[发明专利]基于运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法

说明书

本发明提供了基于运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法，包括如下步骤：获取北斗卫星导航系统给出对准时刻的载体位置、速度；通过速度信息进一步获取对准时刻的载体俯仰角、航向角信息；通过位置信息获取对准时刻导航坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速率通过运动学方程获得对准时刻滚转角对准初步算法；通过前述步骤获取的对准时刻的俯仰角、航向角信息以及获取补偿项M；将M补偿到滚转角对准初步算法中获取更精确的滚转角对准结果，从而实现旋转弹空中对准所需的初始位置、速度、姿态信息；该对准算法相比其他滚转角对准算法补偿了地球自转对于对准的影响，且算法简单，对准速度快，为后续组合导航部分做出重要铺垫。

技术领域

本发明涉及旋转弹高动态初始对准和组合导航领域，具体涉 及一种基于运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法。

背景技术

精确打击是现代战争的重点追求目标。随着21世纪电子信息技 术的快速发展，国内外对于低成本的常规弹药提出制导化和信息化的 要求，以确保在现代战争中火力覆盖的有效性和准确性。对于炮弹来 说，自旋体制能够简化控制系统组成，降低结构不对称影响，从而提 高炮弹的性能。

高速自旋在带来众多优点的同时，也给研究旋转体制的制导武器 带来了特有的难题。首先是发射瞬间的高过载(不小于10000g)，对 于IMU组件提出了抗高过载的要求。同时由于高自旋，对于陀螺的 量程也有很高的要求。再者载体自旋会引发复杂的锥运动，这对于姿 态的测量尤其是滚转角测量带来了严峻的挑战，从而进一步影响导航 与制导的可靠性和准确性。

惯性导航作为一种无需任何外界联系便可以独立完成导航任务 的系统，首先需要给出初始姿态，即进行初始对准。一般的初始对准 算法一般历时较长且仅适用于静基座或者匀速动基座情况下的对准。 而旋转弹发射后射速快，空中飞行时间短，还存在着高自旋与高过载 等困难，因此需要借助BDS(北斗卫星导航系统)来辅助完成空中 对准。BDS可以给出炮弹飞行过程中的速度、位置信息以及进一步 解算出的俯仰角、航向角信息。所以初始状态还剩滚转角一个参数需 要进行计算。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了本发明从刚体绕质心转动的运动 学方程出发，在现有的滚转角在线粗对准算法的基础上进行进一步推 导得到补偿地球自转影响的新的滚转角对准算法，滚转角的对准精度 进一步提高。

本发明的目的是为了克服上诉现有技术的不足，提出了一种基于 运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法。该方法一方面通过BDS 给出旋转弹的位置、速度信息，并由速度信息推算出其航向角、俯仰 角信息；另一方面通过运动学方程推导出滚转角对准方程，并进一步 结合地球模型推导得出补偿地球自转影响的更精确的滚转角对准方 程。

本发明的技术方案包括以下步骤：

S1、坐标系的明确：惯性坐标系OX_iY_iZ_i，导航坐标系为东北天 地理坐标系OX_nY_nZ_n，弹体坐标系为OX_bY_bZ_b，其中Y_b轴为旋转弹 自转轴，X_b轴为水平轴，Z_b轴为天向轴，弹道坐标系为OX₂Y₂Z₂， 其中Y₂轴为弹道指向轴；

S2、快速粗对准所需数据信息的获取：包含北斗卫星导航信息的 获取与INS(Inertial Navigation System)数据的获取；

S2.1、北斗卫星导航信息的获取：包括旋转弹的速度与位置，并 设TBDS为北斗卫星导航结果输出的采样时间；