CN111765810B - 一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 - Google Patents
一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111765810B CN111765810B CN202010400777.2A CN202010400777A CN111765810B CN 111765810 B CN111765810 B CN 111765810B CN 202010400777 A CN202010400777 A CN 202010400777A CN 111765810 B CN111765810 B CN 111765810B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seeker
- angular velocity
- projectile
- angle
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法,具体过程如下:(1)根据导引头内部电位计输出的框架角,计算框架系下的视线角速度;(2)将求得的视线角速度、框架角及导引头内部陀螺仪输出的框架系下惯性角速度,发送至武器控制器;(3)武器控制器计算弹体到框架的转换矩阵;(4)根据得到的视线角速度、惯性角速度和转换矩阵,求取弹体惯性角速度;(5)根据弹体惯性角速度,求解弹体姿态矩阵;(6)已知目标和弹体在导航系上的相对位置,根据姿态矩阵求取相对位置弹体系上的投影;(7)根据相对位置投影,求得平台导引头预置角。本发明有效提高导航精度和导引头指向精度,有效提高中末制导交接成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种平台导引头框架预置角计算方法,尤其是一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法,属于制导控制***设计技术领域。
背景技术
随着察打一体无人机/直升机作战模式的发展,市场上开始涌现出多种型号近程空地制导武器。考虑到精准点杀伤需求、小平台无人机***挂载能力以及作战效费比,对精确制导武器命中精度、产品重量以及生产成本等提出了越来越高的要求,半主动激光导引头与红外导引头体制成为多数小型空地制导武器型号的主要选择。
捷联式导引头体制受产品量测噪声与导航精度影响,武器命中精度与脱靶量稳定性很难保证,平台式导引头成为小型近程空地制导武器的首选。此类武器受限于导引头截获距离,大多数采用惯性中制导+末制导的复合制导体制,这就对中制导段导引头预置精度提出了要求。目前导引头预置角均是由弹载惯导***信息计算,但因小型制导武器成本限制,其搭载的惯导***精度较差,导致中制导阶段导引头预置角度存在较大偏差。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法,该方法使用平台导引头内部陀螺仪和电位计作为框架预置角的计算来源,由于平台式导引头内部陀螺仪和电位计精度较高,因此可以替代弹载惯导***的陀螺仪,提供更准确的弹体姿态角,提升中制导精度。
本发明的技术解决问题是:针对小型制导武器,有效提高中制导精度,节省制造成本,减轻产品重量。
实现本发明的技术方案如下:
一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法,具体过程如下:
(1)导引头处理器根据采集的导引头内部电位计输出的偏航框架角Bs和俯仰框架角Es,计算框架系下的视线角速度ωfb;
(2)导引头处理器将求得的视线角速度ωfb、偏航/俯仰框架角及导引头内部陀螺仪输出的框架系下惯性角速度ωfi,发送至武器控制器;
(3)武器控制器根据偏航框架角和俯仰框架角计算弹体系到框架系的转换矩阵Afb;
(4)根据得到的视线角速度ωfb、惯性角速度ωfi和转换矩阵Afb,求取弹体惯性角速度ωbi;
(7)根据相对位置投影,利用下式求得平台导引头预置角;
esm=arc tan(L2/L1)
进一步地,本发明所述弹体的姿态矩阵的求解过程为:
其中,ψ为初始装订的航向角,θ为初始装订的俯仰角,γ为初始装订的横滚角;
根据初始弹体的姿态矩阵计算初始q值:
使用四阶龙哥库塔法求解四元数微分方程,求得实时的q值;
根据所求解的实时q,带入下式中即可得到实时弹体的姿态矩阵,
有益效果:
(1)本发明解决了小型制导武器惯导***精度较差引起的中制导精度问题。通过使用平台导引头内部的高精度陀螺仪和电位计,计算更高精度的弹体姿态和导引头预置角,有效提高导航精度和导引头指向精度,有效提高中末制导交接成功率。
(2)本发明使用平台导引头内部陀螺仪和电位计作为框架预置角的计算来源,由于平台式导引头内部陀螺仪和电位计精度较高,因此可以替代弹载惯导***的陀螺仪,有效降低制造成本;同时可以节省小型制导武器惯导设备的占用空间、重量,进一步满足制导武器小型化需求。
附图说明
图1为本发明计算方法的流程图。
图2为本发明涉及的弹体系和框架系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
(1)计算框架系下的视线角速度ωfb。
平台导引头内部安装有高精度电位计,根据平台导引头内部安装的高精度电位计输出的高精度偏航框架角Bs和俯仰框架角Es,利用四阶中心型差分方法求取框架系下的视线角速度ωfb;
四阶中心型差分的公式可以表示为:
偏航和俯仰框架转动角速度为:
导引头框架转动顺序为先俯仰后偏航,所以框架系下的视线角速度为:
(2)导引头处理器在求得视线角速度ωfb后,与框架角、内部陀螺仪输出的框架系下惯性角速度ωfi一起,发送至武器控制器;步骤(1)中的框架角的采集可以是按照1ms周期,发送至武器控制器可以是按照2.5ms周期;
(3)根据偏航框架角和俯仰框架角,计算弹体系到框架系的转换矩阵Afb。
(4)计算弹体的惯性角速度ωbi。
根据步骤(1)、(2)和(3)得到的视线角速度ωfb、惯性角速度ωfi和转换矩阵Afb,然后利于公式ωfi=Afbωbi+ωfb求取弹体的惯性角速度ωbi:
本实施例小型制导武器飞行时间较短,大约数秒到数十秒,可以忽略地球自转和导航系旋转的影响,使用四元数求解弹体的姿态矩阵如下:
其中:ψ为航向角,θ为俯仰角,γ为横滚角。
四元数微分方程由下式描述:
初始q值计算如下:
使用四阶龙哥库塔法求解四元数微分方程,求得实时的q值,带入下式中即可得实时弹体的姿态矩阵:
(6)计算弹目相对位置在弹体系上的投影。
(7)计算平台导引头预置角。
根据步骤(6)得到的相对位置投影L,利用下式求得平台导引头预置角:
esm=arc tan(L2/L1)
导引头利用高精度预置角,实现对目标的精确瞄准。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (1)
1.一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法,其特征在于,具体过程如下:
(1)导引头处理器根据采集的导引头内部电位计输出的偏航框架角Bs和俯仰框架角Es,计算框架系下的视线角速度ωfb;
(2)导引头处理器将求得的视线角速度ωfb、偏航/俯仰框架角及导引头内部陀螺仪输出的框架系下惯性角速度ωfi,发送至武器控制器;
(3)武器控制器根据偏航框架角和俯仰框架角计算弹体系到框架系的转换矩阵Afb;
(4)根据得到的视线角速度ωfb、惯性角速度ωfi和转换矩阵Afb,求取弹体惯性角速度ωbi;
(7)根据相对位置投影,利用下式求得平台导引头预置角;
esm=arctan(L2/L1)
所述弹体的姿态矩阵的求解过程为:
其中,ψ为初始装订的航向角,ϑ 为初始装订的俯仰角,γ为初始装订的横滚角;
根据初始弹体的姿态矩阵计算初始q值:
使用四阶龙哥库塔法求解四元数微分方程,求得实时的q值;
根据所求解的实时q,带入下式中即可得到实时弹体的姿态矩阵;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010400777.2A CN111765810B (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010400777.2A CN111765810B (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111765810A CN111765810A (zh) | 2020-10-13 |
CN111765810B true CN111765810B (zh) | 2022-08-26 |
Family
ID=72719210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010400777.2A Active CN111765810B (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111765810B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7341221B1 (en) * | 2005-07-28 | 2008-03-11 | The United States Of America As Represented By The Sectretary Of The Army | Attitude determination with magnetometers for gun-launched munitions |
CN106342284B (zh) * | 2008-08-18 | 2011-11-23 | 西北工业大学 | 一种飞行载体姿态确定方法 |
CN102997913A (zh) * | 2011-09-14 | 2013-03-27 | 意法半导体(中国)投资有限公司 | 用于确定物体姿态的方法及装置 |
CN106507916B (zh) * | 2010-05-20 | 2014-01-01 | 西北工业大学 | 一种基于角速度和fpga的四元数直接输出方法 |
CN106950981A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-07-14 | 深圳大学 | 一种无人机高度控制方法及*** |
CN206330482U (zh) * | 2016-11-29 | 2017-07-14 | 贵州大学 | 一种目标空间角位置模拟器 |
CN107941089A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-20 | 上海航天测控通信研究所 | 一种基于模块化的摇摆台 |
CN108594217A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-28 | 北京理工大学 | 一种空间目标俯仰和方位二维角度闭环跟踪*** |
-
2020
- 2020-05-13 CN CN202010400777.2A patent/CN111765810B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7341221B1 (en) * | 2005-07-28 | 2008-03-11 | The United States Of America As Represented By The Sectretary Of The Army | Attitude determination with magnetometers for gun-launched munitions |
CN106342284B (zh) * | 2008-08-18 | 2011-11-23 | 西北工业大学 | 一种飞行载体姿态确定方法 |
CN106507916B (zh) * | 2010-05-20 | 2014-01-01 | 西北工业大学 | 一种基于角速度和fpga的四元数直接输出方法 |
CN102997913A (zh) * | 2011-09-14 | 2013-03-27 | 意法半导体(中国)投资有限公司 | 用于确定物体姿态的方法及装置 |
CN206330482U (zh) * | 2016-11-29 | 2017-07-14 | 贵州大学 | 一种目标空间角位置模拟器 |
CN106950981A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-07-14 | 深圳大学 | 一种无人机高度控制方法及*** |
CN107941089A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-20 | 上海航天测控通信研究所 | 一种基于模块化的摇摆台 |
CN108594217A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-28 | 北京理工大学 | 一种空间目标俯仰和方位二维角度闭环跟踪*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111765810A (zh) | 2020-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111721291B (zh) | 一种发射系下捷联惯组导航的工程算法 | |
CN107609307B (zh) | 一种考虑气弹和地球影响的远程火箭弹弹道分析方法 | |
CN110471456B (zh) | 高超声速飞行器俯冲段制导、姿控、变形一体化控制方法 | |
CN105486307B (zh) | 针对机动目标的视线角速率估计方法 | |
CN105865272B (zh) | 一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法 | |
CN105157705B (zh) | 一种半捷联雷达导引头视线角速度提取方法 | |
CN111591470B (zh) | 一种适应推力可调模式的飞行器精确软着陆闭环制导方法 | |
CN105180728B (zh) | 基于前数据的旋转制导炮弹快速空中对准方法 | |
CN105486308B (zh) | 估计弹目视线角速率的快收敛Kalman滤波器的设计方法 | |
CN109669480B (zh) | 一种预测目标位置的导引头控制方法 | |
CN111336871B (zh) | 一种基于迂回式飞行的垂直攻击制导方法 | |
CN102878872B (zh) | 一种针对导引头失锁情况的制导信息处理方法 | |
CN107478110B (zh) | 一种基于状态观测器的旋转弹姿态角计算方法 | |
CN112198885B (zh) | 一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制方法 | |
CN111238474A (zh) | 基于倾斜坐标系的捷联导引头非奇异视线角速度提取方法 | |
CN113847913A (zh) | 一种基于弹道模型约束的弹载组合导航方法 | |
CN109724624A (zh) | 一种适用于机翼挠曲变形的机载自适应传递对准算法 | |
CN102425980A (zh) | 利用加速度计实现过载驾驶仪的控制方法 | |
CN103604316A (zh) | 一种用于多弹发射的弹道校正方法 | |
CN110615104A (zh) | 一种无人机武器平台稳定瞄准控制方法 | |
CN114509946A (zh) | 一种基于预设时间滑模的飞行器制导控制一体化设计方法 | |
CN114637304A (zh) | 一种察打武器***及随动跟踪控制方法 | |
CN114510065A (zh) | 一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法 | |
CN111765810B (zh) | 一种基于平台导引头陀螺信息的框架预置角计算方法 | |
CN115390590B (zh) | 一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |