[发明专利]飞行器运动参数测量方法

摘要

本发明涉及飞行器运动参数测量方法，利用布设在飞行器运动轨迹地面投影附近的若干微型声学测量测点，每个测点包括1个声学传声器及其配套设备，利用测量到的飞行器超音速飞行时产生的激波信号到时差，可以迅速、准确地给出飞行器运动的轨迹、速度、时变的加速度等参数。给出了飞行器运动的完整数学描述，解决了通过测量运动轨迹附近激波信号到时差推算运动轨迹、速度、加速度及其高阶微分量的问题，为飞行器运动参数测量提供了一种新颖、廉价、精确、便捷、实用的技术方法。

主权项

飞行器运动参数测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1】搭建测试系统，并建立坐标系：测试系统包括：在飞行器运动轨迹地面投影线附近布设的13个测点、无线数据汇集处理单元；坐标系：以测试现场任意指定点为坐标原点的三维空间正交坐标系；每个测点设置一个传声器，每个测点还包括与传声器配套的数据采集单元、存储单元、GPS、无线传输设备以及微处理器单元，所述数据采集单元用于对来自传声器的模拟信号进行采样和量化得到数字信号；所述存储单元用于接收数字信号并进行暂时存放；所述微处理器单元用于从存储单元中的数据判断出激波到达时刻值，并通过无线传输设备把该时刻值传送到无线数据汇集处理单元；各个测点通过GPS实现整个测试系统的时间统一；2】用全站仪测量和标定出各测点传声器在坐标系中的空间坐标：3】利用各个测点测量并记录的飞行器所产生激波到达各个传声器的时刻：把最先接收到激波信号的测点命名为测点0，其坐标为：计算其它测点与测点0之间的激波到达时间差，3.1】预估任意一组具有4个三维矢量的运动参数：与对应的飞行器所产生激波的迸发点坐标该迸发点瞬时弹速该点瞬时加速度该点加速度的瞬时变化率将这12个值作为搜索的起点；3.1.1】计算点处的运动激波锥面半角θ0，v0=v0x2+v0y2+v0z2]]>其中vS为当地声速；3.1.2】计算点处的速度矢量线与A0、C0连线的夹角φ0，速度矢量线的直线方程：x-xA0v0x=y-yA0v0y=z-zA0v0z]]>A0C0连线的直线方程：x-xA0xC0-xA0=y-yA0yC0-yA0=z-zA0zC0-zA0]]>上述两直线之间夹角φ0的计算公式为：φ0=cos-1v0x(xC0-xA0)+v0y(yC0-yA0)+v0z(zC0-zA0)v0x2+v0y2+v0z2·(xC0-xA0)2+(yC0-yA0)2+(zC0-zA0)2]]>3.1.3】通过无线数据汇集处理单元设定阈值δ，如果|φ0‑(90°‑θ0)|＞δ，则调整和的取值，使得|φ0‑(90°‑θ0)|≤δ即可；3.2】任意设定步长Δt，式中是飞行器到达的时刻；式中依次搜索和xAi=xA0+v0xTA0Ai+12!a0xTA0Ai2+13!b0xTA0Ai3yAi=yA0+v0yTA0Ai+12!a0yTA0Ai2+13!b0yTA0Ai3zAi=zA0+v0zTA0Ai+12!a0zTA0Ai2+13!b0zTA0Ai3,i=1,2,...,12]]>vix=v0x+a0xTA0Ai+12b0xTA0Ai2viy=v0y+a0yTA0Ai+12b0yTA0Ai2viz=v0z+a0zTA0Ai+12b0zTA0Ai2,i=1,2,...,12]]>3.2.1】计算点处的运动激波锥面半角θi，vi=vix2+viy2+viz2]]>其中vS为当地声速；3.2.2】计算点处的速度矢量线与Ai、Ci连线的夹角φi，速度矢量线的直线方程：x-xAivix=y-yAiviy=z-zAiviz]]>AiCi,i＝1,2,…,12连线的直线方程：x-xAixCi-xAi=y-yAiyCi-yAi=z-zAizCi-zAi]]>上述两直线之间夹角φi的计算公式为：φi=cos-1vix(xCi-xAi)+viy(yCi-yAi)+viz(zCi-zAi)vix2+viy2+viz2·(xCi-xAi)2+(yCi-yAi)2+(zCi-zAi)2;]]>3.3】如果|φi‑(90°‑θi)|＞δ，则重复第3.2】步，改变继续搜索和直到|φi‑(90°‑θi)|≤δ即可；4】定义函数Q为：Q=Σi=112(TC0Ci-tC0Ci)2]]>其中在第3.2】步得到，TAiCi=1vS·(xAi-xCi)2+(yAi-yCi)2+(zAi)2,i=1,2,...,12]]>TA0C0=1vS·(xA0-xC0)2+(yA0-yC0)2+(zA0)2]]>5】飞行器运动参数搜索范围自适应调整：5.1】搜索起点的其它值不变，仅改变以δx＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，5＜n＜500；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.2】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或α＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.2】的条件；5.2】搜索起点的其它值不变，仅改变以δy＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.1】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.3】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或β＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.3】的条件；5.3】搜索起点的其它值不变，仅改变以δz＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.2】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.4】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或γ＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.4】的条件；5.4】搜索起点的其它值不变，仅改变以δvx＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.3】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.5】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或ε＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.5】的条件；5.5】搜索起点的其它值不变，仅改变以δvy＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.4】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.6】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或ξ＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.6】的条件；5.6】搜索起点的其它值不变，仅改变以δvz＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.5】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.7】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或η＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.7】的条件；5.7】搜索起点的其它值不变，仅改变以δax＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.6】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.8】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或ρ＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.8】的条件；5.8】搜索起点的其它值不变，仅改变以为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.7】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.9】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或σ＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.9】的条件；5.9】搜索起点的其它值不变，仅改变以δaz＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.8】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.10】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或τ＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.10】的条件；5.10】搜索起点的其它值不变，仅改变以δbx＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.9】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.11】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或d＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.11】的条件；5.11】搜索起点的其它值不变，仅改变以δby＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时都先执行步骤5.10】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤5.12】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或e＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到符合转到执行步骤5.12】的条件；5.12】搜索起点的其它值不变，仅改变以δbz＞0为步长，其变化范围设定为进行n步搜索，每一步搜索时先执行步骤5.11】；如果函数Q的极小值Qmin取在则执行步骤6】；如果函数Q的极小值Qmin取在了设定范围的两端，即或f＝n，则改变的起始搜索点为或重复本步骤，直到函数Q的极小值Qmin取在6】将输出，飞行器运动参数随时间变化的计算公式为：bx(t)=b0xby(t)=b0ybz(t)=b0z.]]>