[發明專利]適用于高速旋轉彈體炮口初始姿態的測量方法

有效

• 申請號: 201210573065.6
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103075930A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張曉明;劉俊;李杰;石云波;唐軍;龍達峰;趙鑫爐;白渚銓;王宇
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: F42B35/02
• 分類號: F42B35/02;G01C21/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及高速旋轉彈體炮口初始姿態測量技術，具體是一種基于三軸MEMS加速度計和兩個非正交布陣MEMS陀螺儀的高速旋轉彈體炮口初始姿態測量方法。

背景技術

常規彈藥制導化、靈巧化改造是國內外精確打擊武器的發展方向，彈體飛行過程中姿態角的實時精確測量是實現其精確控制飛行的關鍵前提。受常規彈藥的高速旋轉、高沖擊、小體積等應用環境的限制，所選用的導航系統必須滿足抗高過載、小體積、量程與精度合適、低成本等需求。特別是針對旋轉速度達30轉/秒的高速旋轉彈體，彈軸角速率達10800°/s，但是目前還沒有量程與精度能夠同時滿足直接測量彈軸角速率的高精度陀螺儀，軸向的高旋轉使得現有的慣性測量方法無法實現彈軸向大角速度高精度的測量，從而影響了慣導炮口初始姿態的準確獲取，而初始姿態的準確性將影響高旋彈體全彈道三維姿態、速度和位置的解算精度，直接關系到彈丸的打擊精度和首發炮彈的命中率。此外，彈體發射瞬間產生的軸向高過載也容易影響陀螺儀測試性能或陀螺儀瞬間飽和，甚至損壞器件。

因此，解決高旋彈體軸向高過載、大角速度的高精度測量問題，是實現高速旋轉彈體炮口初始姿態準確獲取的關鍵，也是當前常規彈藥制導化、靈巧化改造急需解決的測量難題。針對上述難題，有必要發明一種適用于高速旋轉彈體炮口初始姿態測量方法，實現高速旋轉彈體初始姿態參數的準確測量。

發明內容

本發明為了解決高旋彈體軸向高過載、大角速度的高精度測量問題，提供了一種適用于高速旋轉彈體炮口初始姿態的測量方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種適用于高速旋轉彈體炮口初始姿態的測量方法，包括如下步驟：

(I)建立火炮發射坐標系O-XⁿYⁿZⁿ為參考坐標系，彈體在炮筒內的發射點設為參考坐標系的原點，炮筒置于參考坐標系的XⁿOYⁿ平面內；建立彈體坐標系O-X^bY^bZ^b，其中彈心設為彈體坐標系的原點，OX^b軸沿彈體軸線方向；則彈體從發射到炮口整個過程中，彈體的偏航角為零、俯仰角θ不變。

(II)采用兩個非正交布陣單軸MEMS陀螺儀Gy、Gv、三軸MEMS加速度計A和相應的電子線路組成彈體姿態測量系統(本領域技術人員均知道如何連接此相應的電子線路，屬公知技術)，安裝方式如下：三軸MEMS加速度計A安裝在彈體上、且其敏感方向分別對應彈體坐標系的X^b、Y^b和Z^b各坐標軸；陀螺儀Gy安裝在彈體坐標系的OY^b軸、且其敏感方向與OY^b軸一致，陀螺儀Gv安裝在彈體坐標系的OV^b軸、且其敏感方向與OV^b軸一致，所述OV^b軸在X^bOY^b平面內、且其與OX^b軸的夾角為α角，所述α角大小由陀螺儀Gy、Gv的量程及設定的彈體軸向角速度的量程具體確定；

(III)彈體在發射前，由三軸加速度計A的輸出值完成彈體的初始俯仰角θ₀和初始橫滾角γ₀計算，計算公式如下：