[發(fā)明專利]基于差分衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)量的跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)定姿與指令補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510036930.7
• 申請(qǐng)日: 2015-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN104596503B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳磊;白顯宗;張國(guó)軍;柴華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00;G01C25/00
• 代理公司: 湖南省國(guó)防科技工業(yè)局專利中心43102
• 代理人: 馮青

1.一種基于差分衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)量的跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)定姿與指令補(bǔ)償方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝兩根相互垂直的長(zhǎng)桿，在長(zhǎng)桿上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收天線進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的位置確定和轉(zhuǎn)臺(tái)平臺(tái)的方向確定，分別用位置速度轉(zhuǎn)換法和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣法計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)指令，具體過程如下：

一、平臺(tái)定姿

(一)長(zhǎng)桿的安裝

在轉(zhuǎn)臺(tái)安裝面上從方位旋轉(zhuǎn)中心沿俯仰軸方向和垂直軸方向各安裝一根長(zhǎng)桿，定義這兩個(gè)相互垂直的長(zhǎng)桿的交點(diǎn)A和兩個(gè)端點(diǎn)分別為B、C點(diǎn)，A點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O_R不重合，有一個(gè)偏移量δ，兩個(gè)長(zhǎng)桿固連在轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝平面上，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方位角和俯仰角分別為0時(shí)，這兩個(gè)桿的方向確定平臺(tái)的指向，A、B、C三點(diǎn)的位置確定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O_R的位置；

(二)平臺(tái)定向

在A、B、C三點(diǎn)安裝衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)載波相位測(cè)量系統(tǒng)，任意時(shí)刻測(cè)得三點(diǎn)的大地經(jīng)度L、大地緯度B'和大地高H數(shù)據(jù)，通過下式得到A、B、C三點(diǎn)地心地固坐標(biāo)系ECF的位置矢量r_A,E、r_B,E和r_C,E：

式中：N為地球橢球的卯酉圈半徑，e為橢球的第一偏心率；

其中a和b分別為橢球的長(zhǎng)半徑和短半徑；

計(jì)算ECF坐標(biāo)系A(chǔ)點(diǎn)到B、C點(diǎn)的相對(duì)位置矢量r_AB,E和r_AC,E

r_AB,E＝r_B,E-r_A,E,r_AC,E＝r_C,E-r_A,E (3)

以A點(diǎn)為原點(diǎn)建立北東地坐標(biāo)系G_A，將A到B、C的相對(duì)位置矢量r_AB,E和r_AC,E轉(zhuǎn)換到G_A坐標(biāo)系，得和

由和得北東地坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系三個(gè)軸的單位矢量為

得北東地坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的方向余弦陣，也即坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為

而由北東地坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，寫為北東地坐標(biāo)系到平臺(tái)坐標(biāo)系、再由平臺(tái)坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣的乘積

因此北東地坐標(biāo)系到平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣寫為

而平臺(tái)坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為

α為 轉(zhuǎn)臺(tái)指令方位角，β為 轉(zhuǎn)臺(tái)指令俯仰角；

將式(9)代入式(8)，得

至此，得到北東地坐標(biāo)系到平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，也即方向余弦陣，將矩陣寫為元素的形式

北東地坐標(biāo)系到平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣與平臺(tái)方向角：方位角A_P、俯仰角E_P、滾動(dòng)角R_P的關(guān)系為

由式(11)和式(12)得平臺(tái)俯仰角為

E_p＝arcsin(-a₁₃),

定義函數(shù)

函數(shù)θ(x,y)的值域?yàn)閇-π,+π]；

如果得到的平臺(tái)俯仰角-π/2＜E_p＜π/2，則平臺(tái)方位角和滾動(dòng)角為

如果得到的平臺(tái)俯仰角E_p＝±π/2，則有

A_P＝-θ(a₂₂,a₂₁),R_P＝0(16)

在已經(jīng)得知轉(zhuǎn)臺(tái)此時(shí)指令方位角α和指令俯仰角β的情況下，求解得到平臺(tái)定向參數(shù)A_P、E_P和R_P；

(三)平臺(tái)定位方法

長(zhǎng)桿的交點(diǎn)A與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O_R點(diǎn)不重合，二者之間的偏移量δ由轉(zhuǎn)臺(tái)、長(zhǎng)桿、天線的外形尺寸決定，通過圖紙或測(cè)量得到，為已知量，

轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系中A點(diǎn)到O_R點(diǎn)的相對(duì)位置矢量為r_AO,R表示為r_AO,R＝(0 0 δ)^T，由和A點(diǎn)的大地坐標(biāo)得到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系到地心地固系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為

因此在地心地固系中A點(diǎn)到O_R點(diǎn)的相對(duì)位置矢量為r_AO,E表示為

r_AO,E＝M_R→Er_AO,R(18)

故地心地固系中O_R點(diǎn)的位置矢量為

r_O,E＝r_A,E+r_AO,E(19)

將r_O,E用大地坐標(biāo)表示，即得到了轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置，完成了平臺(tái)的定位；

(四)多次定位定向方法

由于A、B、C三點(diǎn)的位置測(cè)量存在誤差，因此由前述得到的平臺(tái)定位定向參數(shù)也存在誤差，進(jìn)行多次測(cè)量，得到多組數(shù)據(jù)，計(jì)算多組參數(shù)值，最終參數(shù)值取各次參數(shù)的平均值；

二、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)指令計(jì)算

轉(zhuǎn)臺(tái)的基本功能是通過轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)角度：指令方位角α和指令俯仰角β，使得安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上的有效載荷在當(dāng)?shù)乇睎|地坐標(biāo)系下指向所需的方位角A_G和俯仰角E_G，北東地坐標(biāo)系下的目標(biāo)狀態(tài)、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心位置參數(shù)、平臺(tái)定向參數(shù)均為已知量，所求的未知量是轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)角速度，轉(zhuǎn)臺(tái)指令參數(shù)的計(jì)算方法有兩種，分別為位置速度轉(zhuǎn)換法和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣法。