[发明专利]一种降低装定诸元需求的卫星制导弹药制导方法

权利要求书

1.一种降低装定诸元需求的卫星制导弹药制导方法，其特征在于：以地球直角坐标系和北天东坐标系为基准，设定发射前测定的目标位置信息为：(long_T,lat_T,alt_T)；在启控时刻，在采集的数据集合(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi,PDOP_i)中，搜索PDOP的极小值对应的(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi)，设定该组数据为虚拟发射点(long_Mc,lat_Mc,alt_Mc)；虚拟发射点确定后，建立一个新的坐标系——制导坐标系；

按照如下步骤：

首先介绍三个坐标系：

地球直角坐标系：

原点——地心

z轴——指向协议地球北极

x轴——指向参考子午面与地球赤道的一个交点

y轴——与X，Z轴构成右手直角坐标系

GPS系统的协议地球坐标系是WGS-84坐标系；它对GPS非常重要，因而GPS系统的卫星星历参数和历书参数计算得到的卫星位置和速度都可以直接在WGS-84坐标系中表示；

其几何定义是：

原点——地球质心

z轴——指向BIH1984.0定义协议地球极CTP方向

x轴——指向BIH1984.0定义零度子午面与CTP赤道的交点，

y轴——与X，Z轴构成右手直角坐标系

北天东坐标系：

原点——弹体的质心；

x轴——沿参考椭球卯酉圈方向并指向东

y轴——沿参考椭球子午圈方向并指向北

z轴——沿参考椭球外法线方向指向地心反方向

设定发射前测定的目标位置信息为：(long_T,lat_T,alt_T)；卫星制导弹药发射后，弹载的卫星导航系统需经历搜星、捕获、定位一系列过程，耗时10s左右，卫星导航系统开始输出有效的定位信息，用符号(long_M,lat_M,alt_M)表示；以此时刻为起始时刻，每间隔500ms采集一组数据(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi,PDOP_i)，其中下标i表示采集的第i组数据，PDOP是卫星导航系统输出的特征量数据，表征此时刻卫星导航的精度水平，该值与卫星导航数据的精度负相关；

在启控时刻，在采集的数据集合(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi,PDOP_i)中，搜索PDOP的极小值对应的(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi)，设定该组数据为虚拟发射点(long_Mc,lat_Mc,alt_Mc)；

各符号表征的意义如下所示：

(long_T,lat_T,alt_T)——目标经度、纬度、高度

(long_Mi,lat_Mi,alt_Mi,PDOP_i)——虚拟发射点数据的集合

(long_Mc,lat_Mc,alt_Mc)——虚拟发射点的经度、纬度、高度

虚拟发射点确定后，弹载计算机进行如下计算：

X_Mc＝(N_Mc+alt_Mc)cos(lat_Mc)cos(long_Mc)

Y_Mc＝(N_Mc+alt_Mc)cos(lat_Mc)sin(long_Mc)

XE_MT＝-sin(long_Mc)(X_T-X_Mc)+cos(long_Mc)(Y_T-Y_Mc)

YN_MT＝-sin(lat_Mc)cos(long_Mc)(X_T-X_Mc)-sin(lat_Mc)sin(long_Mc)(Y_T-Y_Mc)

ZV_MT＝cos(lat_Mc)cos(long_Mc)(X_T-X_Mc)+cos(lat_Mc)cos(long_Mc)(Y_T-Y_Mc)；

以上各符号表征的含义如下：

Ra——地球半长轴长度，6378137m

EC²——第一偏心率的平方，0.00669437999013

N_Mc、X_Mc、Y_Mc——弹药投影点对应基准椭球体的卯酉圆曲率半径、弹药投影点在地球直角坐标系内的x、y坐标；

N_T、X_T、Y_T——目标点对应基准椭球体的卯酉圆曲率半径、目标点在地球直角坐标系内的x、y坐标；

XE_MT、YN_MT、ZV_MT——弹药投影点与目标连线在北天东坐标系内的分量；

ψ_s——制导方向基准；

由此，建立一个新的坐标系——制导坐标系：

制导坐标系：原点位于目标点，x轴沿弹药投影点指向目标点的方向，y轴沿垂线向上，z轴依据右手定则确定；

由于制导坐标系原点位于目标点，则制导坐标系原点在地球直角坐标系中的坐标(X₀,Y₀,Z₀)与目标点相同：

X₀＝X_T,Y₀＝Y_T,Z₀＝Z_T

弹体启控后实时接收的位置信息为：(long_M,lat_M,alt_M)、速度信息为(VN,VV,VE)；以上各符号表征的含义如下：

(long_M,lat_M,alt_M)——弹药实时的经度、纬度、高度；

(VN,VV,VE)——弹药实时的北向速度、天向速度、东向速度，即弹药实时总速度在北天东坐标系内的分量；

则弹载计算机进行如下的计算过程：

X_M＝(N_M+alt_M)cos(lat_M)cos(long_M)

Y_M＝(N_M+alt_M)cos(lat_M)sin(long_M)

Z_M＝(N_M(1-EC²)+alt_M)sin(lat_M)；

XE_M＝-sin(long_T)(X_M-X₀)+cos(long_T)(Y_M-Y₀)

YN_M＝-sin(lat_T)cos(long_T)(X_M-X₀)-sin(lat_T)sin(long_T)(Y_M-Y₀)+cos(lat_T)(Z_M-Z₀)

ZV_M＝cos(lat_T)cos(long_T)(X_M-X₀)+cos(lat_T)cos(long_T)(Y_M-Y₀)+sin(lat_T)(Z_M-Z₀)；

X_g＝cos(ψ_s)YN_M-sin(ψ_s)XE_M

Y_g＝ZV_M

Z_g＝sin(ψ_s)YN_M+cos(ψ_s)XE_M；

VX_g＝cos(ψ_s)VN-sin(ψ_s)VE

VY_g＝VV

VZ_g＝sin(ψ_s)VN+cos(ψ_s)VE

以上符号表征：

N_M,X_M,Y_M,Z_M——弹药实时对应的基准椭球体的卯酉圆曲率半径、弹药在地球直角坐标系内的实时x、y、z坐标位置；

XE_M,YN_M,ZV_M——实时的弹目连线在北天东坐标系内的分量；

X_g,Y_g,Z_g——弹药在制导坐标系内的x、y、z坐标位置；

VX_g,VY_g,VZ_g——弹药在制导坐标系内的x、y、z向速度；

比例导引制导律是目前制导弹药最常用的制导律之一，以其为例计算制导指令如下：

其中，各符号含义如下：

d_x,d_y,d_z,d_xz,d_xyz,V_rx,V_ry,V_rz,V_r——计算过程中使用的中间量；

——纵向、横向的弹目视线角速率；

a_yc,a_zc——纵向、横向的制导指令；

K——比例导引导航比、θ₀——滑翔角、g——重力加速度。