一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，包括如步骤1：实时获取动态平台下目标的GPS坐标TG，跟踪系统的实时GPS坐标AG，平台的实时姿态(α,β,γ)，初始姿态(α0,β0,γ0)；步骤2：将目标的地固坐标转换为目标的运动平台坐标，步骤3：转换标定地平系与跟踪系统轴系，确定跟踪系统轴系和跟踪系统所处地平系之间的转换关系，获取从地平系到跟踪系统轴系的转换角；步骤4：将惯性激光陀螺固定安装在平台任一位置,跟踪系统安装在平台上，其编码器零点在安装完毕后，不再调整，只需完成一次标定，在后续的动态平台应用中，若相对安装位置不再变化可直接应用，针对在动态平台上对动目标跟踪引导的需求，研究了双动态目标跟踪引导算法。

A Double Dynamic Target Tracking and Guidance Method Based on Laser Gyroscope

The invention discloses a dual dynamic target tracking and guidance method based on laser gyroscope, including step 1: acquiring the GPS coordinate TG of the target under the dynamic platform in real time, tracking system's real-time GPS coordinate AG, platform's real-time attitude (alpha, beta, gamma), initial attitude (alpha 0, beta 0, gamma 0); step 2: converting the target's ground-solid coordinate into the target's moving platform coordinate, step 3: converting the calibration horizon. Steps 4: Fixed the inertial laser gyroscope at any position on the platform, and installed the tracking system on the platform. After installation, the zero of the encoder will not be adjusted any more, only one calibration will be completed, and then the conversion angle will be obtained. In the application of dynamic platform, if the relative installation position does not change, it can be directly applied. Aiming at the requirement of moving target tracking and guidance on dynamic platform, a dual dynamic target tracking and guidance algorithm is studied.

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法
本专利技术涉及目标跟踪
，具体的说，是一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法。
技术介绍
目标跟踪引导指将空中动态飞行目标，引入到光电跟踪系统的视场的过程。光电目标的捕获、跟踪、瞄准都是在将目标引导至跟踪视场内的前提下进行的。双动态指的是除了目标保持动态飞行，跟踪系统自身所在平台的位置和姿态也发生实时动态变化。要在这种情况下,实现对目标的实时引导,除了需要实时确定目标在空中的位置,还需要实时掌握跟踪系统平台的位置和姿态变化情况。对跟踪系统在静态平台上的动态目标跟踪引导已经进行了试验验证，而跟踪系统处于动态平台上的情况却未进行深入研究，并未形成确定的可操作的理论架构模型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，用于解决现有技术中对于跟踪系统处于动态平台上的情况却未进行深入研究，并未形成确定的可操作的理论架构模型的问题。本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，包括如下步骤：步骤1：实时获取动态平台下目标的GPS坐标TG，跟踪系统的实时GPS坐标AG，平台的实时姿态(α,β,γ)，初始姿态(α0,β0,γ0)，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示滚转角；步骤2：将步骤1中获取到目标的地固坐标转换为目标的运动平台坐标，转换过程首先根据运动平台的GPS坐标计算器地固直角坐标、根据地固坐标和运动平台的地固坐标计算相对于运动平台的类地固坐标、根据目标相对于运动平台的类地固坐标和运动平台的GPS坐标计算目标在运动平台处的地平坐标、根据目标在运动平台处的地平坐标和运动平台的姿态计算目标在运动平台内的直角坐标最后根据目标在运动平台内的直角坐标计算目标在运动平台内的球坐标；步骤3：转换标定地平系与跟踪系统轴系，确定跟踪系统轴系和跟踪系统所处地平系之间的转换关系，获取从地平系到跟踪系统轴系的转换角；步骤4：将惯性激光陀螺固定安装在平台任一位置,跟踪系统安装在平台上，其编码器零点在安装完毕后，不再调整，只需完成一次标定，在后续的动态平台应用中，若相对安装位置不再变化可直接应用。本专利技术提出的方法，针对在动态平台上对动目标跟踪引导的需求，研究了双动态目标跟踪引导算法。对算法进行理论建模和理论误差分析，提出了基于激光陀螺测姿的引导模型。在此基础上，针对跟踪系统在安装后，其轴系零点位置随平台存在刚性变化的特性，提出了恒星观测的跟踪系统轴系标定模型。为了验证算法的有效性和实用性，开展了双动态目标跟踪引导试验，成功将动态目标引入了跟踪系统的跟踪视场，完成了对目标的引导任务，可实现保持平台静止，在晴朗夜晚，选取空中的已知位置的亮星，保持跟踪系统对亮星目标的闭环跟踪状态，很好的解决了现有技术中对于跟踪系统处于动态平台上的情况却未进行深入研究，并未形成确定的可操作的理论架构模型的问题。优选地，所述步骤1中的航向角从正北顺时针开始为正，0到360°范围，俯仰角自水平面往上为正，-90°到90°范围，滚转角沿y轴正向左侧高为正-180°到180°范围，航向角在陀螺中是陀螺的x-y平面绕z轴顺时针旋转的角度；俯仰角在陀螺中是陀螺的y-z平面绕x轴逆时针旋转的角度；滚转角在陀螺中是陀螺的x-z平面绕y轴逆时针旋转的角度。优选地，步骤2中GPS运动平台的GPS坐标为C(λ,φ,H)，根据公式：可计算得到地固直角坐标Cg(xcg,ycg,zcg)，其中：rE＝6378km为地球平均赤道半径，f＝1/298.26为标准地球的扁率。优选地，步骤2中目标的地固坐标为Sg(xsg,ysg,zsg)，运动平台的地固坐标为Cg(xcg,ycg,zcg)，根据公式：可计算得到目标相对于运动平台的类地固坐标为Scg(xscg,yscg,zscg)，将地固坐标系平移至运动平台处，得到运动平台处的类地固坐标系。优选地，根据公式：可计算目得到标在运动平台处的地平坐标Scp(xscp,yscp,zscp)，即将运动平台处的类地固坐标系绕z轴旋转λ，再绕y轴旋转90°-φ，最后绕z轴旋转90°，得到运动平台处的地平坐标系。优选地，利用运动平台内的直角坐标Sc(xsc,ysc,zsc)根据公式：可计算得到目标在运动平台内的球坐标Sc(Asc,Esc,Rsc)。优选地，步骤4中激光陀螺仪和跟踪系统安装完毕后，若跟踪系统对目标跟踪闭环的编码器返回值为Satp(Aatp,Eatp,Ratp)，则存在如下关系：其中，R为地平系到跟踪系统轴系的转换矩阵，即有R＝R1·R2，其中R1为陀螺轴系到跟踪系统轴系转换矩阵，是需要标定的转换关系，R2为地平系到陀螺轴系转换矩阵。优选地，根据陀螺输出的三姿态角(α,β,γ)能表征此时陀螺轴系和地平系之间的转换关系，即有：R1＝Ry(γ0)Rx(β0)Rz(-α0),是一个3*3的矩阵，要计算出R1，需要至少存在三个以上不同方位，从而构建出一个满秩的可逆矩阵，即可将式子变换得到Satp＝R1·R2·Sdp，其中，Satp是使用跟踪系统分别对三个不同位置目标观测的编码器返回值构建的3*3的矩阵，同样地Sdp是对这三个目标的地平系下的观测方位俯仰构建的3*3矩阵，因此可变换得到也就意味着保持平台静止，在晴朗夜晚，可以选取空中的已知位置的亮星，保持跟踪系统对亮星目标的闭环跟踪状态。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术针对在动态平台上对动目标跟踪引导的需求，研究了双动态目标跟踪引导算法。对算法进行理论建模和误差分析，提出了基于激光陀螺测姿的引导模型。在此基础上，针对跟踪系统在安装后，其轴系零点位置随平台存在刚性变化的特性，提出了恒星观测的跟踪系统轴系标定模型。为了验证算法的有效性和实用性，开展了双动态目标跟踪引导试验，成功将动态目标引入了跟踪系统的跟踪视场，完成了对目标的引导任务，很好的解决了现有技术中对于跟踪系统处于动态平台上的情况却未进行深入研究，并未形成确定的可操作的理论架构模型的问题。(2)本专利技术装置一次安装，可在后续的动态平台应用中，若相对安装位置不再变化，即可直接应用。保持平台静止，在晴朗夜晚，选取空中的已知位置的亮星，保持跟踪系统对亮星目标的闭环跟踪状态。附图说明图1为实施例中的动态跑车试验引导误差曲线示意图；图2为本专利技术的实施例中多种因素综合情况下的引导数据误差图；图3为实施例中连续时间内对目标引导误差曲线示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：结合附图所示，一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，包括如下步骤：步骤1：实时获取动态平台下目标的GPS坐标TG，跟踪系统的实时GPS坐标AG，平台的实时姿态(α,β,γ)，初始姿态(α0,β0,γ0)，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示滚转角；步骤2：将步骤1中获取到目标的地固坐标转换为目标的运动平台坐标，转换过程首先根据运动平台的GPS坐标计算器地固直角坐标、根据地固坐标和运动平台的地固坐标计算相对于运动平台的类地固坐标、根据目标相对于运动平台的类地固坐标和运动平台的GPS坐标计算目标在运动平台处的地平坐标、根据目标在运动平台处的地平坐标和运动平台的姿态计算目标在运动平台内的直角坐标最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：实时获取动态平台下目标的GPS坐标TG，跟踪系统的实时GPS坐标AG，平台的实时姿态(α,β,γ)，初始姿态(α0,β0,γ0)，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示滚转角；步骤2：将步骤1中获取到目标的地固坐标转换为目标的运动平台坐标，转换过程首先根据运动平台的GPS坐标计算器地固直角坐标、根据地固坐标和运动平台的地固坐标计算相对于运动平台的类地固坐标、根据目标相对于运动平台的类地固坐标和运动平台的GPS坐标计算目标在运动平台处的地平坐标、根据目标在运动平台处的地平坐标和运动平台的姿态计算目标在运动平台内的直角坐标最后根据目标在运动平台内的直角坐标计算目标在运动平台内的球坐标；步骤3：转换标定地平系与跟踪系统轴系，确定跟踪系统轴系和跟踪系统所处地平系之间的转换关系，获取从地平系到跟踪系统轴系的转换角；步骤4：将惯性激光陀螺固定安装在平台任一位置,跟踪系统安装在平台上，其编码器零点在安装完毕后，不再调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：实时获取动态平台下目标的GPS坐标TG，跟踪系统的实时GPS坐标AG，平台的实时姿态(α,β,γ)，初始姿态(α0,β0,γ0)，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示滚转角；步骤2：将步骤1中获取到目标的地固坐标转换为目标的运动平台坐标，转换过程首先根据运动平台的GPS坐标计算器地固直角坐标、根据地固坐标和运动平台的地固坐标计算相对于运动平台的类地固坐标、根据目标相对于运动平台的类地固坐标和运动平台的GPS坐标计算目标在运动平台处的地平坐标、根据目标在运动平台处的地平坐标和运动平台的姿态计算目标在运动平台内的直角坐标最后根据目标在运动平台内的直角坐标计算目标在运动平台内的球坐标；步骤3：转换标定地平系与跟踪系统轴系，确定跟踪系统轴系和跟踪系统所处地平系之间的转换关系，获取从地平系到跟踪系统轴系的转换角；步骤4：将惯性激光陀螺固定安装在平台任一位置,跟踪系统安装在平台上，其编码器零点在安装完毕后，不再调整。2.根据权利要求1所述的基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，其特征在于：所述步骤1中的航向角从正北顺时针开始为正，0到360°范围，俯仰角自水平面往上为正，-90°到90°范围，滚转角沿y轴正向左侧高为正-180°到180°范围。3.根据权利要求1所述的基于激光陀螺的双动态目标跟踪引导方法，其特征在于，步骤2中GPS运动平台的GPS坐标为C(λ,φ,H)，根据公式：其中：可计算得到地固直角坐标Cg(xcg,ycg,zcg)，式中rE＝6378km为地球平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，屈长虹，陈兴无，李芬，陈林利，伊炜伟，高鑫，
申请(专利权)人：中国久远高新技术装备公司，
类型：发明
国别省市：北京,11