鱼雷导航控制系统的构成
为了保证鱼雷按战术要求的弹道准确运动，提高鱼雷的命中率，导航与控制系统是现代鱼／雷不可缺少的重要组成部分。但在鱼雷发展初期，由于受当时技术水平的限制，早期的鱼雷并没有安装导航系统，只安装有可控制鱼雷航行深度的定深器。1894年，奥地利工程师奧布利应用法国物理学家傅科对陀螺仪的研究成果，经过2年多的努力，创造性地研制成鱼雷方向仪，以控制鱼雷的航向，从而大大减小了鱼雷的航向偏差。这是鱼雷技术发展史上的一次重大突破。
一、鱼雷导航与控制系统的功能
鱼雷重心运动的空间轨迹称为弹道。根据鱼雷的使命、打击对象、作战海区和主要战术技术性能等所设计的鱼雷弹道称为战术弹道或基准弹道。鱼雷导航与控制系统的设计就是要保证实现鱼雷研制任务书所规定的各种战术（基准）弹道。
鱼雷导航系统的功能是：
提供鱼雷的瞬时地理位置（经纬度）、航行速度、航行的姿态、航向及航行的角速率等参数，这些参数通常称作导航参数。
鱼雷控制系统的功能是：操纵鱼雷沿着预定的弹道航行，当鱼雷在航行过程中受到干扰偏离预定弹道时，控制系统能操纵鱼雷回到预定的轨迹，使鱼雷能按预定弹道航行。
二、鱼雷导航与控制系统的基本原理和组成
1.鱼雷导航系统的基本原理和组成
目前鱼雷上采用的导航系统主要是惯性导航系统（INS，简称惯导）。惯导是一种自主式的导航方法，它完全依靠鱼雷自载设备自主的完成导航任务，这就决定了惯导具有下述的优良性能。首先，它的工作不和外界发生任何光、电联系。因此，隐蔽性好，工作不受气象条件的限制。其次，它除了能够提供鱼雷的位置、速度数据外，还能给出航向和姿态角数据，因此所提供的导航与制导数据十分完全。此外，惯性导航又具有数据更新率高、短期精度和稳定性好的优点。所有这些，对作为军事目的而应用的各种鱼雷非常重要。
惯性导航系统的基本工作原理以牛顿力学定律为基础.是基于对鱼雷加速度的测量，将加速度进行一次积分得到鱼雷的速度，再作一次积分得到鱼雷相对于地球的位置（即纬度、经度和深度）。惯导平台模拟一个选定的导航坐标系，若依平台坐标系安装三个加速度计，就可测得鱼雷加速度的三个分量，再根据导航坐标系与地球坐标系的关系便可建立计算导航参数的方程。
2.鱼雷控制系统的基本原理和组成
鱼雷空间运动有6个自由度。其中包括重心空间运动的3个自由度和鱼雷绕重心转动的3个自由度。6个自由度的运动可归纳为纵向运动和侧向运动。纵向运动包括前进运动、爬潜运动和俯仰运动。侧向运动包括侧移运动、偏航运动和横滚运动。描述鱼雷空间运动的独立变量，称为鱼雷的运动参数。鱼雷控制系统的主要作用就是对这些运动参数的部分或全部进行自动控制，使鱼雷按战术要求的战术基准弹道航行。按照所控制的不同参数，分为航向控制系统、深度控制系统、纵倾控制系统、横滚控制系统等。
鱼雷自动控制系统也像其他一切自动控制系统一样，除被控对象——鱼雷外，就是自动控制装置（自动驾驶仪）。自动控制装置和鱼雷按照闭环负反馈原理组成鱼雷控制系统，其工作原理是：敏感元件测量鱼雷的实际运动参数，并输出相应信号同运动参数的设定值进行比较，当鱼雷偏离规定的战术基准弹道时，即产生偏差信号，经信息处理装置综合放大后，成为符合控制规律的信号，操纵伺服机构（称为舵机），使舵面产生相应偏转。由于整个系统是按负反馈原理连接的，其结果使鱼雷运动趋向按战术基准弹道航行。当鱼雷达到战术要求的航行状态时，控制信号为零，舵面回到平衡状态，鱼雷按所要求的弹道航行。
鱼雷航向控制系统
鱼雷运动可分解为侧向运动和纵向运动。鱼雷的侧向运动可认为是由两种运动组成：一种是绕鱼雷纵轴的横滚运动，一种是绕鱼雷立轴的偏航运动。为了控制鱼雷侧向运动，鱼雷必须具有与上述两种运动相对应的控制系统，即航向控制系统和横滚控制系统。当对横滚要求不高时，也可以只装有航向控制系统。航向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷的航向。所谓稳定，指鱼雷能够按设定航向运动，尽可能不受外界干扰的影响，消除鱼雷对设定航向的偏差。所谓控制，是指外加一个控制信号去改变原来的设定航向，使鱼雷达到并保持新的设定航向。
一、鱼雷航向控制系统的组成
最基本的鱼雷航向控制系统主要由航向陀螺仪、航向控制器、直舵机回路及直舵等组成。有时，为了提高鱼雷航向控制系统的性能，必要时可加装偏航角速率陀螺。
二、对鱼雷航向控制系统的要求
鱼雷航向控制系统的作用是操纵鱼雷按预定的弹道航行。当鱼雷偏离预定航向时，能操纵鱼雷尽快地回到预定航向上来，因而对鱼雷航向控制系统有以下要求：
1.在航向控制系统操纵下鱼雷运动必须是稳定的
当鱼雷偏离预定航向时，能操纵鱼雷快速、平稳地回到预定航向，即动态特性要好。鱼雷在航向控制系统的作用下，当鱼雷向左（或向右）偏航时，垂直舵向右（或向左）摆动，鱼雷向右（或左）回旋到预定航向，但由于惯性，鱼雷可能继续向右（或左）回旋，又会偏离航向，鱼雷经过几次左右振荡后慢慢接近预定方向。在稳定运动的前提下，鱼雷回到预定航向的过程大致有两种情况：一是鱼雷能快速平稳地回到预定航向；一是鱼雷经过多次振荡后才回到了预定航向。这是由航向控制系统的特性决定的。因此要求在控制系统的作用下，鱼雷回到预定航向的动态特性要好，即左右振荡的次数要少，振幅要小，回到预定航向所需时间要短。
2.不同制导方式的鱼雷对航向控制精度要求不同
对于直航鱼雷，航向控制精度要高。航程越远，精度应越高，这样才能保证有较高的命中概率。对于自导鱼雷，对航向控制的精度要求相对低些，因为最后是由自导装置将鱼雷导向目标的。对于大航程线导鱼雷，虽然直航段较短，对控制精度要求并不高，但对陀螺仪的精度要求很高，因为陀螺仪不仅用来稳定航向，而且其输出要作为一个信息源用来推算鱼雷的位置参数。
3.要求航向陀螺仪的启动时间尽量短
因为鱼雷设定方向是以发射时鱼雷纵轴所处的方向为基准的，并且在发射的同时启动陀螺仪，所以在鱼雷发射到出管之前（空投时脱离飞机之前）这极短的时间内，陀螺必须启动并正常工作，这样才能建立鱼雷的航向基准。航向陀螺仪输出的角度是鱼雷相对初始发射方向的偏航角，因此要求陀螺仪的转轴必须对准初始位置，并且锁定，这样才能使基准方向准确。
除上述要求外，航向控制系统应能和自导遥控系统协调工作，并能适应各种工作环境，工作可靠，使用维修方便。
鱼雷深度控制系统
鱼雷作为水下自航武器，其攻击的主要对象是潜艇和水面舰船。潜艇在水下航行的深度经常机动变化，水面舰船也由于吨位不同而其吃水深度有所不同，而鱼雷引信的作用半径和装药量都是有限的。因此，对于既定的攻击对象，就要求鱼雷能在水下相应的深度上稳定航行，以便保证鱼雷能准确命中并有效地打击目标。
一、概况
根据鱼雷动力学特性分析可知，对于一般鱼雷而言，如果没有深度控制系统，其定深航行是不稳定的。深度控制系统的作用是保证鱼雷在发射以后或在航行过程中，能自动达到战术所要求的航行深度，并能克服各种干扰，保证鱼雷在所要求的深度上稳定航行，或者操纵鱼雷按照预先设定的程序或自导指令自动变换航行深度。
二、鱼雷定常水平直线运动时的控制
定常水平直线运动就是运动参数不随时间变化的水平直线运动。严格的定常水平直线运动是不存在的，但是在某些情况下可以近似认为这种运动。例如由深度控制系统和航向控制系统操纵下的鱼雷直航运动。
三、鱼雷深度控制系统的组成
由于鱼雷的深度控制可以采用多种方案，因此鱼雷深度控制系统具有不同的组成。
要实现鱼雷航行深度的稳定与控制，必须采用闭环反馈控制的方法。前面已经提到，鱼雷采用纯粹的深度反馈深度控制是不稳定的，因此深度控制器先将深度传感器测量的鱼雷实际航行深度，与设定航行深度信号进行比较，从而产生偏差（驱动）信号。同时，为了保证深控系统的稳定性，并具有所要求的动态性能，在深度控制器中还必须有校正装置。它将偏差信号按照控制规律的要求转换成相应的控制信号，再由横舵伺服机构放大转换后，操纵横舵向消除深度误差的方向偏转，直至达到一定的稳态精度为止。
鱼雷导航与控制
远航程鱼雷精确制导的基础是精确定位。在自导探测距离之外，控制鱼雷航行接近目标的前提是确定鱼雷相对发射舰及目标的距离和方位。因为对水下航行的鱼雷，无法采用无线电定位系统和GPS全球卫星定位系统，只能采用航位推算法或惯性导航系统。
一、鱼雷导航
一方面由于航位推算法术能精确定位，另一方面惯性导航系统是自主式系统，不需要任何外部设备，不依赖任何外界信息，也不向外辐射任何能量，具有隐蔽，不受时间、地点、气候等条件制约，且精度高，因此对于鱼雷远航程精确定位，惯导系统是最佳方案。相对于平台式惯导系统，由于捷联惯导系统结构简单，工作可靠、体积小、重量轻、功耗低、使用维护方便，更适合于战术性精确制导武器。因此，美国MKSO鱼雷、法国的“海缮”及英国的“矛鱼”鱼雷都已采用了捷联惯性测量装置或惯导系统，显示出其重要的应用前景。
为了提高鱼雷捷联惯导系统的测量精度，其技术关键之一是惯性传感器，因此要求惯性传感器精度高、测量范围大。其中，陀螺仪是惯导系统的重要组件，在很大程度上影响惯导系统的性能。20世纪80年代以来，激光陀螺技术突飞猛进，已逐渐取代了动力调谐等陀螺而成为捷联惯导技术发展历程中一个新的重要里程碑。由激光陀螺组成的捷联惯性导航系统具有启动时间快、动态测量范围宽、反应时间短、过载能力强、可靠性好、使用寿命长等优点，从而大大提高了导航系统的定位精度，并减少了鱼雷武器系统的反应时间。因此，采用激光、光纤等新型陀螺组成的捷联惯性导航系统将是鱼雷惯导的重要发展方向。
二、鱼雷控制
从鱼雷控制技术发展来看，鱼雷的控制已经历了机械控制、电动控制及数字计算机控制等阶段，使控制系统的体积、可靠性和性能有了长足的进步。最近十多年来，随着嵌入式计算机的日益成熟，鱼雷嵌入式计算机控制系统得到逐步应用，使控制系统体积更小，功耗更低，可靠性更高。而且随着计算机网络通讯和工业总线技术的日益成熟，传统鱼雷采用的集中式控制方式将逐步过渡到分布式工业总线控制方式，这样更易于鱼雷实现模块化设计，提高鱼雷各模块的复用率，降低产品的开发周期和成本。
从鱼雷控制理论发展来看，目前的鱼雷大都采用古典控制理论。随着对鱼雷性能要求的提高，鱼雷常常存在变质量、变速度、大攻角、大侧滑角航行的情况，使鱼雷运动呈非线性变参数状态，绝非线性定常数学模型所能描述。因此，采用古典控制理论就难于得到满意的控制性能。为此，用于解决不确定对象控制问题的现代控制理论，如系统辨识、鲁棒控制、模糊控制、自适应控制、变结构控制和智能控制等理论在鱼雷上的应用研究一直是鱼雷控制工程技术人员努力的方向。但是过去由于受敏感元件的限制，鱼雷的有些状态不可测，无法将这些理论应用到鱼雷的实际工程应用中。从未来发展来看，随着鱼雷捷联惯性导航系统在鱼雷上得到广泛应用，不仅为这些新的控制理论的应用成为现实，也为鱼雷实现导航与控制系统一体化奠定了良好的物质基础。
