[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于地磁要素的飛行彈體旋轉(zhuǎn)姿態(tài)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911234218.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110986926B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易文俊;王添奕;熊天紅;柳文安;馮波;李巖;王唯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/08
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/08;G01C21/20
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 韓晶

1.一種基于地磁要素的飛行彈體旋轉(zhuǎn)姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)B_z的數(shù)學(xué)特性解決B_y的多值問(wèn)題：

當(dāng)求B_z極值的俯仰角θ_j，在俯仰角θ和偏航角ψ之間，B_zj的極值只有一個(gè)；ψ不變時(shí)，極值點(diǎn)的俯仰角θ_j為一個(gè)常量；

如果則如果則則B_y＝0；

a＝cosIcos(D-ψ)，b＝sinI，其中I為磁傾角、D為磁偏角、ψ為偏航角；

2)求出基準(zhǔn)角φ₀

經(jīng)過(guò)前期研究，得到φ₀的思路為：

投影矢量B，B為地磁矢量在彈體橫截面上的投影矢量，在第一象限，即基準(zhǔn)角B_x＞0并且B_y≥0時(shí)：

3)求出滾動(dòng)角φ_i

前期研究，根據(jù)不同的φ₀，φ_i有：

4)根據(jù)B_y的正負(fù)取值解決俯仰角θ多值問(wèn)題：

利用磁阻傳感器3個(gè)敏感軸的電壓輸出和由于與φ無(wú)關(guān)，根據(jù)oz軸磁測(cè)電壓值的變化，求出俯仰角θ；

當(dāng)B_y≥0時(shí)

當(dāng)B_y＜0時(shí)

5)迭代修正跟蹤偏航角ψ

在滾動(dòng)角為零度時(shí)，觀察B_x的磁測(cè)值的變化，如果變化不大，說(shuō)明偏航角ψ隨彈體飛行變化不大；如果變化明顯，就需要修正ψ，使得B_x和相互逼近，形成一種收斂迭代逼近過(guò)程，從而B(niǎo)_x及式中的a參數(shù)得到修正，進(jìn)一步提高解算精度，d＝cosIsin(D-ψ)；

由于B_x＝cosI sin(D-ψ)，偏向角ψ不變時(shí)，B_x是常數(shù)；B_x在滾動(dòng)角φ＝0時(shí)的磁測(cè)值為：

得到差值及誤差公式：

根據(jù)式求極值，在極值點(diǎn)或零點(diǎn)，滾動(dòng)角φ和基準(zhǔn)角φ₀有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

得：

得到擬解算數(shù)學(xué)模型：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地磁要素的飛行彈體旋轉(zhuǎn)姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，采用直角坐標(biāo)系，O為觀測(cè)點(diǎn)，x’軸指向北，y’軸指向東，z’軸向下；為O點(diǎn)地磁場(chǎng)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量，在x’，y’與z’軸上的投影分別為X’，Y’與Z’；H為在水平面上的投影；水平強(qiáng)度矢量H偏離地理北方向的角度D稱(chēng)為磁偏角，磁偏角也就是磁子午面與地理子午面的夾角；并規(guī)定磁偏角向東偏為正，向西偏為負(fù)；偏離水平面的角度I稱(chēng)為磁傾角，總磁場(chǎng)下傾為正，上仰為負(fù)；I、D、X’、Y’、Z’、H和這七個(gè)物理量稱(chēng)為地磁場(chǎng)的要素，用來(lái)描述地磁場(chǎng)的特征。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于地磁要素的飛行彈體旋轉(zhuǎn)姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，彈體橫截面飛行坐標(biāo)系和彈體軸oz軸組成右手直角坐標(biāo)系；oy在彈體軸的鉛垂面內(nèi)且垂直于oz軸向下，ox位于彈體的橫截面與水平面的交線上對(duì)應(yīng)磁阻傳感器另一敏感軸；B為地磁矢量在此橫截面上的投影矢量，φ₀為B矢量與y軸之間的夾角，稱(chēng)為基準(zhǔn)角，φ^，為B矢量和滾動(dòng)中y’軸之間的夾角，φ為滾動(dòng)角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于地磁要素的飛行彈體旋轉(zhuǎn)姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，滾動(dòng)角關(guān)系式，φ的象限不同，表達(dá)式形式有所變化：

B_x、B_y和B_z根據(jù)彈體飛行地點(diǎn)的地磁要素和坐標(biāo)變換得到關(guān)系式：

其中：I為磁傾角、D為磁偏角、B^T為地磁矢量的模、θ為俯仰角、ψ為偏航角；

飛行橫截面滾動(dòng)坐標(biāo)系中，B矢量在滾動(dòng)坐標(biāo)系上的投影為：

用理論值和分別標(biāo)定、校正其測(cè)量值和修正3路地磁信號(hào)放大倍數(shù)誤差的影響；于是在沒(méi)有彈體情況下，把(1)式表達(dá)成(4)式：

在θ、ψ及地磁要素不變的情況下，基準(zhǔn)角φ₀或是一個(gè)常量，這樣根據(jù)式(4)完備的計(jì)算出滾動(dòng)角φ；

根據(jù)地磁模型分析，磁傾角I、磁偏角D在小地域內(nèi)變化很小，對(duì)B_x和B_y或基準(zhǔn)角φ₀的值影響很小，對(duì)滾動(dòng)角計(jì)算的誤差忽略不計(jì)；但彈體在實(shí)際飛行中，它的θ、ψ是不斷變化的，式(4)中的B_x和B_y是不確定的；

B_x和B_y是俯仰角θ、偏航角ψ的函數(shù)；無(wú)法從磁測(cè)數(shù)據(jù)中得到B_x和B_y，就不能得到基準(zhǔn)角φ₀；擬采取如下解決途徑求解B_x和B_y：

磁傾角I、磁偏角D、偏航角ψ不考慮變化，為求解的初始條件；

根據(jù)式(2)，求解公式為：

設(shè)a＝cosI cos(D-ψ)，b＝sinI，d＝cosI sin(D-ψ)，寫(xiě)成(5)式

磁傾角I為-10°—+70°，偏航角ψ為-11°30’—15°，a值范圍為(-1,1)，b值范圍為[-0.173645,0.93969]；

設(shè)：得：