[發(fā)明專利]基于傾斜坐標(biāo)系的捷聯(lián)導(dǎo)引頭非奇異視線角速度提取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010080592.8
• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111238474A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 浦甲倫;李源;許河川;崔乃剛;孫立偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.基于傾斜坐標(biāo)系的捷聯(lián)導(dǎo)引頭非奇異視線角速度提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立傾斜地面坐標(biāo)系、傾斜視線坐標(biāo)系、傾斜彈體坐標(biāo)系，推導(dǎo)三個(gè)坐標(biāo)系間方向余弦矩陣；

步驟二：通過捷聯(lián)導(dǎo)引頭量測獲得彈體系下的體視線角；

步驟三：建立傾斜視線坐標(biāo)系下的彈目相對運(yùn)動(dòng)方程，對彈目相對運(yùn)動(dòng)方程兩次求導(dǎo)獲得傾斜視線角速度的二階導(dǎo)數(shù)與彈目相對加速度的關(guān)系方程，建立非奇異濾波狀態(tài)方程；

步驟四：根據(jù)傾斜彈體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，推導(dǎo)由傾斜視線角結(jié)合彈體姿態(tài)信息，得到傾斜彈體坐標(biāo)系下體視線角的轉(zhuǎn)換方程，建立觀測方程；

步驟五：應(yīng)用無跡卡爾曼濾波提取傾斜坐標(biāo)系下的捷聯(lián)導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息；

步驟六：根據(jù)傾斜視線坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到地面坐標(biāo)系下的捷聯(lián)導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜坐標(biāo)系的捷聯(lián)導(dǎo)引頭非奇異視線角速度提取方法，其特征在于：步驟一中，傾斜地面坐標(biāo)系A(chǔ)x^Iy^Iz^I定義如下：將傳統(tǒng)地面坐標(biāo)系A(chǔ)xyz繞Az軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度δ，得坐標(biāo)系A(chǔ)x^Iy^Iz^I；傾斜視線坐標(biāo)系定義如下：原點(diǎn)O位于彈體質(zhì)心，軸由導(dǎo)彈指向目標(biāo)，過軸相對傾斜地面坐標(biāo)系A(chǔ)x^Iy^Iz^I中的平面Ax^Iz^I作垂直平面，在此垂直平面內(nèi)過點(diǎn)O做軸的垂線，即軸，軸與軸、軸成右手直角坐標(biāo)系；傾斜彈體坐標(biāo)系定義如下：原點(diǎn)O位于彈體質(zhì)心，軸與導(dǎo)彈體軸矢量重合，且方向一致，過軸相對傾斜地面坐標(biāo)系A(chǔ)x^Iy^Iz^I中的平面Ax^Iz^I作垂直平面，在此垂直平面內(nèi)過點(diǎn)O做軸的垂線，即軸，軸與軸、軸成右手直角坐標(biāo)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傾斜坐標(biāo)系的捷聯(lián)導(dǎo)引頭非奇異視線角速度提取方法，其特征在于：步驟三中，彈目相對運(yùn)動(dòng)方程的獲得過程為：根據(jù)導(dǎo)彈和目標(biāo)的空間幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系建立以下關(guān)系式：

式中r為地面坐標(biāo)系下導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對位置矢量，r_T為目標(biāo)在地面坐標(biāo)系下的位置矢量，r_M為導(dǎo)彈在地面坐標(biāo)系下的位置矢量，V為導(dǎo)彈與目標(biāo)在地面坐標(biāo)系下的相對速度矢量，V_T為目標(biāo)在地面坐標(biāo)系下的速度矢量，V_M為導(dǎo)彈在地面坐標(biāo)系下的速度矢量，a為地面坐標(biāo)系下導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對加速度矢量，a_T為目標(biāo)在地面坐標(biāo)系下的加速度矢量，a_M為導(dǎo)彈在地面坐標(biāo)系下的加速度矢量；

傾斜視線坐標(biāo)系相對傾斜地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度ω_s為：

q_γ為傾斜高低視線角，q_λ為傾斜方位視線角，i_s為傾斜視線坐標(biāo)系的x軸單位向量，j_s為傾斜視線坐標(biāo)系的y軸單位向量，k_s為傾斜視線坐標(biāo)系的z軸單位向量；分別代表傾斜高低視線角速度、傾斜方位視線角速度；

在傾斜視線坐標(biāo)系中，r＝ri_s，其中，r為地面坐標(biāo)系下導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對位置標(biāo)量；

i_s的導(dǎo)數(shù)為

同理：j_s，k_s的導(dǎo)數(shù)分別為

則對r求導(dǎo)，得到：

進(jìn)一步對V求導(dǎo)，得到

其中，分別為r、q_γ、q_λ的二階導(dǎo)數(shù)；

基于彈目相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系，得到彈目相對運(yùn)動(dòng)方程：

式中a_xs為導(dǎo)彈相對目標(biāo)的加速度在傾斜視線坐標(biāo)系的軸上的分量，a_ys為導(dǎo)彈相對目標(biāo)的加速度在傾斜視線坐標(biāo)系的軸上的分量，a_zs為導(dǎo)彈相對目標(biāo)的加速度在傾斜視線坐標(biāo)系的軸上的分量；

導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對位置矢量r的估計(jì)方法如下：

式中，y_m為彈載GPS輸出的高度，y_t為目標(biāo)點(diǎn)高程；

彈目距離變化率由式(2)兩邊對t求導(dǎo)獲得：

其中，為彈載GPS輸出的高度變化率，為目標(biāo)高度變化率；

取狀態(tài)量為由式(1)建立狀態(tài)方程：

式中x₁～x₄為狀態(tài)量x中第1～4個(gè)元素，分別為x₁、x₂、x₃、x₄的一階導(dǎo)數(shù)。