一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法技术

本发明专利技术提供了一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上；在发射体发射前持续跟踪目标，利用发射体上惯性测量组件进行角度更新，输出时间及瞄准线转过的角度；建立并求解瞄准线预测非线性模型的目标函数；利用非线性最小二乘算法求瞄准线预测非线性模型中参数的最优解；发射体发射后根据瞄准线预测模型估计虚拟瞄准线的位置，使发射体跟踪目标。本发明专利技术在目标运动轨迹与瞄准线方向接近垂直时使用发射体瞄准装置瞄向目标，利用发射体自身的惯性测量组件测量瞄准线转角，在瞄准阶段完成多次瞄准线角度测量，所有的角度数据和对应的时间组成量测数据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法
本专利技术涉及发射体的导航技术，尤其涉及一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法。
技术介绍
当前战争中越来越多地使用到高精度制导武器，诸如肩扛式近程导弹或火箭弹等发射体都配置有惯导与末制导设备，这大大提高了武器生产成本与维护成本。为了解决传统武器装备精度过低不满足战场需求与高精度武器成本过高的矛盾，需要研究针对常规武器装备的升级技术，提升这类武器装备的性能使其满足现代战争的需要。瞄准线预测技术用于发射体目标跟踪，仅利用发射体自身的惯性测量组件就可以完成对匀速直线目标的跟踪，不需要雷达、红外等导引装置就能实现对运动目标的打击。目前已有的瞄准线预测技术主要采用目标方位角与时间的线性模型，虽然模型简单使用方便，但是与实际模型相比存在误差，尤其是当目标方位角变化大于5度时，模型误差不可忽略，模型误差将严重影响发射体命中精度。为了提升发射体瞄准线预测方法的精度，需从瞄准线真实转动规律出发建立精确的瞄准线角度变化模型。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，在目标运动轨迹与瞄准线方向接近垂直时使用发射体瞄准装置瞄向目标，保持目标在瞄准线上，经过一段时间后目标沿着直线前进一段距离，瞄准线也跟随目标转过一定角度，利用发射体自身的惯性测量组件测量瞄准线转角，在瞄准阶段完成多次瞄准线角度测量，所有的角度数据和对应的时间组成量测数据。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，包括以下步骤：步骤一、射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C0＝I3，瞄准线转角ψ(t0)＝0°，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上；步骤二、在发射体发射前持续跟踪目标，并不断利用发射体上惯性测量组件进行角度更新，输出时间及瞄准线转过的角度；步骤三、建立并求解瞄准线预测非线性模型的目标函数；步骤四、利用非线性最小二乘算法求瞄准线预测非线性模型中参数的最优解；步骤五、发射体发射后根据步骤四确定的瞄准线预测模型估计虚拟瞄准线的位置，使发射体跟踪目标。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一具体为：射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C0＝I3，瞄准线转角ψ(t0)＝0°，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上；跟踪目标过程中，发射体上惯性测量组件定时输出载体系下姿态角增量，记tk时刻角增量输出Δθk＝[ΔθxΔθyΔθz]T，则根据姿态矩阵更新公式：更新后的瞄准线转角，即tk时刻目标方位角为：式(1)和式(2)中，Ck(i,j)代表姿态矩阵Ck的第i行第j列元素，每进行一次姿态更新就可以得到一组量测(tk,ψ(tk))。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二具体为：在发射体发射前持续跟踪目标，并不断利用发射体上惯性测量组件进行角度更新，输出时间及瞄准线转过的角度；假设在瞄准过程中一共进行N次姿态更新，则得到的量测信息为：(t1,ψ(t1)),(t2,ψ(t2)),(t3,ψ(t3)),…,(tN-1,ψ(tN-1)),(tN,ψ(tN))。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤三具体为：建立求解瞄准线预测非线性模型ψ(t)＝arctan(μt)参数μ的目标函数f(μ)；记第k次量测时，惯性测量组件输出的瞄准线角度为ψg(tk)，瞄准线预测模型估计的瞄准线角度ψm(tk)，则瞄准线预测误差为：δψ(tk)＝ψm(tk)-ψg(tk)＝arctan(μtk)-ψg(tk)(3)定义目标函数：目标函数f(μ)最小的自变量μ*就是瞄准线预测非线性模型的最优参数。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四具体为：利用非线性最小二乘算法求瞄准线预测模型参数最优解；给定参数μ的初始值μ0，第k次瞄准线角度更新后，参数更新公式为：μk+1＝μk+λdk(5)式(5)中，更新方向：其中，Jk为函数δψ(tk)的雅可比矩阵；更新步长：作为本专利技术的进一步改进，所述步骤五具体为：发射体发射后根据步骤四确定的瞄准线预测非线性模型估计虚拟瞄准线的位置，使发射体跟踪目标；预测瞄准线角度为：式(8)中，t为相对于瞄准开始时刻的时间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在目标运动轨迹与瞄准线方向接近垂直时使用发射体瞄准装置瞄向目标，设此时刻为瞄准线预测过程的初始时刻。保持目标在瞄准线上，经过一段时间后目标沿着直线前进一段距离，瞄准线也跟随目标转过一定角度，利用发射体身的惯性测量组件测量瞄准线转角，在瞄准阶段完成多次瞄准线角度测量，所有的角度数据和对应的时间组成量测数据。附图说明图1为瞄准线预测非线性模型的示意图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。实施例1：本实施例提供一种基于非线性最小二乘算法的用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，在目标运动轨迹与瞄准线方向接近垂直时使用发射体瞄准装置瞄向目标，设此时刻为瞄准线预测过程的初始时刻。保持目标在瞄准线上，经过一段时间后目标沿着直线前进一段距离，瞄准线也跟随目标转过一定角度，利用发射体自身的惯性测量组件测量瞄准线转角，在瞄准阶段完成多次瞄准线角度测量，所有的角度数据和对应的时间组成量测数据。瞄准线角度更新时，目标前进距离、初始时刻发射点到目标距离和更新时刻发射点到目标距离构成直角三角形。设瞄准线角度更新时刻为t，目标运动速度为v，初始时刻发射点到目标距离为l，瞄准线转角为ψ，则有定义模型参数则得到瞄准线预测非线性模型为ψ(t)＝arctan(μt)。以瞄准线角度和对应的时间为量测数据，使用非线性最小二乘法就可以计算出参数μ，完成瞄准线角度模型建立，在发射体发射后根据建立的非线性模型计算出目标的实时方位，实现发射体对目标的跟踪。实施例2：在实施例1公开方案的基础上，图1中1为瞄准初始时刻目标位置，2为目标运动一段时间后的位置，3为发射体发射点的位置，4为瞄准线跟踪目标转过的角度，5为时刻的瞄准线位置，6为目标向前运动距离，7为瞄准初始时刻发射点与目标间的距离。本实施例给出了目标沿直线运动时，瞄准线角度与时间的关系，下面给出瞄准线建模的具体步骤。1、射手在目标距离发射点最近时，即目标运动到图中1位置时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C0＝I3，瞄准线转角ψ(t0)＝0°，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上。跟踪目标过程中，发射体上惯性测量组件定时输出载体系下姿态角增量，记t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C

【技术特征摘要】
20191218 CN 20191131263011.一种用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C0＝I3，瞄准线转角ψ(t0)＝0°，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上；
步骤二、在发射体发射前持续跟踪目标，并不断利用发射体上惯性测量组件进行角度更新，输出时间及瞄准线转过的角度；
步骤三、建立并求解瞄准线预测非线性模型的目标函数；
步骤四、利用非线性最小二乘算法求瞄准线预测非线性模型中参数的最优解；
步骤五、发射体发射后根据步骤四确定的瞄准线预测模型估计虚拟瞄准线的位置，使发射体跟踪目标。


2.根据权利要求1所述的用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
射手在目标距离发射点最近时瞄准并锁定目标，此时发射体姿态矩阵C0＝I3，瞄准线转角ψ(t0)＝0°，使瞄准线跟随目标移动，保证目标在瞄准线上；
跟踪目标过程中，发射体上惯性测量组件定时输出载体系下姿态角增量，记tk时刻角增量输出Δθk＝[ΔθxΔθyΔθz]T，则根据姿态矩阵更新公式：



更新后的瞄准线转角，即tk时刻目标方位角为：



式(1)和式(2)中，Ck(i,j)代表姿态矩阵Ck的第i行第j列元素，每进行一次姿态更新就可以得到一组量测(tk,ψ(tk))。


3.根据权利要求2所述的用于目标方位预测的非线性瞄准线建模方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
在发射体发射前持续跟踪目标，并不断利用发射体上惯性测量组件进...

【专利技术属性】
技术研发人员：严恭敏，杨小康，付强文，李四海，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61