一种旋转炮弹初始对准方法技术

本发明专利技术提供了一种旋转炮弹初始对准方法，包括构建Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角的数学模型；对Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率进行零均值处理；生成本地载波的正、余弦信号，并分别与零均值处理后的角速率相乘，对相乘结果进行变积分周期的相关累加、反正切鉴相计算，获得相位；对相位进行三阶环路滤波处理；利用滤波结果更新本地载波，利用跟踪的相位信息解算弹体滚转角。该方法可以实现弹体滚转角的高精度、快速对准。快速对准。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转炮弹初始对准方法


[0001]本专利技术属于制导炮弹对准
，具体涉及一种旋转炮弹初始对准方法，特别是针对制导炮弹应用领域，能够实现制导炮弹出膛上电后的快速、自主对准。

技术介绍

[0002]传统的炮射弹药通过自由落体去攻击目标，命中率低，弹药消耗量大，且射程较近，作战效费比不高，已经难以适应现代战争的需要。制导炮弹的出现使得炮兵技术的发展产生了革命性的变化。相对于传统的常规弹药，制导炮弹具有打击精确化、作战远程化等众多优点，与导弹攻击方式相比，制导炮弹又具有载弹量大、发射速度快、成本低、用途广泛、使用方式更为灵活等优势。随着武器装备的信息化与精确化，常规弹药制导化改造与应用已成为一个重要的发展趋势，而实现旋转炮弹的快速高精度对准，是制导炮弹的基础和前提。
[0003]在制导炮弹起控前，组合导航系统需要输出高精度的初始位置、速度、航向、俯仰、滚动等导航信息，供弹载计算机控制炮弹飞行。制导炮弹导航系统一般包含惯性导航系统和卫星导航系统，卫星导航系统可以提供位置、速度信息，但是其更新频率一般较慢，无法满足制导炮弹高转速(3r/s～10r/s)的使用需求。一般制导炮弹要求10秒内完成初始对准，而传统的惯性/卫星卡尔曼滤波组合对准方法，误差估计收敛速度慢，难以满足空中制导炮弹快速对准需求。所以一般情况下，初始位置、速度信息直接通过卫星接收机提供，航向、俯仰短时间内没有较大变化，可以通过卫星接收机速度计算得到。而由于弹体旋转速度快，滚转角变化速度快，传统的解析粗对准、晃动基座对准、组合滤波对准等，均无法实现空中高动态条件下滚转角的快速对准需求。所以，需要提出一种高动态条件下旋转炮弹空中快速对准方法，满足滚动角的快速高精度对准需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中制导炮弹难以在空中高动态、高旋转条件下实现快速对准的技术问题，本专利技术提供了一种旋转炮弹初始对准方法，有效利用弹体转速信息，构建Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角之间的数学模型，通过锁相环载波相位跟踪，对Y轴或Z轴陀螺产生的正余弦信号，进行相干解调与载波相位跟踪，实现相位鉴别，得到载波正余弦信号的相位，解算弹体滚转角信息，实现弹体滚转角的高精度、快速对准。
[0005]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0006]一种旋转炮弹初始对准方法，包括如下步骤
[0007]构建Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角的数学模型；
[0008]对Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率进行零均值处理；
[0009]生成本地载波的正、余弦信号；
[0010]分别将本地载波正、余弦信号与零均值处理后的角速率相乘，对相乘结果进行变积分周期的相关累加、反正切鉴相计算，获得相位；
[0011]对相位进行三阶环路滤波处理；
[0012]利用滤波结果更新本地载波，利用跟踪的相位信息解算弹体滚转角。
[0013]进一步地，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角的数学模型为若俯仰角速率则
[0014][0015]若俯仰角速率则
[0016][0017]其中，ω
y,k
为第k个采样周期Y轴陀螺角速率，ω
z,k
为第k个采样周期Z轴陀螺角速率，γ
k
为第k个采样周期弹体滚转角，为第k个采样周期俯仰角速率。
[0018]进一步地，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率零均值处理方法为，以X 陀螺的角增量累加值等于2π为一个周期，计算该周期内Y轴或Z轴陀螺的角增量累加值、当前周期角增量均值，在下一个周期的陀螺输出中均扣除当前周期角增量均值。
[0019]进一步地，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率零均值处理方法，具体包括如下步骤
[0020]实时计算X轴陀螺角增量累加值
[0021]Δθ
x,k
＝Δθ
x,k
‑1+ω
x,k
T
s
[0022]实时计算Y轴或Z轴陀螺角增量累加值
[0023]Δθ
y,k
＝Δθ
y,k
‑1+ω
y,k
T
s
[0024]Δθ
z,k
＝Δθ
z,k
‑1+ω
z,k
T
s
[0025]其中，Δθ
x,k
、Δθ
x,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻X轴陀螺角增量，ω
x,k
为第 k个采样周期X轴陀螺角速率；Δθ
y,k
、Δθ
y,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻Y轴陀螺角增量，Δθ
z,k
、Δθ
z,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻Z轴陀螺角增量，T
s
为陀螺角速率采样周期；
[0026]当Δθ
x,k
＝2π时，记录当前时刻t
j
，同时X轴陀螺角增量累加值清零；
[0027]计算弹体旋转第j圈的周期为T
j
＝t
j
‑
t
j
‑1；
[0028]计算T
j
周期内Y轴或Z轴陀螺角增量均值
[0029][0030][0031]将Y轴或Z轴陀螺角增量累加值清零；
[0032]对Y轴或Z轴陀螺角速率进行实时零均值处理
[0033][0034][0035]进一步地，Δθ
x,0
＝0，Δθ
y,0
＝0，Δθ
z,0
＝0，t0＝0，
[0036]进一步地，所述的变积分周期的相关累加方法如下
[0037][0038][0039]其中，Si
k
、Sq
k
分别为本地载波余、正弦信号与零均值处理后的角速率的乘积；t
i
表示第i个积分周期对应的时刻：
[0040][0041][0042]其中，T
pll,i
表示第i个积分周期的环路滤波器积分时间，T
pll,0
＞T
s
；
[0043]所述反正切鉴相方法如下
[0044][0045]进一步地，所述的本地载波的正、余弦信号为
[0046]Q
k
＝sin(2π
·
f
NCO,k
·
k
·
T
s
+α
k
)
[0047]I
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转炮弹初始对准方法，其特征在于，包括如下步骤构建Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角的数学模型；对Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率进行零均值处理；生成本地载波的正、余弦信号；分别将本地载波正、余弦信号与零均值处理后的角速率相乘，对相乘结果进行变积分周期的相关累加、反正切鉴相计算，获得相位；对相位进行三阶环路滤波处理；利用滤波结果更新本地载波，利用跟踪的相位信息解算弹体滚转角。2.根据权利要求1所述的旋转炮弹初始对准方法，其特征在于，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感角速率与弹体滚转角的数学模型为若俯仰角速率则若俯仰角速率则其中，ω
y,k
为第k个采样周期Y轴陀螺角速率，ω
z,k
为第k个采样周期Z轴陀螺角速率，γ
k
为第k个采样周期弹体滚转角，为第k个采样周期俯仰角速率。3.根据权利要求2所述的旋转炮弹初始对准方法，其特征在于，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率零均值处理方法为，以X陀螺的角增量累加值等于2π为一个周期，计算该周期内Y轴或Z轴陀螺的角增量累加值、当前周期角增量均值，在下一个周期的陀螺输出中均扣除当前周期角增量均值。4.根据权利要求3所述的旋转炮弹初始对准方法，其特征在于，所述的Y轴或Z轴陀螺敏感的角速率零均值处理方法，具体包括如下步骤实时计算X轴陀螺角增量累加值Δθ
x,k
＝Δθ
x,k
‑1+ω
x,k
T
s
实时计算Y轴或Z轴陀螺角增量累加值Δθ
y,k
＝Δθ
y,k
‑1+ω
y,k
T
s
Δθ
z,k
＝Δθ
z,k
‑1+ω
z,k
T
s
其中，Δθ
x,k
、Δθ
x,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻X轴陀螺角增量，ω
x,k
为第k个采样周期X轴陀螺角速率；Δθ
y,k
、Δθ
y,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻Y轴陀螺角增量，Δθ
z,k
、Δθ
z,k
‑1分别为k
·
T
s
、(k
‑
1)
·
T
s
时刻Z轴陀螺角增量，T
s
为陀螺角速率采样周期；当Δθ
x,k
＝2π时，记录当前时刻t

【专利技术属性】
技术研发人员：尚克军，邹思远，邓继权，郭玉胜，刘冲，闫红松，杨研萌，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：