本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息的提取方法，具體是指一種基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息的提取方法，能夠在不增加額外傳感器的情況下，利用導(dǎo)引頭及消旋平臺(tái)的傳感器信息資源提取旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息，用于制導(dǎo)控制，提升導(dǎo)彈的動(dòng)態(tài)性能；屬于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈而言，由于受到導(dǎo)彈彈體旋轉(zhuǎn)速度的限制，其彈體姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)信息的測(cè)量一般需安裝消旋平臺(tái)和相應(yīng)的陀螺。
目前，用于防空的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈多采用低成本設(shè)計(jì)，并且不對(duì)彈體姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，制導(dǎo)控制系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，這種方式的局限性有以下兩方面：
1、導(dǎo)致導(dǎo)彈阻尼偏小，一般不大于0.3，而過(guò)載響應(yīng)的超調(diào)較大，半震蕩次數(shù)大于3，且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。
2、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制系統(tǒng)抗氣動(dòng)攝動(dòng)能力差，魯棒性差，制導(dǎo)精度容易受到影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法，在不增加傳感器的情況下，利用導(dǎo)引頭和消旋平臺(tái)上的傳感器信息，通過(guò)信息復(fù)用算法得到彈體姿態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)控制，有效提升彈體阻尼及導(dǎo)彈的動(dòng)態(tài)性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法，包含以下步驟：
S1、根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，構(gòu)造光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；
S2、根據(jù)內(nèi)框陀螺、外框陀螺和穩(wěn)定陀螺的輸出信息，以及光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息；
S3、根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，以及光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息；
S4、根據(jù)S2和S3，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息。
所述的引導(dǎo)頭采用紅外凝視成像導(dǎo)引頭。
所述的S1中，光軸坐標(biāo)系通過(guò)三次旋轉(zhuǎn)可與準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系完全重合，三次旋轉(zhuǎn)的角度由導(dǎo)引頭上的內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋平臺(tái)上的消旋陀螺的輸出信息獲得，通過(guò)這三個(gè)旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)構(gòu)造光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣：
其中，L(-γ,-λy,-λz)為光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；γ為消旋平臺(tái)與導(dǎo)彈彈體縱軸之間的角度，通過(guò)消旋陀螺積分輸出；λy為外框架轉(zhuǎn)角，通過(guò)外框碼盤直接輸出；λz為內(nèi)框架轉(zhuǎn)角，通過(guò)內(nèi)框碼盤直接輸出。
所述的S2中，導(dǎo)引頭上的內(nèi)框陀螺、外框陀螺和穩(wěn)定陀螺分別測(cè)量得到光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示，并且結(jié)合S1中得到的光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示：
其中，為光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示；ωxg為穩(wěn)定陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示；ωyg為外框陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示；ωzg為內(nèi)框陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示。
所述的S3中，根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，并且結(jié)合S1中得到的光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息：
其中，為準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息；通過(guò)消旋陀螺直接輸出；通過(guò)外框碼盤微分輸出；通過(guò)內(nèi)框碼盤微分輸出。
所述的S4中，根據(jù)S2中得到的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息，以及S3中得到的準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示：
其中，為準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息。
綜上所述，本發(fā)明提供的基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法，是一種在不增加傳感器的情況下，利用紅外凝視成像導(dǎo)引頭上的傳感器信息以及消旋平臺(tái)上的傳感器信息，通過(guò)信息復(fù)用算法計(jì)算彈體姿態(tài)信息的方法。本發(fā)明在節(jié)省硬件成本的同時(shí)，通過(guò)信息復(fù)用得到的彈體姿態(tài)信息還可以直接引入阻尼回路，對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈的穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)控制，有效提升彈體阻尼，以及導(dǎo)彈的動(dòng)態(tài)性能。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明中的基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合圖1，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
如圖1所示，為本發(fā)明所提供的基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法，包含以下步驟：
S1、根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，構(gòu)造光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；
S2、根據(jù)內(nèi)框陀螺、外框陀螺和穩(wěn)定陀螺的輸出信息，以及光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息；
S3、根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，以及光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息；
S4、根據(jù)S2和S3，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息。
所述的引導(dǎo)頭采用紅外凝視成像導(dǎo)引頭。
所述的S1中，光軸坐標(biāo)系通過(guò)三次旋轉(zhuǎn)可以與準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系完全重合，三次旋轉(zhuǎn)的角度由導(dǎo)引頭上的內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋平臺(tái)上的消旋陀螺的輸出信息獲得，通過(guò)這三個(gè)旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)構(gòu)造光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣：
其中，L(-γ,-λy,-λz)為光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；γ為消旋平臺(tái)與導(dǎo)彈彈體縱軸之間的角度，通過(guò)消旋陀螺積分輸出；λy為外框架轉(zhuǎn)角，通過(guò)外框碼盤直接輸出；λz為內(nèi)框架轉(zhuǎn)角，通過(guò)內(nèi)框碼盤直接輸出。
所述的S2中，導(dǎo)引頭上的內(nèi)框陀螺、外框陀螺和穩(wěn)定陀螺分別測(cè)量得到光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示，并且結(jié)合S1中得到的光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示：
其中，為光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示；ωxg為穩(wěn)定陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示；ωyg為外框陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示；ωzg為內(nèi)框陀螺輸出的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息在光軸坐標(biāo)系下的表示。
所述的S3中，根據(jù)內(nèi)框碼盤、外框碼盤和消旋陀螺的輸出信息，并且結(jié)合S1中得到的光軸坐標(biāo)系到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息：
其中，為準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息；通過(guò)消旋陀螺直接輸出；通過(guò)外框碼盤微分輸出；通過(guò)內(nèi)框碼盤微分輸出。
所述的S4中，根據(jù)S2中得到的光軸坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息，以及S3中得到的準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)光軸坐標(biāo)系的角速度信息，計(jì)算準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息在準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系下的表示：
其中，為準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度信息，其由經(jīng)姿態(tài)轉(zhuǎn)換后的陀螺輸出信號(hào)以及框架偏轉(zhuǎn)角的微分信號(hào)兩部分組成。
綜上所述，本發(fā)明所提供的基于導(dǎo)引頭多傳感器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈彈體姿態(tài)信息提取方法，是一種在不增加傳感器的情況下，利用紅外凝視成像導(dǎo)引頭上的傳感器信息以及消旋平臺(tái)上的傳感器信息，通過(guò)信息復(fù)用算法計(jì)算彈體姿態(tài)信息的方法。本發(fā)明在節(jié)省硬件成本的同時(shí)，通過(guò)信息復(fù)用得到的彈體姿態(tài)信息還可以直接引入阻尼回路，對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈的穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)控制，有效提升彈體阻尼，以及導(dǎo)彈的動(dòng)態(tài)性能。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。