基于横滚/偏摆结构的两轴捷联平台光轴超半球稳定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于横滚／偏摆结构的两轴捷联平台光轴超半球稳定方法，其特征在于利用惯性测量单元测得的载体角速度求取载体的姿态角，将光轴在惯性坐标系中的坐标转换到载体坐标系中，结合光轴在内框坐标系中的坐标值确定光轴的稳定状态，即角位置，利用光轴实时角位置求取角度增量；应用动态规划的思想对增量值进行优化，最终获得最优的补偿量用于控制电机伺服系统进行补偿，使光轴超半球稳定。本发明专利技术适用于两轴捷联平台，具有精度高，简单易行的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种，属于自动控制领域。
技术介绍
长期以来，由于歼击机只能对前方目标进行攻击，尾后则成了其攻击的薄弱环节。为了加强尾后防御以及攻击能力。具有后射能力的导弹既可以向前发射攻击前方的目标，也可以越肩发射，即发射后旋转180°攻击后方目标，或者直接向后发射攻击后方目标。 在攻击或拦截目标的过程中，导引头的性能将直接影响导弹命中目标的概率，若性能较差，将会导致导弹脱靶量增加。在攻击过程中，光轴不仅随目标机动而变化，同时还随弹体自身姿态的变化而改变。弹体自身姿态变化是引起光轴指向改变的误差源，需要一个系统来隔离弹体自身姿态的变化对光轴的影响。为了解决该问题，目前主要采用稳定平台使光轴在惯性空间中的指向保持稳定。传统的方法是使用机械稳定平台，使导引头的光轴在惯性空间中保持稳定。其中，速率陀螺稳定平台以其较高的稳定精度和具有较大的带宽在战术导弹中获得广泛应用。该平台的惯性传感器位于框架轴上，利用速率陀螺“空间测速陀螺”的性能测量导引头光轴在三个方向的角速度，并直接反馈到カ矩器控制光轴来实现光轴稳定。但这种稳定技术的缺点是伺服机构体积较大，且对惯性传感器的体积、重量和抗震动、耐高温等性能要求苛刻。但是，随着高精度、小型化导引头的发展，传统的光轴稳定技术受到限制，因此，必须提出新的稳定方法来解决导弓I头光轴的稳定问题。捷联稳定是现代空空导弹导引头中的ー项关键技术，其主要功能是消除弹体扰动对导引头内探测设备的影响，使其稳定在惯性坐标系内，令导弹更好地捜索、锁定、跟踪目标。采用捷联稳定方式的导引头，惯性测量单元位于框架基座上，与弹体固联，提供弹体角速度信息，导引头光轴稳定必须通过复杂的数字计算才能获得，目前高速发展的数字处理器为此提供了解决方案。捷联稳定的本质是将弹体扰动测量并分离出来，然后通过解算再馈入适当的伺服系统，控制导引头光轴向扰动的反向运动，从而抵消或有效减小由弹体运动引起的光轴运动，使得导引头光轴跟随目标视线，而不受弹体扰动的影响。捷联稳定平台有两轴、三轴等多种机械结构，其中两轴捷联平台是ー种结构相对简单的稳定平台。它是导引头的重要组成部分。传统的两轴稳定平台大多采用基于俯仰/偏摆的直角坐标框架结构，这种结构比较直观，控制简单。但是，直角坐标框架结构相对比较笨重，不利于轻型化、小型化。而基于横滚/偏摆结构的极坐标框架具有结构紧凑，重量轻、尺寸小等特点。为了进一歩减小导引头的质量和体积，捷联平台利用导弹自动驾驶仪的陀螺传感器信息，通过解算来稳定光轴在惯性空间中的指向。为了使越肩发射的后射导弹能够有效跟踪并攻击后方目标，需要导引头光轴超半球稳定。而现在基于两轴捷联平台的补偿方法能够使光轴在前半球保持稳定，却没有对光轴超半球稳定的情况进行考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种，以克服现有技术在光轴超半球稳定补偿方面的不足。本专利技术的技术解决方案ー种，其特征在干利用导弹自动驾驶仪的陀螺传感器信息求得弹体的姿态め9、V(横滚、俯仰、航向)三个量，根据目标机动情况获得光轴在惯性坐标系中的向量坐标，结合光轴在内框坐标系中的坐标值求解两轴捷联平台光轴的稳定状态(欧拉角位置)，依据前ー时刻的状态进行优化，确定最終的补偿量，进而对光轴进行稳定补偿控制。其具体步骤如下步骤一利用导弹自动驾驶仪的陀螺传感器信息获得弹体的实时姿态角^ 0、￥ (横滚、俯仰、航向)，进而经过解算求得惯性坐标系和弹体坐标系之间的转换矩阵；步骤ニ从导弹跟踪系统中获得机动目标以及弹体在惯性坐标系中的信息，获得光轴在惯性坐标系中的实时向量坐标ち，将惯性坐标系中光轴向量坐标转化到弹体坐标系中；步骤三利用步骤ニ光轴向量在弹体坐标系中的坐标以及光轴向量在内框坐标系中的坐标值求取基于基准位置的捷联平台光轴的稳定状态(欧拉角位置)；步骤四根据反馈的捷联平台实时角度位置和求取的捷联平台的光轴状态，解算实时的补偿角度増量，并对补偿角度増量运用动态规划的思想进行优化；步骤五根据反馈的捷联平台实时角度位置和步骤四中的补偿角度増量计算优化后的欧拉角位置，将优化后的欧拉角位置馈送到电机伺服系统进行实时补偿。其中，所述的步骤一中实时姿态角P、9、￥是利用陀螺传感器输出的弹体实时角速度信息，利用四元数的方法计算得到的。其中，所述的步骤三中基于基准位置的捷联平台光轴的稳定状态计算如下光轴的状态可由外框横滚轴的横滚角a和内框偏摆轴的偏摆角@来表不。由于旋转角的周期性以及对称关系，为使旋转角的绝对旋转量最小，令其范围为(-n，n]。由于反余弦函数的数值范围限制，得出两组解，如下所示C、偏摆角e为正向解时权利要求1.ー种，其特征在于该方法具体包括以下步骤 (1)利用导弹自动驾驶仪的陀螺传感器信息求得弹体的实时姿态角？)、0> V，即横滚角、俯仰角、航向角，进而经过解算求得惯性坐标系和弹体坐标系之间的转换矩阵； (2)从导弹跟踪系统中获得机动目标以及弹体在惯性坐标系中的信息，得到光轴在惯性坐标系中的向量坐标,将惯性坐标系中光轴向量坐标转化到弹体坐标系中； (3)利用步骤(2)光轴向量在弹体坐标系中的坐标和光轴向量在内框坐标系中的坐标值求取基于基准位置的捷联平台光轴的稳定状态，即欧拉角位置； (4)根据反馈的捷联平台的实时角度位置和求取的捷联平台的光轴状态，解算实时的补偿角度増量，并对补偿角度増量运用动态规划的思想进行优化； (5)根据反馈的捷联平台实时角度位置和步骤(4)中的补偿角度増量计算优化后的欧拉角位置，将优化后的欧拉角位置馈送到电机伺服系统进行实时补偿。2.根据权利要求I所述的，其特征在于所述的步骤(I)中实时姿态角ル9、￥是利用陀螺传感器输出的弹体实时角速度信息，利用四元数的方法计算得到的。3.根据权利要求I所述的，其特征在于所述的步骤(3)中基于基准位置的捷联平台光轴的稳定状态计算如下 光轴的状态可由外框横滚轴的横滚角a和内框偏摆轴的偏摆角P来表示，由于旋转角的周期性以及对称关系，为使旋转角的绝对旋转量最小，令其范围为(-M，;由于反余弦函数的数值范围限制，得出两组解，如下所示4.根据权利要求I所述的，其特征在干所述的步骤(4)中根据反馈的捷联平台的实时角度位置和求取的捷联平台的光轴稳定状态解算得到两组实时的补偿角度増量，利用捷径法和动态规划的思想对其进行优化，从中选取一组最优的补偿角度増量。5.根据权利要求I所述的，其特征在于所述的步骤(5)中将求得的一组最优的补偿角度増量和当前的实时光轴状态相结合得到补偿角度位置，利用补偿角度位置控制电机伺服系统进行实时补偿。专利摘要本专利技术涉及一种，其特征在于利用惯性测量单元测得的载体角速度求取载体的姿态角，将光轴在惯性坐标系中的坐标转换到载体坐标系中，结合光轴在内框坐标系中的坐标值确定光轴的稳定状态，即角位置，利用光轴实时角位置求取角度增量；应用动态规划的思想对增量值进行优化，最终获得最优的补偿量用于控制电机伺服系统进行补偿，使光轴超半球稳定。本专利技术适用于两轴捷联平台，具有精度高，简单易行的特点。文档编号F42B15/01GKCN101403593 B发布类型授权 专利申请号CN 200810226027公开日2012年8月22日 申请日期2008年11月4日专利技术者刘言, 毛峡 申请人:北京航空航天大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于横滚／偏摆结构的两轴捷联平台光轴超半球稳定方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：　（１）利用导弹自动驾驶仪的陀螺传感器信息求得弹体的实时姿态角φ、θ、ψ，即横滚角、俯仰角、航向角，进而经过解算求得惯性坐标系和弹体坐标系之间 的转换矩阵；　（２）从导弹跟踪系统中获得机动目标以及弹体在惯性坐标系中的信息，得到光轴在惯性坐标系中的向量坐标＊↓［ｇ］，将惯性坐标系中光轴向量坐标转化到弹体坐标系中；　（３）利用步骤（２）光轴向量在弹体坐标系中的坐标和光轴向量 在内框坐标系中的坐标值求取基于基准位置的捷联平台光轴的稳定状态，即欧拉角位置；　（４）根据反馈的捷联平台的实时角度位置和求取的捷联平台的光轴状态，解算实时的补偿角度增量，并对补偿角度增量运用动态规划的思想进行优化；　（５）根据反 馈的捷联平台实时角度位置和步骤（４）中的补偿角度增量计算优化后的欧拉角位置，将优化后的欧拉角位置馈送到电机伺服系统进行实时补偿。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛峡，刘言，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]