[發明專利]用于脈沖修正火箭彈的彈體姿態計算方法

在審

• 申請號: 201910542886.5
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110160519A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 李超旺;高敏;呂靜;施冬梅;周曉東;王毅;徐敬青;崔亮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 王占華

本發明公開了一種用于脈沖修正火箭彈的彈體姿態計算方法，涉及火箭彈姿態控制方法技術領域。所述方法包括如下步驟：將磁傳感器安裝在彈丸的徑向平面內，測量軸垂直于彈軸方向，測量軸感應不同方向的磁通量，建立磁傳感器測量模型，利用磁傳感器測量模型測量彈體滾轉角和滾轉角速度，將該磁通量和當地的磁場進行比較，解算出彈體姿態信息。所述方法可避免出現地磁測量及解算發散，保證彈體角度、角速度具有較高的精度，用于彈道修正。

技術領域

本發明涉及一種火箭彈控制方法技術領域，尤其涉及一種用于脈沖修正火箭彈的彈體姿態計算方法。

背景技術

現代戰爭要求精確打擊彈藥具有較高的效費比，一方面期望精確打擊彈藥打擊精度高、射程遠、威力大，同時希望價格低，可大量裝備部隊。

精確打擊彈藥關鍵技術包括精確探測技術、彈道控制解算技術和修正執行機構控制技術，其中精確探測技術是基礎也是關鍵，常用的彈體探測技術包括慣性測量技術和地磁測量技術。慣性測量技術精度高、抗干擾能力強，但其成本太高，在低成本精確打擊彈藥上得到大范圍應用還有很長的路要走。地磁測量技術以地球周圍分布的地磁場為基準，飛行中彈載磁阻傳感器完成對地球磁場的測量，與預先儲存(裝定)的地磁基準信息比較，通過匹配或者解算的方式完成姿態解算，具有無源自主性、能夠獨立工作和誤差不累積的優點，但是由于磁傾角和磁偏角的存在，彈體飛行過程中可能會出現彈體與磁傾角重合的情況，導致姿態解算發散，無法求得彈體的姿態信息。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種可避免出現地磁測量及解算發散，保證彈體角度、角速度具有較高的精度，用于彈道修正的彈體姿態計算方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種用于脈沖修正火箭彈的彈體姿態計算方法，其特征在于包括如下步驟：

將磁傳感器安裝在彈丸的徑向平面內，測量軸垂直于彈軸方向，測量軸感應不同方向的磁通量，建立磁傳感器測量模型，利用磁傳感器測量模型測量彈體滾轉角和滾轉角速度，將該磁通量和當地的磁場進行比較，解算出彈體姿態信息。

進一步的技術方案在于，所述磁傳感器測量模型的建立方法如下：

設彈丸在一段射程內磁場穩定，即磁場方向和大小恒定；

定義O-NED為地理坐標系，O-xyz為彈體坐標系，B為空間地磁場矢量，H為地磁場水平分量，D表示地磁偏角，I表示地磁傾角；[B_x B_y B_z]為磁矢量B在北－東－地坐標系中的三軸分量；式(1)為坐標系中三軸分量與磁矢量的關系：

地磁測量單元安裝在彈體頭部，位于o-yz平面內；磁傳感器敏感軸z、x、y分別與彈體坐標系O-xyz方向一致；式(2)為彈丸飛行過程中，彈體坐標系磁分量與基準坐標系分量的變換關系；式(3)為姿態變換矩陣：

式中，[B_x B_y B_z]為地理坐標系下的地磁三軸分量，[b_x b_y b_z]為彈體坐標系下的三軸分量；為俯仰角、ψ為偏航角、γ為滾轉角，為地理坐標系到彈體坐標系的變換矩陣，變換順序為z-y-x。

進一步的技術方案在于，彈丸滾轉角測量方法如下：

設彈丸在射擊平面內偏航角ψ不變，彈丸滾轉角速率和彈丸俯仰角保持不變；由式(3)知，b_x為固定值，b_y，b_z為關于γ的三角函數，在一個滾轉周期內，磁傳感器的輸出為正弦函數，其對應一個極大值點和一個極小值點，以極大值點為初始零點，可得單個周期內任意一點的角度值如式(4)所示：