CN112379603B - 一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿***及方法，所述***包括辐射信号天线、导引头、控制单元；所述的辐射信号天线固定于暗室中且位置已知，用于进行目标模拟；所述导引头安装在转台上，跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；所述控制单元求解转台转角，使得导引头天线口面中心点与辐射信号天线位置的相对空间位置关系正好满足期望的体视线角，并根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿方法，属于飞行器制导控制仿真技术领域。
背景技术
随着计算机和微电子技术的飞速发展，***仿真技术已经广泛应用于导弹型号研制的各个环节，尤其是半实物仿真试验。对于导引头研制而言，制导半实物仿真试验是一种重要的设计和性能评价手段。将导引头实物引入到仿真回路，取代相应的数学模型，以克服数学模型建模误差和模型不确定性等因素的影响，提高仿真试验精度与置信度。
在雷达导引头的半实物仿真试验中，采用三轴转台配合射频目标仿真***来模拟导弹与目标的相对角度运动。导引头在三轴转台上的安装要求是保证导引头天线口面中心与转台回转中心重合，而在实际工程中，为避免转台台体对射频信号的遮挡与干扰，通常需要采用偏心安装，即使导引头天线口面中心位于转台回转中心前方，如图1所示。而这样的安装方式将引入额外的***误差，影响测试精度。
经对现有技术文献的检索发现，张鸿喜，崔连虎在《计算机仿真》(2010年，第27卷，第12期，第31-34页)上发表的文章“半实物仿真中导引头安装误差的影响分析”中对安装偏心带来的***误差进行了分析，给出了两种补偿方法：一是在导引头测量数据进入制导解算前对误差进行补偿。二是通过调整模拟目标辐射位置，使测量得到的视线角与理论视线角一致。方法一需要修改弹上软件算法，同时测量延时会引入额外的误差。方法二计算方法计算简单，但不适用于本发明中研究的固定模拟目标辐射位置的试验场景。王艳奎，郑强，姬爽在《激光与红外》(2018年，第48卷，第10期，第1278-1282页)上发表的文章“激光捷联导引头半实物仿真合成视线法研究”中同样对导引头安装偏心导致的***偏差问题进行研究，给出了基于合成视线的捷联导引头视线角仿真误差修正模型，该模型为非线性方程，无法求出精确解析解，需要选用合适的非线性方程求解方法来求解其数值解，该方法使用起来计算较为繁琐。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿方法，该方法贴近实际、计算简单、易于工程实现。
本发明的技术解决方案是：一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿***，包括辐射信号天线、导引头、控制单元；
所述的辐射信号天线固定于暗室中且位置已知，用于进行目标模拟；
所述导引头安装在转台上，跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；
所述控制单元求解转台转角，使得导引头天线口面中心点与辐射信号天线位置的相对空间位置关系正好满足期望的体视线角，并根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差。
优选的，所述的控制单元通过下述方式求解转台转角：
根据期望的体视线角求解弹目连线与导引头纵轴间的夹角Q；
根据转台回转中心、辐射信号天线位置、导引头天线口面中心的关系，计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ；进而计算转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
根据辐射信号天线在地理坐标系下的位置坐标，计算地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
根据转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵以及地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵/>计算地理坐标系到弹体坐标系的方向余弦矩阵/>进而得到符合期望体视线角的转台相对于地理坐标系的转角/>
优选的，所述的期望的体视线角针对卧式转台，为3-2-1转动顺序下体视线角；针对立式转台，为2-3-1转动顺序下的体视线角。
优选的，地理坐标系O-xgygzg：以转台回转中心为原点O，Oxg位于水平面内，指向转台前方，Oyg位于铅垂面内且与Oxg垂直，Ozg符合右手定则。
转台坐标系O-xtytzt：以转台回转中心为原点O，Oxt与转台内框转轴重合，指向辐射天线，Oyt位于铅垂面内且与Oxt垂直，Ozt符合右手定则。
弹体坐标系O-xbybzb：以转台回转中心为原点O，Oxb沿弹体纵轴，朝前为正，Oyb位于弹体纵向面内且与Oxb垂直，Ozb符合右手定则。
优选的，弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ的计算步骤如下：
根据转台回转中心O，导引头天线口面中心Os，模拟目标位置即辐射信号天线位置T三点构成的平面三角形，结合余弦定理计算导引头天线口面中心Os到模拟目标位置T的距离D；
O、Os、P三点构成的平面三角形，求解OsP的距离D2和OP的距离R2；所述的P为辐射信号天线位置T在平面Osxsys内的投影；
根据期望体视线角，结合距离D2、R2计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ。
优选的，弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ计算公式：
其中，sign(·)为符号函数，为预期的体视线角。
优选的，转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
优选的，地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
辐射信号天线在地理坐标系位置记为
优选的，转台相对于地理坐标系的转角
一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿方法，通过下述方式实现：
将辐射信号天线作为模拟目标固定于暗室中且位置已知；
将导引头安装在转台上，所述导引头跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；
根据期望的体视线角求解弹目连线与导引头纵轴间的夹角Q；
根据转台回转中心、辐射信号天线位置、导引头天线口面中心的关系，计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ；进而计算转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
根据辐射信号天线在地理坐标系下的位置坐标，计算地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
根据转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵以及地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵/>计算地理坐标系到弹体坐标系的方向余弦矩阵/>进而得到符合期望体视线角的转台相对于地理坐标系的转角/>
根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
该方法在满足射频制导半实物仿真试验要求的基础上，充分利用转台的大转角范围模拟导弹-目标的相对运动。同时采用空间几何分析，给出由理论视线角计算转台转角的方法，该方法有效解决导引头安装偏心问题，且可推广至其他体制导引头的仿真试验中。
(1)本发明采用单个固定辐射天线进行目标模拟，通过转台转动模拟导引头探测视线角变化，可以覆盖较大的视线角变化范围，同时减少由多天线合成信号引入***偏差。
(2)根据理论视线角输入，结合导引头安装位置与辐射天线位置计算期望转台转角，有效补偿安装偏心导致的***误差。
(3)方法仅需要一个辐射天线，减少目标辐射模拟***的复杂度。
附图说明
图1为本发明导引头安装偏心简易示意图；
图2为本发明视线角对比仿真试验结果；
图3为本发明坐标系***示意图；
图4为本发明体视线角定义；
图5为本发明半实物仿真导引头测试示意图；
图6为本发明几何分析示意图。
具体实施方式
下面结合附图1及实例对本发明作详细说明。
为了方便对本发明的描述，如图3所示，定义如下坐标系与描述变量：
地理坐标系O-xgygzg：以转台回转中心为原点O，Oxg位于水平面内，指向转台前方，Oyg位于铅垂面内且与Oxg垂直，Ozg符合右手定则。
转台坐标系O-xtytzt：以转台回转中心为原点O，Oxt与转台内框转轴重合，指向辐射天线，Oyt位于铅垂面内且与Oxt垂直，Ozt符合右手定则。
弹体坐标系O-xbybzb：以转台回转中心为原点O，Oxb沿弹体纵轴，朝前为正，Oyb位于弹体纵向面内且与Oxb垂直，Ozb符合右手定则。
导引头探测坐标系O-xsyszs：以导引头天线口面中心为原点Os，个轴方向与弹体坐标系各轴方向一致。
体视线角定义如图4所示。T为目标点，令OsT在平面O-xszs的投影与Oxs间的夹角为方位角，记为qh，令OsT与平面O-xszs的夹角为高低角，记为qv。可以看出，qh与qv为2-3-1旋转顺序下定义的欧拉角。另外，令弹目连线OsT与导引头纵轴Oxs间的夹角为Q。
本发明中导引头测试场景如图5所示，辐射信号天线固定于暗室中，其位置已知，在地理坐标系记为导引头安装与转台上，跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角。已知，导引头天线口面中心距离转台回转中心长度为L。故本发明所解决的问题可描述为：在导引头安装偏心的状态下，求解转台转角/>使得导引头天线口面中心点与模拟目标点(辐射信号天线)位置的相对空间位置关系正好满足期望的体视线角[qhc,qvc]。
本发明提出的补偿算法如下：
1)将2-3-1的转动顺序定义期望体视线角[qhc,qvc]转化为3-2-1的转动顺序定义的体视线角同时求解Q。
2)如图6所示，O、Os、T三点构成一个平面三角形，结合余弦定理计算导引头天线口面中心Os到模拟目标位置T的距离D。
3)如图6所示，分析O、Os、P三点构成的平面三角形，求解OsP的距离D2和OP的距离R2。
4)计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ。
其中，sign(·)为符号函数。
5)计算转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
6)计算地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
8)计算转台相对于地理坐标系的转角适用于立式转台(外框偏航，中框俯仰，内框滚转)。
通过上述步骤，可以得到要实现期望体视线角所需转动的转台角度，消除安装偏心引入的测量偏差。
实施例
假设导引头天线天线口面中心位于转台回转中心前方0.4m处，目标辐射位置位于转台正前方10m处。转台俯仰方向进行幅值为30°的正弦扫描运动，进行仿真试验。
仿真结果表面：如图2所示，在上述设定条件下，导引头偏心安装导致的测角误差随体视线角增大而增大，由图可以看出在α＝30°时，测角误差约为1.2°。采用本发明的补偿方法后，测角误差完全消除。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿***，其特征在于：包括辐射信号天线、导引头、控制单元；
所述的辐射信号天线固定于暗室中且位置已知，用于进行目标模拟；
所述导引头安装在转台上，跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；
所述控制单元求解转台转角，使得导引头天线口面中心点与辐射信号天线位置的相对空间位置关系正好满足期望的体视线角，并根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差；
所述的控制单元通过下述方式求解转台转角：
根据期望的体视线角求解弹目连线与导引头纵轴间的夹角Q；
根据转台回转中心、辐射信号天线位置、导引头天线口面中心的关系，计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ；进而计算转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
根据辐射信号天线在地理坐标系下的位置坐标，计算地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
根据转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵以及地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵/>计算地理坐标系到弹体坐标系的方向余弦矩阵/>进而得到符合期望体视线角的转台相对于地理坐标系的转角/>
2.根据权利要求1所述的补偿***，其特征在于：所述的期望的体视线角针对卧式转台，为3-2-1转动顺序下体视线角；针对立式转台，为2-3-1转动顺序下的体视线角。
3.根据权利要求1所述的补偿***，其特征在于：
地理坐标系O-xgygzg：以转台回转中心为原点O，Oxg位于水平面内，指向转台前方，Oyg位于铅垂面内且与Oxg垂直，Ozg符合右手定则；
转台坐标系O-xtytzt：以转台回转中心为原点O，Oxt与转台内框转轴重合，指向辐射天线，Oyt位于铅垂面内且与Oxt垂直，Ozt符合右手定则；
弹体坐标系O-xbybzb：以转台回转中心为原点O，Oxb沿弹体纵轴，朝前为正，Oyb位于弹体纵向面内且与Oxb垂直，Ozb符合右手定则。
4.根据权利要求3所述的补偿***，其特征在于：弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ的计算步骤如下：
根据转台回转中心O，导引头天线口面中心Os，模拟目标位置即辐射信号天线位置T三点构成的平面三角形，结合余弦定理计算导引头天线口面中心Os到模拟目标位置T的距离D；
O、Os、P三点构成的平面三角形，求解OsP的距离D2和OP的距离R2；所述的P为辐射信号天线位置T在平面Osxsys内的投影；
根据期望体视线角，结合距离D2、R2计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ。
5.根据权利要求4所述的补偿***，其特征在于：弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ计算公式：
其中，sign(·)为符号函数，为3-2-1的转动顺序下期望的方位体视线角、高低体视线角；辐射信号天线在地理坐标系位置记为/>
6.根据权利要求3所述的补偿***，其特征在于：转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
7.根据权利要求3所述的补偿***，其特征在于：地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
辐射信号天线在地理坐标系位置记为
8.根据权利要求3所述的补偿***，其特征在于：转台相对于地理坐标系的转角[γ,ψ,θ]：
。
9.一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿方法，其特征在于通过下述方式实现：
将辐射信号天线作为模拟目标固定于暗室中且位置已知；
将导引头安装在转台上，所述导引头跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；
根据期望的体视线角求解弹目连线与导引头纵轴间的夹角Q；
根据转台回转中心、辐射信号天线位置、导引头天线口面中心的关系，计算弹体坐标系相对于转台坐标系的欧拉角θ与φ；进而计算转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵
根据辐射信号天线在地理坐标系下的位置坐标，计算地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵
根据转台坐标系到弹体坐标系方向余弦矩阵以及地理坐标系到转台坐标系方向余弦矩阵/>计算地理坐标系到弹体坐标系的方向余弦矩阵/>进而得到符合期望体视线角的转台相对于地理坐标系的转角/>
根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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