[发明专利]一种光幕靶测速中杆状飞行物体姿态参数获取方法

权利要求书

1.一种光幕靶测速中杆状飞行物体姿态参数获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，构建杆状飞行物体穿越光幕的信号波形模型：

俯仰角度为a度，长为L米，直径为d米的杆状飞行物体以飞行速度v穿过厚度为n的光幕，光电探测器探测到的回波光信号转换为电信号，电信号的幅值U与飞行杆状飞行物体在扇形光幕中所占遮光面积S成正比；

在俯仰角度为0°～90°范围内分七种情况计算电信号幅值，电信号幅值U1～U7的信号表达式如下，公式中t为时间；

(1)当杆状飞行物体俯仰角度a＝0时，

U 1 = 0 , t ≤ 0 d v t , 0 < t ≤ n / v n d , n / v < t ≤ L / v ( n + L - v t ) d , L / v < t ≤ ( L + n ) / v 0 , t > ( L + n ) / v ]]>

(2)当0＜a≤arcsin(n/d)时，

(3)当arcsin(n/d)＜a≤arctan(b)时，其中b＝(L-(-(Ln²-dn(L²+d²-n²)^1/2)/(d²-n²)))/d，

U 3 = 0 , t ≤ 0 v 2 t 2 2 sin a cos a , 0 < t ≤ n v 2 v t n - n 2 2 sin a cos a , n v < t ≤ d sin a v d ( v t - d sin a ) cos a + d sin a - ( v t - n ) 2 ( d cos a + v t - n sin a cos a ) , d sin a v < t ≤ n + d sin a v n d cos a , n + d sin a v < t ≤ L cos a v d [ L cos a - ( v t - n ) ] cos a + - L cos a + v t 2 ( L cos a + 2 d sin a - v t sin a cos a ) , L cos a v < t ≤ L cos a + n v 2 n ( L cos a + d sin a - v t ) + n 2 2 sin a cos a , L cos a + n v < t ≤ L cos a + d sin a v [ L cos a + d sin a - ( v t - n ) ] 2 2 sin a cos a , L cos a + d sin a v < t ≤ L cos a + d sin a + n v 0 , t > L cos a + d sin a + n v ; ]]>

(4)当arctan(b)＜a≤arctan(L/d)时，其中b＝(L-(-(Ln²-dn(L²+d²-n²)^1/2)/(d²-n²)))/d，

(5)当arctan(L/d)＜a≤2arctan(c)时，其中c＝-(d-(L²+d²-n²)^1/2)/(L-n)，

(6)当2arctan(c)＜a≤arccos(n/L)时，

U 6 = 0 , t ≤ 0 v 2 t 2 2 sin a cos a , 0 < t ≤ n v 2 v t n - n 2 2 sin a cos a , n v < t ≤ L cos a v L ( v t - L cos a ) sin a + L cos a - ( v t - n ) 2 ( L sin a + v t - n sin a cos a ) , L cos a v < t ≤ n + L cos a v n L sin a , n + L cos a v < t ≤ d sin a v L [ d sin a - ( v t - n ) ] sin a + - d sin a + v t 2 ( d sin a + 2 L cos a - v t sin a cos a ) d sin a v < t ≤ d sin a + n v 2 n ( d sin a + L cos a - v t ) + n 2 2 sin a cos a , d sin a + n v < t ≤ L cos a + d sin a v [ L cos a + d sin a - ( v t - n ) ] 2 2 sin a cos a , L cos a + d sin a v < t ≤ L cos a + d sin a + n v 0 , t > L cos a + d sin a + n v ; ]]>

(7)当arccos(n/L)＜a≤π/2时，

U 7 = 0 , t ≤ 0 v 2 t 2 2 sin a cos a , 0 < t ≤ L cos a v L ( v t - L cos a ) sin a + L 2 cos a 2 sin a , L cos a v < t ≤ n v L ( v t - L cos a ) sin a + L cos a - ( v t - n ) 2 ( L sin a + v t - n sin a cos a ) , n v < t ≤ n + L cos a v n L sin a , n + L cos a v < t ≤ d sin a v L [ d sin a - ( v t - n ) ] sin a + - d sin a + v t 2 ( d sin a + 2 L cos a - v t sin a cos a ) , d sin a v < t ≤ L cos a + d sin a v L 2 cos a 2 sin a + L [ d sin a - ( v t - n ) ] sin a , L cos a + d sin a v < t ≤ d sin a + n v [ L cos a + d sin a - ( v t - n ) ] 2 2 sin a cos a , d sin a + n v < t ≤ L cos a + d sin a + n v 0 , t > L cos a + d sin a + n v ]]>

S2，根据俯仰角测量精度p的需求，以俯仰角测量精度p为步长，a＝i·p，其中i为计算的电信号的个数，0＜i＜(90°/p)，根据a的取值范围带入U1～U7的信号表达式，计算0°～90°间所有的电信号幅度X_i(i·p)；

S3，选取俯仰角为0°和90°的电信号为参考信号，计算俯仰角为0°～90°的电信号与参考信号间的相关度大小，作为两组相关度参考数据：

ρ = cov ( X , Y ) D X D Y = Σ [ ( X - E ( X ) ) ( Y - E ( Y ) ) ] Σ ( X - E ( X ) ) 2 Σ ( ( Y - E ( Y ) ) 2 ]]>

其中，X与Y分别代表两个实的能量有限信号，E(X)、E(Y)为两个信号各自的期望值；

ρ的取值范围为-1～1，当相关系数ρ＞0为正相关，ρ＜0为负相关，ρ＝0表示不相关；

S4，计算探测信号与俯仰角为0°和90°的参考信号相关度，与两组相关度参考数据进行比较，得到俯仰角度。