[发明专利]运载火箭滚动姿态确定方法

说明书

所属领域

本发明专利属于航天测量与控制领域，涉及一种基于运载火箭箭体上特殊标志的跟踪测量的运载火箭滚动姿态确定方法。

背景技术

火箭姿态测量计算主要是为型号部门分析火箭在垂直起飞时的惯性制导系统中三轴平台的稳定性提供重要的技术支持，也被用来评定火箭垂直起飞段(即火箭从起飞触点接通到飞出塔架的一段时间)的飞行安全和飞行性能。通过对箭体的姿态的分析和处理，可从中发现和分析型号运载火箭的飞行情况，对改进箭体结构、完善测发系统性能、提高发射过程的安全性提供支持。但在实战任务中，由于大气扰动、仪器指向与太阳的夹角偏小、目标和背景的对比度降低等因素的影响，使得火箭的箭体上用于测量滚动姿态的一连串红色小标志块的边缘线变得模糊不清，严重影响红色标记测量数据的提取，更无法计算和确定箭体滚动姿态。为了完成箭体滚动姿态的计算和确定，必须另开途径。本项目给出了一种基于火箭箭体上的其他成像标志信息实现箭体滚动姿态的计算方法。

发明内容

在航天靶场试验中，采用三台高速电影摄影仪完成跟踪测量火箭垂直起飞段的测量任务。在三个测站跟踪测量的成像中均看不清一连串的红色小标志块的情况下，可以充分利用箭体上可以利用的成像标记：长方形。利用长方形成像的特殊测量数据来完成运载火箭滚动姿态的确定。

滚动姿态计算具体过程如下：

测量数据位置选取的主要思想是利用箭体成像的侧面和长方形侧面的特征位置，参阅图1。建立这种数据采集的方法是基于：一是跟踪火箭垂直起飞段设备的特殊布站情况，二是利用图像处理中的边缘增强提取方法，可以很容易地提取出长方形侧面的测量信息。图1为其中两个跟踪测量设备测量到的箭体上长方形标志成像示意图。

参阅图2，s为高速电影摄影仪跟踪设备的投影中心；测量数据选取位置一m为长方形上边沿或下边沿在箭体边缘处的成像位置点，sm′为投影中心到火箭边缘的方向；测量数据选取位置二n为长方形另一边缘点(上边沿或下边沿的选取同m一致)，sn′为目标的判读点方向；r为火箭半径；R为测站到发射原点的距离。由于测站与发射中心距离足够远，则可认为s、o、m、n四点为同一平面。

由于：∠mse＝arcsin(r/R)

利用判读系统，获得m、n两点测角测量数据，即

式中，A_j,E_j分别为判读m、n两点时获取的目标测角数据；f为摄影焦距；x_j,y_j分别为m、n两点在像平面坐标系中的跟踪误差。

将式(1)进行系统误差修正，获取m、n两点方位角数据，即

A″_j＝A′_j+ΔA₀+tg(E′_j+ΔE₀)[b+Isin(A_H-A′_j-ΔA₀)]+csec(E′_j+ΔE₀)j＝m,n(2)

式中，ΔA₀、ΔE₀为零值误差；b为水平轴误差；I为垂直轴误差；A_H为垂直轴倾斜方向的方位角；c为照准差。

求得：

∠m′sn′＝A″_m-A″_n(3)

则

ΔA＝arcsin(r/R)-∠m′sn′(4)

结合图2所示，令go＝a，gn＝k,sn＝l，∠gon＝γ，则：

r²＝l²+R²-2R·l·cosΔA

解出

在(5)中，第二项前的±符号只能取“-”，如果取“+”符号，当测量点n趋近于测量点e时，则会出现c＞R的情况，然而这是矛盾的，

由此确定滚动角大小

α_i＝γ_i-γ₀(7)

式中，α_i为i时刻的滚动角，γ_i为i时刻的γ角，γ₀为t₀时刻的γ角。

附图说明

图1为实施例中设备跟踪长方形国旗标志的成像示意图