 ) và vectơ màu đỏ trong hình 1 là vectơ vận tốc của tên lửa
nhà em xin nhắc lại : vectơ đỏ trong hình 2 là vecto chỉ phương đường tâm , vectơ đỏ trong hình 1 là vectơ vận tốc của tên lửa, cả 2 cái hình đều biểu thị một cách bắn . nói chính xác với nguyên lý bắn ở hình 2 thì tên lửa sẽ bay theo hình 1
Ở đây hoàn toàn là một bài toán vật lí thông thường . nếu bác đã học cơ học chất điểm và toán học cao cấp sẽ không thể hiểu lầm .
bác đã sai mười mươi thì nên nhận . đừng cố chấp như vậy
Được ngochai12a2 sửa chữa / chuyển vào 06:01 ngày 15/08/2009

Biết được bi nhiêu trả lời cho bác luôn:
Một vật rắn chuyển động trong không gian được đặc trưng bởi 6 thông số: 3 thông số tọa độ khối tâm (đo chuyển động tịnh tiến của vật) và 3 thông số góc lệch (đo chuyển động quay quanh khối tâm).
Với 2 con quay hồi chuyển gắn với vật có thể tính trực tiếp giá trị 3 thông số góc lệch nói trên (với điều kiện biết được góc lệch ban đầu) bằng phép tính trừ. Do phép tính trừ này chỉ sử dụng thông số góc lệch ban đầu nên sai số của quá trình tính toán không tích lũy theo thời gian (không bị "trôi").
3 thông số tọa độ khối tâm thì được tính toán dựa trên cảm biến gia tốc. Nguyên tắc tính thì tưởng như đơn giản (lấy tích phân gia tốc để có được vận tốc, rồi lại lấy tích phân vận tốc để có được tọa độ) nhưng trên thực tế thì lại rất phức tạp. Vấn đề nằm ở chỗ cảm biến gia tốc được gắn với vật nên khi vật chuyển động thì các cảm biến gia tốc bị quay theo vật, dẫn đến cần phải kết hợp cả với các số chỉ góc lệch nói trên mới tính toán ra được các giá trị tọa độ. Phải thực hiện phép tích phân 2 lần nên sai số tích lũy tăng nhanh theo thời gian, cộng thêm việc quá trình tính toán lại phụ thuộc vào số chỉ của con quay hồi chuyển, do đó số chỉ tọa độ của hệ dẫn đường quán tính thường rất kém chính xác.
Với cùng cấp độ chính xác thì cảm biến gia tốc rẻ hơn con quay hồi chuyển rất nhiều. Về lý thuyết, có thể bố trí thêm các cảm biến gia tốc để thay thế con quay hồi chuyển bằng cách tính tích phân: gia tốc quay --> vận tốc quay --> góc quay, tất nhiên sai số sẽ bị tích lũy theo thời gian.
Cách đây vài năm ở chỗ em có 1 chú sinh viên làm đề tài tốt nghiệp bằng 1 máy bay mô hình chỉ gắn toàn cảm biến gia tốc mà tự bay được đến 1 điểm cho trước ở rất xa rồi trở về đúng vùng phủ sóng của remote tại vị trí xuất phát làm các thầy lác hết cả mắt (tất nhiên là hạ cánh vẫn cần remote rồi), không biết có ăn gian gì không nữa.
Được werty98 sửa chữa / chuyển vào 08:16 ngày 15/08/2009

Cái này chưa chắc đâu nhe bác. Nếu cả 2 phương pháp là 1 thì người ta sẽ không dùng 2 cái tên khác nhau đâu