CN110615104A - 一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法 - Google Patents

一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法 Download PDF

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邓宏彬
黄春光
周惠民
熊镐
刘培君
潘振华
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Beijing Hongda And Chuang Defense Technology Research Institute Co Ltd
Wuhan Hong Hai Xinmin Technology Co Ltd
Beijing University of Technology
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Beijing Hongda And Chuang Defense Technology Research Institute Co Ltd
Wuhan Hong Hai Xinmin Technology Co Ltd
Beijing University of Technology
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    • B64D7/00—Arrangements of military equipment, e.g. armaments, armament accessories, or military shielding, in aircraft; Adaptations of armament mountings for aircraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G1/00—Sighting devices
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Abstract

本发明涉及无人武器平台控制技术领域，尤其是一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法,首先，启动无人机，控制无人机抵达目标区域，然后控制无人机在目标区域进行巡飞；然后启动随动瞄准***，再进行武器站上电自检，并搜索目标区域读取射表，同时，地面遥控操作站对目标进行识别，并发现目标解算目标位置；再进行弹道解算，最后在发射仓发射武器后，地面遥控操作站通过光电***获取的侦查图像解算目标运动位置，并判断是否击中目标。本发明实现了武器平台对目标的稳定瞄准和快速弹道锁定，保证光电***对目标的瞄准和根据瞄准信息解算弹道，实现对目标的精确打击。

Description

一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法
技术领域
本发明涉及无人武器平台控制技术领域，尤其涉及一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法。
背景技术
无人机载武器平台主要包括光电***、发射仓及相关电气***，武器平台挂载在无人机上，以实现对目标的搜索、跟踪、锁定和打击；机载武器平台的稳定瞄准较为困难，这是因为武器平台受到无人机运动、机体震动、目标运动等外在因素的影响，使其既有大幅度的机体与目标的相对运动，也有高频率的自身姿态变化，因而实现机载武器平台的稳定瞄准并保证一定精度较为困难；无人机载武器平台的弹道解算较为困难，这是因为无人机载荷能力较小，只能携带重量较轻、打击距离较小的火箭弹，无人机与目标的距离较小，从目标出现到目标脱离打击范围的时间较短，武器平台需要在极短时间内完成计算量较大的弹道解算，因而要实现弹道快速解算较为困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在目标的稳定瞄准和弹道快速解算困难的缺点，而提出的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，包括如下步骤；
步骤1：启动无人机，控制无人机抵达目标区域，然后控制无人机在目标区域进行巡飞；
步骤2：启动随动瞄准***，随动瞄准***由发射仓、光电***和随动机构组成，然后进行稳瞄控制，具体的实施步骤如下：
A、首先光电***获得目标图像，然后将将目标位置信息与运动信息传递给随动稳瞄***，随动***解算目标与无人机的相对位置向量
B、机体根据自己的运动轨迹确定当前位置与图像点机***置的位置向量同时，地面遥控操作站可以确定目标位置的图像采集时无人机的位置；
C、根据目标运动情况以及从图像采集到接收到地面信号的延时时间间隔Δt，并进行延时信息解算，武器平台可以确定目标运动向量其中，目标位置用A表示，瞄准中心用C表示，无人机位置用O表示，M表示转台，下标0表示图像点位置，下标1表示当前位置，下标2表示预测位置；
步骤3：武器站进行上电自检，并搜索目标区域读取射表，同时，地面遥控操作站对目标进行识别，并发现目标解算目标位置
步骤4：弹道解算，无人机到达目标区域后，弹道解算模块开始工作，先从存储模块读取射表，为后续弹道解算进行准备，具体的实施步骤如下：
a、光电***发现目标之后，弹道计算模块根据从地面遥控操作站获取的目标位置和运动信息，计算延时后的无人机与目标相对位置；
b、利用计算结果为坐标查询射表，获取弹道时间和相应的发射条件，将发射条件发送给伺服机构；
c、伺服机构中相应的伺服电机启动，调整发射角度，根据弹道时间修正弹目位置，经过n次迭代之后，获得准确弹目相对位置，以及初步发射诸元，实现弹道锁定，并通过发射仓发射武器；
步骤5：在发射仓发射武器后，地面遥控操作站通过光电***获取的侦查图像解算目标运动位置，并判断是否击中目标。
优选的，在步骤2中，稳瞄控制中，瞄准中心与目标的位置向量地面遥控操作站根据图像、焦距和弹目距离计算出来。
优选的，图像点无人机与目标的位置向量是根据是无人机姿态、弹目距离和计算出来，其中，无人机姿态包括无人机的俯仰角度和偏航角度。
优选的，图像点无人机与当前无人机的位置向量根据无人机GPS定位获得。
优选的，当前无人机与目标的位置向量由公式计算出来，其中，图像点目标与当前目标位置向量根据目标运动与图像点到当前的延时信息计算。
优选的，在目标锁定阶段，图像采集到接收到地面信号的时间间隔Δt包含图像获取、信号传输、图像处理、地面对目标判断和随动***响应的时间；在目标跟踪阶段，Δt不包含地面判断的时间。
优选的，根据当前转台的俯仰角和偏航角构造转台方向向量俯仰角和偏航角由转台惯性测量元件测量获得；根据和计算传给伺服机构的转动角度信息θf、θp。
优选的，延时信息解算是根据武器站转速ω以及角度信息θf和θp，计算***响应延时，计算θf和θp的修正量Δθf和Δθp，再根据Δθf和Δθp计算新的延时，循环次数根据Δθf和Δθp确定，当计算出的Δθf和Δθp小于一定数值时，计算终止。
优选的，在步骤4中，***获得初步发射诸元之后，将机体运动情况与横风情况带入弹道解算模块进行弹道解算，获得落点信息，若与目标相遇则将计算结束，将计算结果发送给伺服机构，否则根据落点与射表修正发射条件再次解算弹道。
本发明提出的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，有益效果在于：
1、随动瞄准***通过光电***获取目标位置，并通过随动***解算目标与无人机的位置向量无人机GPS定位获得图像点无人机与当前无人机的位置向量图像点目标与当前目标位置向量根据计算获得当前无人机与目标的位置，并计算出延时时间间隔Δt，最终可精确的对目标进行稳定瞄准；
2、弹道解算根据发动机参数和气动参数进行计算，并进行发射诸元的自动修正，从而实现快速精准的弹道解算和弹道锁定，从而实现无人机载武器平台的对目标的精准打击。
附图说明
图1为本发明提出的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法的随动稳瞄***基本结构示意图；
图2为本发明提出的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法的目标稳瞄原理示意图；
图3为本发明提出的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法的弹道解算流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，包括如下步骤；
步骤1：启动无人机，控制无人机抵达目标区域，然后控制无人机在目标区域进行巡飞；
步骤2：启动随动瞄准***，随动瞄准***由发射仓、光电***和随动机构组成，然后进行稳瞄控制，具体的实施步骤如下：
A、首先光电***获得目标图像，然后将将目标位置信息与运动信息传递给随动稳瞄***，随动***解算目标与无人机的相对位置向量图像点无人机与目标的位置向量是根据是无人机姿态、弹目距离和计算出来，其中，无人机姿态包括无人机的俯仰角度和偏航角度，瞄准中心与目标的位置向量是地面遥控操作站根据图像、焦距和弹目距离计算出来；
根据当无人机的俯仰角和偏航角构造转台方向向量俯仰角和偏航角由转台惯性测量元件测量获得；根据和计算传给伺服机构的转动角度信息θf、θp；
B、机体根据自己的运动轨迹确定当前位置与图像点机***置的位置向量同时，地面遥控操作站可以确定目标位置的图像采集时无人机的位置，图像点无人机与当前无人机的位置向量根据无人机GPS定位获得；
C、根据目标运动情况以及从图像采集到接收到地面信号的延时时间间隔Δt，并进行延时信息解算，延时信息解算是根据武器站转速ω以及角度信息θf和θp，计算***响应延时，计算θf和θp的修正量Δθf和Δθp，再根据Δθf和Δθp计算新的延时，循环次数根据Δθf和Δθp确定，当计算出的Δθf和Δθp小于一定数值时，计算终止；
然后武器平台可以确定目标运动向量当前无人机与目标的位置向量由公式计算出来，图像点目标与当前目标位置向量根据目标运动与图像点到当前的延时信息计算；在目标锁定阶段，图像采集到接收到地面信号的时间间隔Δt包含图像获取、信号传输、图像处理、地面对目标判断和随动***响应的时间；在目标跟踪阶段，Δt不包含地面判断的时间；
其中，目标位置用A表示，瞄准中心用C表示，无人机位置用O表示，M表示转台，下标0表示图像点位置，下标1表示当前位置，下标2表示预测位置；
步骤3：武器站进行上电自检，并搜索目标区域读取射表，同时，地面遥控操作站对目标进行识别，并发现目标解算目标位置
步骤4：弹道解算，无人机到达目标区域后，弹道解算模块开始工作，先从存储模块读取射表，为后续弹道解算进行准备，具体的实施步骤如下：
a、光电***发现目标之后，弹道计算模块根据从地面遥控操作站获取的目标位置和运动信息，计算延时后的无人机与目标相对位置；
b、利用计算结果为坐标查询射表，获取弹道时间和相应的发射条件，将发射条件发送给伺服机构；
c、伺服机构中相应的伺服电机启动，调整发射角度，根据弹道时间修正弹目位置，经过n次迭代之后，获得准确弹目相对位置，以及初步发射诸元，***获得初步发射诸元之后，将机体运动情况与横风情况带入弹道解算模块进行弹道解算，获得落点信息，若与目标相遇则将计算结束，将计算结果发送给伺服机构，否则根据落点与射表修正发射条件再次解算弹道，最终实现弹道锁定，并通过发射仓发射武器；
其中，弹道解算是根据发动机参数和气动参数进行计算，具体的计算模型如下：
式中，(1)式为质量方程，(2)、(3)式为质心运动方程，(4)、(5)式为绕心运动方程，(6)、(7)式为速度和相对气流(速度含风)的速度转换方程，(8)、(9)式为攻角、侧滑角、总攻角和速度偏角的计算方程；
其中，mc为发动机燃烧燃料秒耗量；V，θ，σ分别为速度、弹道倾角和弹道偏角；α、β分别为攻角、侧滑角；φ、ψ、γ俯仰姿态角、偏航姿态角、滚动姿态角；ωx1,ωx1,ωx1为弹体系的三个角速度分量；αh,γv为总攻角和速度偏角；fx，fy，fz分布为风速在地面坐标系三个轴的分量；Qx1,Qy1,Qz1,为火箭弹飞行中受到的气动力；P为火箭弹发动机推力；Mqx1,Mqx1,Mqx1为气动力矩Mdx1,Mdx1,Mdx1为气动阻尼力矩。Vx1,Vy1,Vz1为速度在弹体系的三个分量；为考虑风干扰后的气流速度在弹体系的三个分量；
步骤5：在发射仓发射武器后，地面遥控操作站通过光电***获取的侦查图像解算目标运动位置，并判断是否击中目标。
本发明的随动瞄准***通过光电***获取目标位置，并通过随动***解算目标与无人机的位置向量无人机GPS定位获得图像点无人机与当前无人机的位置向量图像点目标与当前目标位置向量根据计算获得当前无人机与目标的位置，并计算出延时时间间隔Δt，最终可精确的对目标进行稳定瞄准；另外，弹道解算根据发动机参数和气动参数进行计算，并进行发射诸元的自动修正，从而实现快速精准的弹道解算和弹道锁定，从而实现无人机载武器平台的对目标的精准打击。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤1：启动无人机，控制无人机抵达目标区域，然后控制无人机在目标区域进行巡飞；
步骤2：启动随动瞄准***，随动瞄准***由发射仓、光电***和随动机构组成，然后进行稳瞄控制，具体的实施步骤如下：
A、首先光电***获得目标图像，然后将将目标位置信息与运动信息传递给随动稳瞄***，随动***解算目标与无人机的相对位置向量
B、机体根据自己的运动轨迹确定当前位置与图像点机***置的位置向量同时，地面遥控操作站可以确定目标位置的图像采集时无人机的位置；
C、根据目标运动情况以及从图像采集到接收到地面信号的延时时间间隔Δt，并进行延时信息解算，武器平台可以确定目标运动向量其中，目标位置用A表示，瞄准中心用C表示，无人机位置用O表示，M表示转台，下标0表示图像点位置，下标1表示当前位置，下标2表示预测位置；
步骤3：武器站进行上电自检，并搜索目标区域读取射表，同时，地面遥控操作站对目标进行识别，并发现目标解算目标位置
步骤4：弹道解算，无人机到达目标区域后，弹道解算模块开始工作，先从存储模块读取射表，为后续弹道解算进行准备，具体的实施步骤如下：
a、光电***发现目标之后，弹道计算模块根据从地面遥控操作站获取的目标位置和运动信息，计算延时后的无人机与目标相对位置；
b、利用计算结果为坐标查询射表，获取弹道时间和相应的发射条件，将发射条件发送给伺服机构；
c、伺服机构中相应的伺服电机启动，调整发射角度，根据弹道时间修正弹目位置，经过n次迭代之后，获得准确弹目相对位置，以及初步发射诸元，实现弹道锁定，并通过发射仓发射武器；
步骤5：在发射仓发射武器后，地面遥控操作站通过光电***获取的侦查图像解算目标运动位置，并判断是否击中目标。
2.根据权利要求1所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，在步骤2中，稳瞄控制中，瞄准中心与目标的位置向量地面遥控操作站根据图像、焦距和弹目距离计算出来。
3.根据权利要求2所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，图像点无人机与目标的位置向量是根据是无人机姿态、弹目距离和计算出来，其中，无人机姿态包括无人机的俯仰角度和偏航角度。
4.根据权利要求3所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，图像点无人机与当前无人机的位置向量根据无人机GPS定位获得。
5.根据权利要求4所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，当前无人机与目标的位置向量由公式计算出来，其中，图像点目标与当前目标位置向量根据目标运动与图像点到当前的延时信息计算。
6.根据权利要求5所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，在目标锁定阶段，图像采集到接收到地面信号的时间间隔Δt包含图像获取、信号传输、图像处理、地面对目标判断和随动***响应的时间；在目标跟踪阶段，Δt不包含地面判断的时间。
7.根据权利要求6所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，根据当前转台的俯仰角和偏航角构造转台方向向量俯仰角和偏航角由转台惯性测量元件测量获得；根据和计算传给伺服机构的转动角度信息θf、θp。
8.根据权利要求7所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，延时信息解算是根据武器站转速ω以及角度信息θf和θp，计算***响应延时，计算θf和θp的修正量Δθf和Δθp，再根据Δθf和Δθp计算新的延时，循环次数根据Δθf和Δθp确定，当计算出的Δθf和Δθp小于一定数值时，计算终止。
9.根据权利要求1所述的一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法，其特征在于，在步骤4中，***获得初步发射诸元之后，将机体运动情况与横风情况带入弹道解算模块进行弹道解算，获得落点信息，若与目标相遇则将计算结束，将计算结果发送给伺服机构，否则根据落点与射表修正发射条件再次解算弹道。
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