[發(fā)明專利]一種運(yùn)載器射前姿態(tài)參數(shù)獲取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210127682.7
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN115077516A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡璨;韓明晶;劉群昌;李朝偉;孫秀耀;紀(jì)濤;夏龍;姜濤;趙爽;段淑婧
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/24;H04W64/00
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

本發(fā)明為一種運(yùn)載器射前姿態(tài)參數(shù)獲取方法，提供了一種使用超寬帶傳感器基站及傳感器標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)獲取運(yùn)載器地理位置和姿態(tài)的方法，包括以下步驟：以發(fā)射陣地中心為原點(diǎn)，建立大地坐標(biāo)系；在發(fā)射陣地周圍布置傳感器基站，在大地坐標(biāo)系下對傳感器基站進(jìn)行精確定位；建立運(yùn)載器坐標(biāo)系；當(dāng)運(yùn)載器進(jìn)入發(fā)射陣地內(nèi)，使用傳感器基站對傳感器標(biāo)簽陣列進(jìn)行定位：使用傳感器標(biāo)簽信息計(jì)算大地坐標(biāo)系和運(yùn)載器坐標(biāo)系之間的變換矩陣，實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)計(jì)算；本發(fā)明將大地坐標(biāo)系引入傳統(tǒng)UWB定位，將大地坐標(biāo)系與基站位置相結(jié)合，可以快速獲取運(yùn)載器的地理位置信息和相對大地的姿態(tài)信息，不會(huì)引入人工誤差，可以取代傳統(tǒng)瞄準(zhǔn)手段實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器姿態(tài)參數(shù)獲取過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運(yùn)載器姿態(tài)測算領(lǐng)域，具體涉及一種運(yùn)載器射前姿態(tài)參數(shù)獲取 方法。

背景技術(shù)

運(yùn)載器的姿態(tài)參數(shù)包括運(yùn)載器地理位置，初始方位角，運(yùn)載器與大地垂直 度等。其中初始方位角作為運(yùn)載器發(fā)射前必要參數(shù)之一，直接決定了運(yùn)載器的 飛行軌跡和入軌精度。通常運(yùn)載器的姿態(tài)測算，大多是通過固定在慣導(dǎo)裝置上 的瞄準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行，需要具有一定經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的人員操作，容易引入人工誤差，整 體需要時(shí)間較長。

發(fā)明內(nèi)容

針對運(yùn)載器射前姿態(tài)測算人工瞄準(zhǔn)時(shí)間過長、易引入誤差等問題，本發(fā)明 提供一種使用超寬帶(Ultra-wideband，簡稱UWB)傳感器基站及傳感器標(biāo)簽 實(shí)現(xiàn)獲取運(yùn)載器地理位置和姿態(tài)的方法。

本發(fā)明具體技術(shù)方案為：一種運(yùn)載器射前姿態(tài)參數(shù)獲取方法，包括以下步 驟：

S1、建立大地坐標(biāo)系：以發(fā)射陣地中心為原點(diǎn)，建立大地坐標(biāo)系O；

S2、在發(fā)射陣地周圍布置超寬帶傳感器基站，在大地坐標(biāo)系下對超寬帶傳 感器基站進(jìn)行精確定位；

S3、建立運(yùn)載器坐標(biāo)系V，將至少四個(gè)傳感器標(biāo)簽不共面地安裝在運(yùn)載器上， 以運(yùn)載器坐標(biāo)系V為基準(zhǔn)，定位每一個(gè)傳感器標(biāo)簽的位置，得到運(yùn)載器坐標(biāo)系 下傳感器標(biāo)簽坐標(biāo)；

S4、當(dāng)運(yùn)載器進(jìn)入發(fā)射陣地內(nèi)，啟動(dòng)傳感器標(biāo)簽和超寬帶傳感器基站，對 傳感器標(biāo)簽進(jìn)行定位，得到多組在大地坐標(biāo)系下的定位數(shù)據(jù)P_Oix，i表示傳感器 標(biāo)簽序號(hào)，x表示檢測到該標(biāo)簽的超寬帶傳感器基站序號(hào)；

S5、使用傳感器標(biāo)簽信息計(jì)算大地坐標(biāo)系O和運(yùn)載器坐標(biāo)系V的變換矩陣， 實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)計(jì)算。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中，大地坐標(biāo)系是以發(fā)射陣地中心為原點(diǎn)，OX軸正 方向指向正東方，OY軸正方向指向北方，OZ軸正方向按右手定則指向天。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中，在據(jù)發(fā)射陣地中心約70-100m距離上布置至少 4個(gè)傳感器基站，要保證每一個(gè)標(biāo)簽都至少能被一個(gè)超寬帶傳感器基站探測到， 所以理論上至少需要4個(gè)傳感器基站。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中，對超寬帶傳感器基站進(jìn)行精確定位的方法為： 通過大地測量方法，分別得到每一個(gè)傳感器基站在大地坐標(biāo)系O下的坐標(biāo)P_Ox, 并將大地坐標(biāo)系數(shù)據(jù)存入至傳感器基站內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中，運(yùn)載器坐標(biāo)系與運(yùn)載器所搭載慣組設(shè)備的慣組 坐標(biāo)系重合。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中，在運(yùn)載器表面分2層布置6個(gè)傳感器標(biāo)簽。

進(jìn)一步地，所述步驟S5中，通過相關(guān)濾波算法，將同一標(biāo)簽在多個(gè)超寬帶 傳感器基站下的定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)P_Oi，具體算法可采用均值濾波算 法；

根據(jù)空間內(nèi)任意兩坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，有坐標(biāo)變換公式：

式中，是旋轉(zhuǎn)矩陣，代表大地坐標(biāo)系O與運(yùn)載器坐標(biāo)系V之間的旋轉(zhuǎn)關(guān) 系；是平移矩陣，代表兩坐標(biāo)系之間的平移關(guān)系，兩矩陣形式分別如下：