专利摘要

本发明属于制导炮弹姿态测量技术领域，涉及高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法。其目的是解决对地滚转角处理中俯仰对测量精度的干扰。实现本发明的去俯仰干扰的滚转角处理方法的步骤是：步骤1、建立准弹体坐标系、大地坐标系和弹体坐标系及其三个坐标系的关系；步骤2、建立滚转角的对地零位与装订参数的关系；步骤3、90°与-90°的特殊俯仰角对滚转角对地零位解算的影响处理；步骤4、对地零位校准及去俯仰干扰的对地滚转角处理。本发明高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法的优点是解决了制导炮弹的姿态测量仪器的滚转信号处理中由于弹体俯仰角的变化，引起的滚转角处理误差，省去俯仰角仪器测量设备，信息处理简单。

权利要求

1.一种高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法，其特征是处理步骤如下：

步骤1、建立准弹体坐标系、大地坐标系和弹体坐标系及其三个坐标系的关系

准弹体坐标系o₄-x₄y₄z₄为姿态测量仪器的基准坐标系，坐标系的原点o₄在弹的瞬时质心，其中o₄x₄轴与弹体纵轴重合，指向头部为正，o₄y₄轴位于包含弹体纵轴的铅垂面内，且垂直于o₄x₄轴，指向上为正，o₄z₄轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系原点o₄随弹一起运动，o₄x₄、o₄y₄、o₄z₄三轴只随弹一起移动，而不随弹一起转动；

大地坐标系o-xyz，原点o位于发射点，其中ox轴水平指向真北，oy轴位于铅垂面内，且垂直于ox轴，向上为正，oz轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系固定不动；

弹体坐标系o₁-x₁y₁z₁，原点o₁位于弹体质心，其中o₁x₁与弹体纵轴重合，指向头部为正，o₁y₁轴在弹的纵对称面内，垂直于o₁x₁轴，指向上为正，o₁z₁与o₁x₁轴、o₁y₁轴构成右手坐标系，该坐标系与弹体固联，原点o₁、o₁x₁、o₁y₁、o₁z₁三轴既随弹一起移动，又随弹一起转动；

三个坐标系的关系

①大地坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵，

$\left[\begin{array}{c}{B}_{x4}\\ B_{y4}\\ B_{z4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \theta & \sin \theta & 0\\ -\sin \theta & cos\theta & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]·\left[\begin{array}{ccc}cos\psi & 0& -sin\psi \\ 0& 1& 0\\ sin\psi & 0& \cos \psi \end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{B}_x\\ B_y\\ B_z\end{array}\right]---\left(1\right)$

大地坐标系：

B_z4＝B_z1＝H₀sinψ(3)

其中B为地磁场强度，H₀为地磁水平分量，ψ为方位角，θ为俯仰角；

②弹体坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵，

$\left[\begin{array}{c}{B}_{x1}\\ B_{y1}\\ B_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& cos\gamma & -\sin \gamma \\ 0& sin\gamma & \cos \gamma \end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{B}_{x4}\\ B_{y4}\\ B_{z4}\end{array}\right]---\left(4\right)$

$\gamma =\arctan \frac{B_{y1}}{B_{z1}}\pm {\gamma }_0---\left(5\right)$

步骤2、建立滚转角的对地零位与装订参数的关系

在整个飞行过程中，设γ₀为滚转角对地零位

${\gamma }_0=\arccos \frac{B_{z4}}{H_{\max }}=\arccos \frac{H_{0}sin\psi }{\sqrt{{B_{y1}}^2+{B_{z1}}^2}}---\left(6\right)$

步骤3、90°与-90°的特殊俯仰角对滚转角对地零位解算的影响处理

①俯仰点90°的情况，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

$H_{max}=\sqrt{B_{y1}^2+B_{21}^2}=B_1,$

将(7)式代入(6)式

得

而真实滚转角零位γ_0s

由(8)(9)式可得：

γ₀＝γ_0s(10)

②俯仰点-90°的情况，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

则

将(11)式代入(6)式得

由(9)(12)式可知：

γ₀＝-γ_0s(13)

步骤4、对地零位校准及去俯仰干扰的对地滚转角处理

滚转角的对地零位校准公式如下：

γ_0d＝γ₀-90°(15)

可以得到滚转角的处理模型如下：

${\gamma }_d=\arctan \frac{B_{y1}}{B_{z1}}\pm {\gamma }_{0d}---\left(16\right)$

由滚转角的处理模型式(16)得到滚转角。

说明书

技术领域

本发明属于制导炮弹姿态测量技术领域，涉及一种高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法。

背景技术

对于高速旋转制导炮弹的姿态测量，尤其是对地滚转角的测量，目前有人采用地磁技术来完成。例如中国专利文献“弹体滚转指向仪”(申请号200710081186.8)。该专利涉及一种测量滚转飞行的制导炮弹弹体姿态的弹体滚转指向仪，利用地磁完成滚转角向的测量，它解决大过载高速旋转制导炮弹的滚转信息测量，但是它的滚转角处理方法中俯仰角参与运算，也就是在制导炮弹在飞行过程中，必须先获取俯仰角，才能通过该专利给出的处理方法来处理滚转角。在制导炮弹的飞行过程中，俯仰角的变化是非常大的，最大可从90～-90°变化，所以俯仰角必须通过其它仪器测定，然后参与滚转角的处理，这样俯仰角的测量精度会影响滚转角精度，造成比较大的测量误差。

发明内容

本发明的目的是解决在高速旋转制导炮弹对地滚转角处理中俯仰对测量精度的干扰。提出一种新的高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法。

实现本发明的去俯仰干扰的高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法的步骤是：

步骤1、建立准弹体坐标系、大地坐标系和弹体坐标系及其三个坐标系的关系

准弹体坐标系o₄-x₄y₄z₄为姿态测量仪器的基准坐标系，坐标系的原点o₄在弹的瞬时质心，其中o₄x₄轴为与弹体纵轴重合，指向头部为正，o₄y₄轴位于包含弹体纵轴的铅垂面内，且垂直于o₄x₄轴，指向上为正，o₄z₄轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系原点o₄随弹一起运动，o₄x₄、o₄y₄、o₄z₄三轴只随弹一起移动，而不随弹一起转动；

大地坐标系o-xyz，原点o位于发射点，其中以ox轴水平指向真北，oy轴位于铅垂面内，且垂直于ox轴，向上为正，oz轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系固定不动；

弹体坐标系o₁-x₁y₁z₁，原点o₁位于弹体质心，其中o₁x₁为弹体纵轴重合，指向头部为正，o₁y₁轴在弹的纵对称面内，垂直于o₁x₁轴，指向上为正。o₁z₁与o₁x₁轴、o₁y₁轴构成右手坐标系，该坐标系与弹体固联，原点o₁、o₁x₁、o₁y₁、o₁z₁三轴既随弹一起移动，又随弹一起转动；

三个坐标系的关系

①大地坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵(如附图3)，

大地坐标系：

B_z4＝B_z1＝H₀sinψ(3)

其中B为地磁场强度，H₀为地磁水平分量，ψ为方位角， 为俯仰角；

②弹体坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵(如附图4)，

Bx1By1Bz1=1000cosγ-sinγ0sinγcosγ·Bx4By4Bz4---(4)]]>

γ=arctanBy1Bz1±γ0---(5)]]>

步骤2、建立滚转角的对地零位与装订参数的关系

在整个飞行过程中，设γ₀为滚转角对地零位

γ0=arccosBz4Hmax=arccosH0sinψBy12+Bz12---(6)]]>

步骤3、90°与-90°的特殊俯仰角对滚转角对地零位解算的影响处理

①俯仰点90°的情况，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

即最大值指向磁北，

将(7)式代入(6)式

得

而真实滚转角零位γ_0s

由(8)(9)式可得：

γ₀＝γ_0s(10)

②俯仰点-90°的情况，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

则 即最大值指向磁北，

将(11)式代入(6)式得

由(9)(12)式可知：

γ₀＝-γ_0s(13)

步骤4、对地零位校准及去俯仰干扰的对地滚转角处理

滚转角的对地零位校准公式如下：

γ_0d＝γ₀-90(15)

可以得到滚转角的处理模型如下：

γd=arctanBy1Bz1±γ0d---(16)]]>

由滚转角的处理模型式(16)得到滚转角。

本发明高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法的优点：

解决了制导炮弹的姿态测量仪器的滚转信号处理中由于弹体俯仰角的变化，引起的滚转角处理误差，实现了去俯仰干扰滚转角处理方法；

省去俯仰角仪器测量设备，信息处理简单。

附图说明

图1本发明高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法流程图；

图2本发明配置的滚转姿态测量仪器组成框图；

图3本发明基准坐标系与大地坐标系关系图；

图4本发明基准坐标系与弹体坐标系关系图；

图5本发明俯仰90°的姿态坐标系图；

图6本发明俯仰-90°的姿态坐标系图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法作详细描述。图1给出了本发明高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法流程图。

中国专利文献“弹体滚转指向仪”(申请号200710081186.8，见图2)，它由地磁传感器1、模数转换电路2、单片机3组成；所述的地磁传感器1为测量元件，具有三个轴的地磁敏感部件，可以敏感弹体坐标系的三个地磁分量信号，输出模拟信号；所述的模数转换电路2将模拟信号转换为可供单片机计算的数字信号；单片机3从地磁传感器1获取地磁信息、方位角及地磁信号，利用本实施例给出的滚转信息处理方法处理滚转角，实现滚转角的数字输出。

实现本实施例高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法的步骤是：

步骤1、建立准弹体坐标系、大地坐标系和弹体坐标系及其三个坐标系的关系

准弹体坐标系o₄-x₄y₄z₄为姿态测量仪器的基准坐标系，坐标系的原点o₄在弹的瞬时质心，其中o₄x₄轴为与弹体纵轴重合，指向头部为正，o₄y₄轴位于包含弹体纵轴的铅垂面内，且垂直于o₄x₄轴，指向上为正，o₄z₄轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系原点o₄随弹一起运动，o₄x₄、o₄y₄、o₄z₄三轴只随弹一起移动，而不随弹一起转动；

大地坐标系o-xyz，原点o位于发射点，其中以ox轴水平指向真北，oy轴位于铅垂面内，且垂直于ox轴，向上为正，oz轴与其他两轴垂直并构成右手坐标系，该坐标系固定不动；

弹体坐标系o₁-x₁y₁z₁，原点o₁位于弹体质心，其中o₁x₁为弹体纵轴重合，指向头部为正，o₁y₁轴在弹的纵对称面内，垂直于o₁x₁轴，指向上为正。o₁z₁与o₁x₁轴、o₁y₁轴构成右手坐标系，该坐标系与弹体固联，弹体未发射时原点o₁位于弹体质心，也即位于发射点，弹体发射后随弹一起运动，原点o₁、o₁x₁、o₁y₁、o₁z₁三轴既随弹一起移动，又随弹一起转动；

三个坐标系的关系

①大地坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵，

大地坐标系：

BxByBz=H0-H0tanθ10---(2)]]>

B_z4＝B_z1＝H₀sinψ(3)

其中B为地磁场强度，H₀为地磁水平分量，ψ为方位角， 为俯仰角；

②弹体坐标系与准弹体坐标系的转换矩阵(如附图4)，

Bx1By1Bz1=1000cosγ-sinγ0sinγcosγ·Bx4By4Bz4---(4)]]>

γ=arctanBy1Bz1±γ0---(5)]]>

γ为对地滚转角，γ₀为对地滚转角零位(见后面推导)

步骤2、建立滚转角的对地零位与装订参数的关系

在整个飞行过程中，o₄z₄轴的所敏感的地磁分量是不变的，是不随弹道俯仰角的变化，故当o₁z₁轴与o₄z₄轴重合的时候，作为所测滚转角的对地零位；

设γ₀为滚转角对地零位，如附图4可以得：

γ0=arccosBz4Hmax=arccosH0sinψBy12+Bz12---(6)]]>

该零位中只跟地磁水平分量及方位角有关系，与俯仰角没有关系；

步骤3、90°与-90°的特殊俯仰角对滚转角对地零位解算的影响处理

考察特殊俯仰角90°与-90°时滚转角的处理方法，

①俯仰点90°的情况，也就是弹头指天的情况(如附图5)，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

即最大值指向磁北，

将(7)式代入(6)式

得

而真实滚转角零位γ_0s

由(8)(9)式可得：

γ₀＝γ_0s(10)

由(10)式可得：所求滚转角零位与实际零位相等，故说明本处理方法所对应的滚转角俯仰角在90°的时候，对滚转角对地零位没有影响，无需处理。

②俯仰点-90°的情况，也就是弹头指地的情况(如附图6)，

以o₄z₄轴为滚转角零位，弹体顺时针旋转0°，则

则 即最大值指向磁北；

将(11)式代入(6)式得

由(9)(12)式可知：

γ₀＝-γ_0s(13)

由(14)式可得：所求滚转角零位与实际零位数值相等，但极性相反。故本处理方法对俯仰角在-90°的时候，对滚转角对地零位进行相应的极性判断处理；

由上述可知：特殊俯仰角不会影响对地滚转角零位的数值，只能改变极性；

步骤4、对地零位校准及去俯仰干扰的对地滚转角处理

该滚转角的对地零位是水平的，必须进行零位校准，校准公式如下：

γ_0d＝γ₀-90(15)

可以得到滚转角的处理模型如下：

γd=arctanBy1Bz1±γ0d---(16)]]>

由滚转角的处理模型式(16)得到滚转角。

由(11)式可以看出，俯仰角没有参与上述模型公式的运算。

综上所述，只要确定基准坐标系，装订地磁参数和方位角，从而确定滚转角零位，最后通过滚转角的处理模型就可以得到滚转角。

高速旋转制导炮弹滚转信息的处理方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。