一种捷联寻的导引头的制导信息提取方法技术

本发明专利技术提供了一种捷联寻的导引头的制导信息提取方法，包括如下步骤：(1)获取载体坐标系o-xbybzb下导引头的体视线方位角和体视线高低角；(2)处理捷联导引头测量信息；(3)计算载体坐标系下弹目相对距离矢量以及目标相对飞行器的运动速度在载体坐标系的分量；(4)计算载体坐标系下当前时刻飞行器的惯性视线方位角速率和当前时刻飞行器的惯性视线高低角速率；(5)将步骤(4)获得的结果作为制导信息送至捷联寻的导引头。本发明专利技术针对现有技术的不足，直接使用体视线角测量信息和陀螺角速度测量信息提取惯性视线角速度，提高了制导精度，降低制导系统的设计难度，能够广泛应用于各种捷联寻的制导武器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制导信息提取方法，特别涉及一种捷联寻的导引头的制导信息提 取方法，属于制导控制系统设计

技术介绍
现代局部战争及空间攻防对精确制导武器的发展提出了较高要求，除了要求命中 精度高外，还要求其具备重量轻、体积小、成本低、可靠性高等特点。传统框架式导引头具有 较大的总视场角，能够直接提取制导系统所需的视线角速率信息，但由于框架的存在，使其 结构复杂，重量增大，且降低了系统的可靠性，不适用于灵巧的小型制导武器。在制导武器 中，捷联导引头直接固联在载体基座上，降低了结构复杂性与成本，提高了可靠性；取消框 架使总的视场角降低，可以采用高分辨率成像器件提高角分辨率；但该类导引头不能直接 测量制导系统所需的目标相对惯性空间的视线角速度（称惯性视线角速度），只能间接测 量到目标相对于载体坐标系的两个视线角（称为体视线角），并且由于载体相对于惯性空 间是运动的，捷联导引头测量的体视线角中包含了目标相对于惯性空间的视线角和载体姿 态运动两部分信息，因此惯性视线角速度制导信息的构造是捷联导引头应用于制导系统必 需解决的关键技术之一。 经对现有技术文献的检索发现，目前对于惯性视线角速度信息的构造存在两种思 路： 一种思路是首先根据体导引头测量的视线角信息和导航解算的载体姿态角信息 提取出惯性视线角，然后对惯性视线角进行微分或滤波估计获取惯性视线角速度信息，如 "捷联成像寻的器视线重构"，林喆、姚郁、富小薇，《光电工程》，第33卷第3期，2006年3月， 利用坐标系旋转关系推导出惯性空间视线角的构造方法；硕士论文《捷联成像导引头视线 角速率估计方法研究》，李璟璟，哈尔滨工业大学，2008年，利用坐标系的等价惯性推导出惯 性空间视线角的构造方法。这类处理方法一方面涉及多次坐标变换，计算过程复杂；另一方 面，在计算过程中需要载体相对惯性系的姿态角或方向余弦矩阵，不仅对导航坐标系的选 取有限制，只能选择惯性参考系作为导航坐标系，而且将导航算法误差引入到制导回路中， 增大了制导系统的设计难度。 另一种思路是首先根据体导引头测量的视线角信息采用光流法、微分网络或滤波 器等方法估计出体视线角，然后结合载体的姿态角速度构造出惯性视线角速度信息。如"灵 巧子弹捷联成像导引头视线转率估计方法"，葛健全、杨涛、张晓今，《战术导弹技术》，第5 期，2009年9月，通过简化视线坐标系下视线角速率运动学方程提出的角速度合成方法。这 类处理方法由于采用了简化的模型计算惯性视线角速度，只适用于低动态的制导武器。因 此，该研究结论在工程应用上具有一定的不足。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种捷联寻的导 引头的制导信息提取方法，直接使用体视线角测量信息和陀螺角速度测量信息提取惯性视 线角速度，提高了制导精度，降低了制导系统的设计难度，能够广泛应用于各种捷联寻的制 导武器中。 本专利技术的技术解决方案是： ，包括如下步骤： (1)获取载体坐标系〇-xbybzb下导引头的体视线方位角q bh和体视线高低角qbv;所 述导引头的体视线方位角qbh为弹目相对距离矢量r在OXbZb平面内的投影与OX b轴的夹 角；所述导引头的体视线高低角qbv为弹目相对距离矢量if在OXbZb平面内的投影与弹目相 对距离矢量rf的夹角；所述的载体坐标系〇-xbybzb的原点〇位于导引头所在飞行器的质心， 〇xb轴沿飞行器纵向，〇yb轴在飞行器纵向对称面内指向上方，oz b轴与〇xb轴和〇yb轴构成 右手坐标系；所述的弹目相对距离矢量rf为虚拟目标点与载体坐标系原点〇的连线；所述 的虚拟目标点为目标和飞行器质心之间的连线与以载体坐标系原点为中心的单位球面的 交占. ⑵对体视线方位角qbh及体视线高低角qji行滤波处理，获得导引头测量的当 前时刻体视线方位角q bh k的滤波值qbh kf及导引头测量的当前时刻体视线高低角qbv k的滤 波值qbhikf;计算当前时刻体视线方位角qbhik及当前时刻体视线高低角q bVik的导数并对计算 结果进行滤波处理，获得当前时刻体视线方位角qbhik的导数滤波值色Wkf及当前时刻体视线 高低角qbVik的导数滤波值 (3)计算载体坐标系下弹目相对距离矢量^以及目标相对飞行器的运动速度在 载体坐标系的分量； 其中，rx，ry，rz为弹目相对距离矢量if在载体坐标系的位置分量， Vx，Vy，Vz为目标 相对飞行器的运动速度在载体坐标系的分量，ωχ11?，coyl k，COzl k为当前时刻飞行器的姿态 角速度； (4)计算载体坐标系下当前时刻飞行器的惯性视线方位角速率么,k和当前时刻飞 行器的惯性视线高低角速率么κ ; (5)将步骤（4)获得的结果作为制导信息送至捷联寻的导引头。 本专利技术与现有技术相比的优点在于： (1)本专利技术直接使用体视线角测量信息和陀螺角速度测量信息提取惯性视线角速 度，不需要对视线相关的运动学方程进行简化，不需要引入复杂的坐标转换，也不需要将导 航算法的姿态计算耦合进制导回路，可以获得准确的与弹体运动隔离的制导信息； (2)本专利技术采用的算法的计算结果可直接作为比例导引等制导规律的输入，不需 要进行坐标系的转换，提高了捷联寻的制导武器的制导精度和稳定性，减小了导航算法误 差； (3)本专利技术采用的算法与现有技术相比，降低了制导系统的设计难度，简单且易于 工程实现，能够广泛应用于各种捷联寻的制导武器中，具有重要的工程应用价值。【附图说明】 图1为本专利技术载体坐标系定义示意图。【具体实施方式】 本专利技术方法首先应用微分+滤波网络的方法根据导引头测量的体视线角信息计 算体视线角的导数，然后引入陀螺测量的载体姿态角速度信息进行载体姿态与弹目（飞行 器和目标）相对运动学关系的解耦，最后结合体视线角的导数计算惯性视线角速度。 本专利技术提供了，包括如下步骤： (1)获取载体坐标系〇-xbybz b下导引头的体视线方位角qbh和体视线高低角qbv;如 图1所示，所述导引头的体视线方位角qbh为弹目相对距离矢量 < 在OXbZb平面内的投影与 OXb轴的夹角；所述导引头的体视线高低角qbv为弹目相对距离矢量if在0XbZb平面内的投 影与弹目相对距离矢量if的夹角；所述的载体坐标系〇-xbybz b的原点〇位于导引头所在飞 行器的质心，〇xb轴沿飞行器纵向，〇yb轴在飞行器纵向对称面内指向上方，〇zb轴与ox !^由 和〇yb轴构成右手坐标系；所述的弹目相对距离矢量 < 为虚拟目标点Τ'与载体坐标系原点 〇的连线；所述的虚拟目标点Τ'为目标T和飞行器质心之间的连线与以载当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捷联寻的导引头的制导信息提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取载体坐标系o‑xbybzb下导引头的体视线方位角qbh和体视线高低角qbv；所述导引头的体视线方位角qbh为弹目相对距离矢量在oxbzb平面内的投影与oxb轴的夹角；所述导引头的体视线高低角qbv为弹目相对距离矢量在oxbzb平面内的投影与弹目相对距离矢量的夹角；所述的载体坐标系o‑xbybzb的原点o位于导引头所在飞行器的质心，oxb轴沿飞行器纵向，oyb轴在飞行器纵向对称面内指向上方，ozb轴与oxb轴和oyb轴构成右手坐标系；所述的弹目相对距离矢量为虚拟目标点与载体坐标系原点o的连线；所述的虚拟目标点为目标和飞行器质心之间的连线与以载体坐标系原点为中心的单位球面的交点；(2)对体视线方位角qbh及体视线高低角qbv进行滤波处理，获得导引头测量的当前时刻体视线方位角qbh,k的滤波值qbh,kf及导引头测量的当前时刻体视线高低角qbv,k的滤波值qbh,kf；计算当前时刻体视线方位角qbh,k及当前时刻体视线高低角qbv,k的导数并对计算结果进行滤波处理，获得当前时刻体视线方位角qbh,k的导数滤波值及当前时刻体视线高低角qbv,k的导数滤波值；(3)计算载体坐标系下弹目相对距离矢量以及目标相对飞行器的运动速度在载体坐标系的分量；rx=cos(qbv,kf)cos(qbh,kf)ry=sin(qbv,kf)rz=-cos(qbv,kf)sin(qbh,kf)]]>vx=ωy1rz-ωz1ry-q·bv,kfsin(qbv,kf)cos(qbh,kf)-q·bh,kfcos(qbv,kf)sin(qbh,kf)vy=ωz1rx-ωx1rz+q·bv,kfcos(qbv,kf)vz=ωx1ry-ωy1rx+q·bv,kfsin(qbv,kf)sin(qbh,kf)-q·bh,kfcos(qbv,kf)cos(qbh,kf)]]>其中，rx,ry,rz为弹目相对距离矢量在载体坐标系的位置分量，vx,vy,vz为目标相对飞行器的运动速度在载体坐标系的分量，ωx1,k,ωy1,k,ωz1,k为当前时刻飞行器的姿态角速度；(4)计算载体坐标系下当前时刻飞行器的惯性视线方位角速率和当前时刻飞行器的惯性视线高低角速率q·h,k=rzvx-rxvzq·v,k=rxvy-ryvx]]>(5)将步骤(4)获得的结果作为制导信息送至捷联寻的导引头。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田源，黄朝东，方海红，吴昭辉，赵洋，李涛，鞠晓燕，孟刚，刘佳琪，刘志轩，苏晓东，闫新峰，秦雪，孙月光，赵春明，孙忠旭，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11