[发明专利]一种捷联星敏感器实现间接敏感地平的导弹姿态机动方法

说明书

本发明提供一种捷联星敏感器实现间接敏感地平的导弹姿态机动方法，星敏感器捷联安装导弹本体，设定星敏感器光轴穿过大气平流层的折射视高度指令值，并导出星敏感器光轴天底距或天顶距指令值，基于导弹当前位置姿态和星敏感器的安装参数，得到以星敏感器捷联安装角和星敏感器光轴天底距或天顶距指令值为参数的导弹俯仰角的有效范围，然后建立滚转角和俯仰角两者之间的约束关系式作为姿态制导律，保障光轴穿越平流层。本发明给出了一个具体实施方式，基于导弹位置姿态及星敏感器安装参数，给出了俯仰角有效范围不等式，推导了俯仰角与滚转角的约束方程式，导弹偏航角机动对于捷联星敏感器实现间接敏感地平没有作用。

(一)技术领域

本发明提供一种捷联星敏感器实现间接敏感地平的导弹姿态机动方法，便于星敏感 器观测穿过大气平流层的折射星光，以提高弹道导弹导航定位精度，属于导航制导与控制领域。

(二)背景技术

间接敏感地平技术是利用星敏感器观测折射星光，通过大气折射模型及误差补偿方 法来间接敏感地平，建立算法实现了空间飞行器的高精度自主导航定位，可以有效解决直接敏感地平方法受地平仪精度制约而导致的导航精度偏低的问题。星光折射原理如图 1所示。

弹道导弹中段飞行环境接近真空，仅受地心引力的作用。导弹相对姿态为本体坐标 系(记为b系)相对于与地球关联的非惯性坐标系(比如：当地铅垂坐标系或“北-东- 地”坐标系，记为n系)的姿态。对弹体进行姿态机动时，需确保弹载捷联星敏感器光 轴始终穿越平流层并保持适当折射视高度，从而可以有效观测到视场中平流层条带内的 折射星，持续获得有效的观测量有助于减小组合导航系统的定位误差。

(三)发明内容

本发明的目的在于建立一种捷联星敏感器实现间接敏感地平的导弹姿态机动方法， 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

(1)建立导弹本体坐标系b系，星敏感器捷联安装角为光轴与导弹纵轴X_b方向的夹角，记为α，为常量，如图2所示。

(2)星敏感器光轴穿过平流层的光轴视高度为光轴延长线与大地水准面的切向高度， 设定其指令值h_ax，并导出光轴天底距指令值δ，天顶距则为(180°-δ)，建立n系 下的导弹纵轴方位面λ以及星敏感器光轴方位面η，如图3所示，从而得到以α 和δ为参数的导弹俯仰角θ的有效范围。

(3)在α参数值已知的条件下，建立导弹滚转角φ关于导弹俯仰角θ及天底距指令值δ的姿态制导律，保障光轴穿越平流层。

(四)附图说明

图1为星光折射原理示意图；

图2为b系中星敏感器捷联安装示意图；

图3为姿态机动几何原理示意图。

(五)具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明的实施方式作进一步描 述。

如图1所示，O为地心，R_e为地球半径，导弹质心位置A相对地心位置矢量为r， 星敏感器光轴方向单位矢量为s，对应观测星光方向单位矢量u于平流层BB′区间内发 生折射，折射角为R。记∠OAB＝δ(0δ90°)为实时光轴天底距标称值，满足

如图2所示，本体坐标系X_b轴为导弹纵轴指向头部方向，Y_b轴位于纵对称面内与 X_b轴垂直，Z_b轴方向根据右手定则判定。捷联安装的星敏感器光轴位于X_bAZ_b平面内， 与X_b轴夹角为α(0≤α≤180°)，则在b系下星敏感器光轴的单位矢量坐标为：

s_b＝[cosα 0 sinα]^T (2)