一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，涉及制导炮弹组合导航领域，制导炮弹升空完成姿态辨识之后，在卫星拒止环境下，使用地基雷达对制导炮弹进行测距测速，通过数据链上传到制导炮弹，结合制导炮弹的惯导数据进行组合导航。弹的惯导数据进行组合导航。弹的惯导数据进行组合导航。

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法


[0001]本专利技术涉及导炮弹组合导航领域，具体涉及一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法。

技术介绍

[0002]组合导航一般使用卫星作为辅助信息修正惯性导航系统的累积误差，以获得高精度的导航信息。卫星可以提供高精度的位置、速度信息，但可能会受到干扰，难以提供信息。在卫星拒止环境下，需要采用其他的辅助手段作为替代。地基雷达是一种高精度的测量设备，可以获取目标相对于雷达站的位置信息和径向速度，在雷达测量范围内具有测量精度高、抗干扰性能强等优点，其缺点是测量精度会随着目标距离增大而降低。因此在雷达测量范围内，可以使用雷达作为辅助手段，实现高精度的组合导航。
[0003]东北天坐标系、发射惯性坐标系和发射坐标系是常用的导航坐标系。雷达测量信息是在雷达测量坐标系下的，需要将雷达测量信息转到导航坐标系下，才能进行组合导航。雷达测量坐标系与发射坐标系的定义较为相似，均为非惯性系，因此选择制导炮弹的发射坐标系作为导航坐标系。本专利技术提出的一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，是使用地基雷达对制导炮弹进行测距测速，通过数据链上传到制导炮弹，结合制导炮弹的惯导数据进行组合导航。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，包括如下步骤：
[0007]S1、制导炮弹升空完成姿态辨识之后，通过捷联惯导数值更新得到制导炮弹的姿态四元数、速度和位置，根据更新数值解算制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度；同时通过数据链得到雷达导航输出的制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度。
[0008]S2、根据步骤S1中捷联惯导解算得到的数据计算状态转移矩阵和噪声驱动矩阵，得到状态方程；同时根据捷联惯导计算得到的数据和雷达导航测量得到的数据计算雷达量测矢量和量测矩阵，得到量测方程；
[0009]S3、根据雷达同步信号周期，对步骤S2得到的状态方程和量测方程进行离散化；
[0010]S4、给定初始状态矢量和初始估计均方误差矩阵，利用递推滤波算法估算制导炮弹下一时刻的状态，并重复滤波直至收敛状态得到姿态、速度、位置的估算误差值；
[0011]S5、将S4计算得到的估算误差值修正至导航解算值中，完成制导炮弹的组合导航。
[0012]进一步的，所述S1中：
[0013]捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，P
g
＝[x
g
,y
g
,z
g
]T
、分别为制导炮弹在发射坐标系下的位置、速度；为发射坐标系到雷达直角坐标系的转换矩阵，R
ij
(i＝1,2,3；j＝1,2,3)为的元素；为雷达坐标系下发射点相对于雷达站的位置；为发射坐标系下发射点相对于雷达站的位置；
[0019][0020][0021][0022]其中，分别为发射点和雷达站地心地固系下位置；为地心地固坐标系到雷达直角坐标系的转换矩阵；为地心地固坐标系到发射坐标系的转换矩阵，为的转置矩阵；
[0023]捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为：
[0024][0025]其中，A
I
、E
I
、R
I
、依次为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度，
δA
I
、δE
I
、δR
I
、依次为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度时相应的误差，A
t
、E
t
、R
t
、依次为制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度真值；
[0026]雷达导航测量的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为：
[0027][0028]其中，A
R
、E
R
、R
r
、依次为雷达导航输出的方位角、高低角、径向距离和径向速度，δA
R
、δE
R
、δR
R
、依次为雷达导航输出方位角、高低角、径向距离和径向速度时相应的误差。
[0029]进一步的，所述S2中状态方程表示为：
[0030][0031]其中，X为状态矢量，包括发射坐标系下的姿态矢量误差φ
g
、速度误差矢量δV
g
、位置误差矢量δP
g
、陀螺仪误差矢量ε
b
和加速度计误差矢量F为状态转移矩阵且：
[0032][0033]其中，为地球自转角速度在发射坐标系下的投影的反对称矩阵，F
g
为加速度计测量值在发射坐标系下的投影的反对称矩阵，G
P
是由位置误差引起的标准重力误差在发射坐标系下的投影，I3×3表示3维的单位矩阵，0
m
×
n
表示m
×
n维的0矩阵，为弹体坐标系到发射坐标系的姿态矩阵；
[0034]G为噪声驱动矩阵且
[0035][0036]W为过程噪声矢量，包括陀螺仪白噪声w
g
和加速度计白噪声w
a
。
[0037]进一步的，所述S2中量测方程表示为：
[0038]Z
r
＝H
r
X+V
r
[0039]其中，Z
r
为雷达量测矢量，X为状态矢量，V
r
为量测噪声，H
r
为量测矩阵；
[0040][0041][0042]其中，R、A、E、V
r
依次为雷达测量的径向距离、方位角、高低角、径向速度；x
g
、y
g
、z
g
为发射坐标系下位置向量的三轴分量；为发射坐标系下速度向量的三轴分量；表示X(A、E、R)对的泰勒展开的一阶项。
[0043]进一步的，所述S3中状态方程和量测方程的离散化分别表示为：
[0044]X
k
＝Φ
k/k
‑1X
k
‑1+Γ
k/k
‑1W
k
‑1[0045]Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
[0046]其中，X
k
是k时刻的状态矢量，X
k
‑1是k
‑
1时刻的状态矢量，W
k
‑1是k
‑
1时刻的过程噪声矢量，Z
k
为k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制导炮弹升空完成姿态辨识之后，通过捷联惯导数值更新得到制导炮弹的姿态四元数、速度和位置，根据更新数值解算制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度；同时通过数据链得到雷达导航输出的制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度。S2、根据步骤S1中捷联惯导解算得到的数据计算状态转移矩阵和噪声驱动矩阵，得到状态方程；同时根据捷联惯导计算得到的数据和雷达导航测量得到的数据计算雷达量测矢量和量测矩阵，得到量测方程；S3、根据雷达同步信号周期，对步骤S2得到的状态方程和量测方程进行离散化；S4、给定初始状态矢量和初始估计均方误差矩阵，利用递推滤波算法估算制导炮弹下一时刻的状态，并重复滤波直至收敛状态得到姿态、速度、位置的估算误差值；S5、将S4计算得到的估算误差值修正至导航解算值中，完成制导炮弹的组合导航。2.根据权利要求1所述的基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，其特征在于，所述S1中：捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为其中，P
g
＝[x
g
,y
g
,z
g
]
T
、分别为制导炮弹在发射坐标系下的位置、速度；为发射坐标系到雷达直角坐标系的转换矩阵，R
ij
(i＝1,2,3；j＝1,2,3)为的元素；为雷达坐标系下发射点相对于雷达站的位置；为发射坐标系下发射点相对于雷达站的位置；为发射坐标系下发射点相对于雷达站的位置；
其中，分别为发射点和雷达站地心地固系下位置；为地心地固坐标系到雷达直角坐标系的转换矩阵；为地心地固坐标系到发射坐标系的转换矩阵，为的转置矩阵；捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为：其中，A
I
、E
I
、R
I
、V
Ir
依次为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度，δA
I
、δE
I
、δR
I
、δV
Ir
依次为捷联惯导解算的方位角、高低角、径向距离和径向速度时相应的误差，A
t
、E
t
、R
t
、依次为制导炮弹方位角、高低角、径向距离和径向速度真值；雷达导航测量的方位角、高低角、径向距离和径向速度可表示为：其中，A
R
、e
R
、R
R
、依次为雷达导航输出的方位角、高低角、径向距离和径向速度，δA
R
、δE
R
、δR
R
、依次为雷达导航输出方位角、高低角、径向距离和径向速度时相应的误差。3.根据权利要求1所述的基于雷达测距测速的发射坐标系组合导航方法，其特征在于，所述S2中状态方程表示为：其中，X为状态矢量，包括发射坐标系下的姿态矢量误差φ
g
、速度误差矢量δV
g
、位置误差矢量δP
g
、陀螺仪误差矢量ε
b
和加速度计误差矢量F为状态转移矩阵且：其中，为地球自转角速度在发射坐标系下的投影的反对称矩阵，F
g
为加速度计测量值在发射坐标系下的投影的反对称矩阵，G
P
是由位置误差引起的标准重力误差在发射坐标系下的投影，I3×3表示3维的单位矩阵，0
m
×
n
表示m
×
n维的0矩阵，为弹体坐标系到发射
坐标系的姿态矩阵；G为噪声驱动矩阵且W为过程噪声矢量，包括陀螺仪白噪声w
g
和加速度计白噪声w
a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，杨涛，殷娜，王磊，房琰，杨睿华，梁文超，曾诚之，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：