專利名稱：適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)測量技術(shù)，具體是一種基于三軸MEMS加速度計和兩個非正交布陣MEMS陀螺儀的高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)測量方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)彈藥制導(dǎo)化、靈巧化改造是國內(nèi)外精確打擊武器的發(fā)展方向，彈體飛行過程中姿態(tài)角的實時精確測量是實現(xiàn)其精確控制飛行的關(guān)鍵前提。受常規(guī)彈藥的高速旋轉(zhuǎn)、高沖擊、小體積等應(yīng)用環(huán)境的限制，所選用的導(dǎo)航系統(tǒng)必須滿足抗高過載、小體積、量程與精度合適、低成本等需求。特別是針對旋轉(zhuǎn)速度達(dá)30轉(zhuǎn)/秒的高速旋轉(zhuǎn)彈體，彈軸角速率達(dá)10800° /s，但是目前還沒有量程與精度能夠同時滿足直接測量彈軸角速率的高精度陀螺儀，軸向的高旋轉(zhuǎn)使得現(xiàn)有的慣性測量方法無法實現(xiàn)彈軸向大角速度高精度的測量，從而影響了慣導(dǎo)炮口初始姿態(tài)的準(zhǔn)確獲取，而初始姿態(tài)的準(zhǔn)確性將影響高旋彈體全彈道三維姿態(tài)、速度和位置的解算精度，直接關(guān)系到彈丸的打擊精度和首發(fā)炮彈的命中率。此外，彈體發(fā)射瞬間產(chǎn)生的軸向高過載也容易影響陀螺儀測試性能或陀螺儀瞬間飽和，甚至損壞器件。因此，解決高旋彈體軸向高過載、大角速度的高精度測量問題，是實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)準(zhǔn)確獲取的關(guān)鍵，也是當(dāng)前常規(guī)彈藥制導(dǎo)化、靈巧化改造急需解決的測量難題。針對上述難題，有必要發(fā)明一種適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)測量方法，實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)彈體初始姿態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決高旋彈體軸向高過載、大角速度的高精度測量問題，提供了一種適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法，包括如下步驟:(I)建立火炮發(fā)射坐標(biāo)系O-XnYnZn為參考坐標(biāo)系，彈體在炮筒內(nèi)的發(fā)射點設(shè)為參考坐標(biāo)系的原點，炮筒置于參考坐標(biāo)系的XnOYn平面內(nèi)；建立彈體坐標(biāo)系O-XbYbZb,其中彈心設(shè)為彈體坐標(biāo)系的原點，OXb軸沿彈體軸線方向；則彈體從發(fā)射到炮口整個過程中，彈體的偏航角爐為零、俯仰角Θ不變。(II)采用兩個非正交布陣單軸MEMS陀螺儀Gy、Gv、三軸MEMS加速度計A和相應(yīng)的電子線路組成彈體姿態(tài)測量系統(tǒng)(本領(lǐng)域技術(shù)人員均知道如何連接此相應(yīng)的電子線路，屬公知技術(shù))，安裝方式如下:三軸MEMS加速度計A安裝在彈體上、且其敏感方向分別對應(yīng)彈體坐標(biāo)系的Xb、Yb和Zb各坐標(biāo)軸；陀螺儀Gy安裝在彈體坐標(biāo)系的OYb軸、且其敏感方向與OYb軸一致，陀螺儀Gv安裝在彈體坐標(biāo)系的OVb軸、且其敏感方向與OVb軸一致，所述OVb軸在XbOYb平面內(nèi)、且其與OXb軸的夾角為α角，所述α角大小由陀螺儀Gy、Gv的量程及設(shè)定的彈體軸向角速度的量程具體確定；
(III)彈體在發(fā)射前，由三軸加速度計A的輸出值完成彈體的初始俯仰角Θ 0和初始橫滾角Y ο計算，計算公式如下:

權(quán)利要求
1.一種適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法，其特征在于:包括如下步驟: (I )建立火炮發(fā)射坐標(biāo)系O-XnYnZn為參考坐標(biāo)系，彈體在炮筒內(nèi)的發(fā)射點設(shè)為參考坐標(biāo)系的原點，炮筒置于參考坐標(biāo)系的XnOYn平面內(nèi)；建立彈體坐標(biāo)系O-XbYbZb,其中彈心設(shè)為彈體坐標(biāo)系的原點，OXb軸沿彈體軸線方向；則彈體從發(fā)射到炮口整個過程中，彈體的偏航角爐為零、俯仰角Θ不變； (II )采用兩個非正交布陣單軸MEMS陀螺儀Gy、Gv、三軸MEMS加速度計A和相應(yīng)的電子線路組成彈體姿態(tài)測量系統(tǒng)，安裝方式如下:三軸MEMS加速度計A安裝在彈體上、且其敏感方向分別對應(yīng)彈體坐標(biāo)系的Xb、Yb和Zb各坐標(biāo)軸；陀螺儀Gy安裝在彈體坐標(biāo)系的OYb軸、且其敏感方向與OYb軸一致，陀螺儀Gv安裝在彈體坐標(biāo)系的OVb軸、且其敏感方向與OVb軸一致，所述OVb軸在XbOYb平面內(nèi)、且其與OXb軸的夾角為α角，所述α角大小由陀螺儀Gy、Gv的量程及設(shè)定的彈體軸向角速度的量程具體確定； (III)彈體在發(fā)射前，由三軸加速度計A的輸出值完成彈體的初始俯仰角Θ^和初始橫滾角Y C1計算，計算公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法，其特征在于:所述陀螺儀Gy、Gv的安裝點到彈體坐標(biāo)系原點的距離相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)測量技術(shù)，具體是一種基于三軸MEMS加速度計和兩個非正交布陣MEMS陀螺儀的高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)測量方法，解決了高旋彈體軸向高過載、大角速度的高精度測量問題。一種適用于高速旋轉(zhuǎn)彈體炮口初始姿態(tài)的測量方法，包括如下步驟(Ⅰ)建立火炮發(fā)射坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，彈體在炮筒內(nèi)的發(fā)射點設(shè)為參考坐標(biāo)系的原點，炮筒置于參考坐標(biāo)系的XnOYn平面內(nèi)；建立彈體坐標(biāo)系，其中彈心設(shè)為彈體坐標(biāo)系的原點，軸沿彈體軸向方向；則彈體從發(fā)射到炮口整個過程中，彈體的偏航角為零、俯仰角不變。本發(fā)明設(shè)計合理，利用兩個高精度、小量程的陀螺儀解決了彈體彈軸角速率測量時量程與精度矛盾的測量難題。
文檔編號G01C21/00GK103075930SQ20121057306
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者張曉明, 劉俊, 李 杰, 石云波, 唐軍, 龍達(dá)峰, 趙鑫爐, 白渚銓, 王宇 申請人:中北大學(xué)