一种三维速度视线坐标系的建立方法及其转换方法技术

本发明专利技术公开了一种三维速度视线坐标系的建立方法，包括以下步骤：S1、根据拦截器M和目标T的初始位置确定视线r；S2、对步骤S1得到的视线r进行单位化，得到视线方向单位矢量e

【技术实现步骤摘要】
一种三维速度视线坐标系的建立方法及其转换方法


[0001]本专利技术属于目标与拦截器的三维机动
，具体涉及一种三维速度视线坐标系的建立方法及其转换方法。

技术介绍

[0002]目标指的是高超声速飞行器，比如美国陆军的AHW、海军的CPS以及空军的“高超声速常规打击武器”HCSW，拦截器为常规型导弹，如俄国的C
‑
500，也可以是专门的拦截高超声速武器，如美国的
″
滑翔破坏者(Glide Breaker)
″
。
[0003]为了实现拦截器对目标更好的拦截，需要对拦截器与目标的相对运动进行研究，目前对拦截器与目标的相对运动大多都是采用地面固定坐标系进行研究，大多数是将三维问题转化到二维视线平面上解决，而且坐标系的建立与目标的速度也有很大关系，在实际的拦截过程中，这对于雷达的要求过高，难以达到其要求，三维机动也仅是在视线平面内的机动，具有很大的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维速度视线坐标系的建立方法及其转换方法。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种三维速度视线坐标系的建立方法，包括以下步骤：
[0006]S1、根据拦截器M和目标T的初始位置确定视线r；
[0007]S2、对步骤S1得到的视线r进行单位化，得到视线方向单位矢量e
r
，视线方向单位矢量e
r
所在的射线，即e
r
轴；
[0008]S3、通过拦截器M的速度VM所在方向和步骤S2得到的e
r
轴建立得到速度视线平面e
r
Me
v
，通过e
r
×
V
M
，并求解，得到e
Ω
轴；
[0009]S4、通过将步骤S2得到的e
r
轴和步骤S3得到的e
Ω
轴叉乘得到e
v
轴；
[0010]S5、以拦截器M的初始点为原点，以e
r
轴作为X轴，以e
v
轴作为Y轴，以e
Ω
轴作为Z轴，即得到三维速度视线坐标系。
[0011]优选的，步骤S1中，所述拦截器M和目标T在地面固定坐标系下的初始位置分别为(x
m
，y
m
，z
m
)，(x
t
，y
t
，z
t
)，通过拦截器M和目标T的初始位置的坐标差，确定得到视线r＝[x
t
‑
x
m
，y
t
‑
y
m
，z
t
‑
z
m
]。
[0012]优选的，步骤S2中，所述视线方向单位矢量e
r
通过下式计算得到：
[0013][0014]其中，|r|为视线r的模向量。
[0015]优选的，步骤S3中，所述速度视线平面e
r
Me
v
中的e
v
轴与e
r
轴垂直，并取与拦截器M
速度同侧方向为正方向，所述拦截器M的速度V
M
＝[V
mx
，V
my
，V
mz
]，且拦截器速度V
M
位于速度视线平面e
r
Me
v
内，令e
vr
＝e
r
×
V
M
，Δx
r
＝x
t
‑
x
m
，Δy
r
＝y
t
‑
y
m
，Δz
r
＝z
t
‑
z
m
，则e
vr
通过下式计算得到：
[0016][0017]由于e
Ω
与e
r
×
V
M
的方向相同，所以单位矢量e
Ω
＝e
vr
/||e
vr
||，单位矢量e
Ω
所在的射线，即e
Ω
轴；
[0018]其中，Δx
r
是目标T相对于拦截器M在x轴方向上的投影长度，即视线r在x轴方向上的投影长度；Δy
r
是目标T相对于拦截器M在y轴方向上的投影长度，即视线r在y轴方向上的投影长度；Δz
r
是目标T相对于拦截器M在z轴方向上的投影长度，即视线r在z轴方向上的投影长度，||e
vr
||为e
vr
的模向量。
[0019]优选的，步骤S4中，令e
Ω
＝[e
Ωx
，e
Ωy
，e
Ωz
]，将e
r
轴和e
Ω
轴叉乘得到e
v
轴，即e
v
通过下式得到：
[0020][0021]优选的，步骤S6中，三维速度视线坐标系的e
r
轴、e
v
轴和e
Ω
轴相互垂直。
[0022]本专利技术的第二个目的是提供一种三维速度视线坐标系的转换方法，包括以下步骤：
[0023]S1、建立地面固定坐标系和三维速度视线坐标系，具体为以东北天坐标系OX1Y1Z1为所述地面固定坐标系，以上面得到的三维速度视线坐标系Me
r
e
v
e
Ω
为三维速度视线坐标系；
[0024]S2、通过测量获得所述地面固定坐标系和三维速度视线坐标系的相对位置关系；
[0025]其中，相对位置关系包含地面固定坐标系相对于所述三维速度视线坐标系的视线方位角、视线高低角和视线滚转角；
[0026]S3、选取目标T的速度，并直接测量出目标T的速度在所述地面固定坐标系的初始坐标值和在所述三维速度视线坐标系中的最终坐标值；
[0027]S4、根据步骤S2获得的所述相对位置关系以及步骤S3获得的所述目标T的速度的初始坐标值和最终坐标值，求取所述地面固定坐标系中任一点的初始坐标值通过坐标旋转后获得对应的最终坐标值的对应关系式；
[0028]S5、测量目标T的任一速度在所述地面固定坐标系中的初始坐标值，并带入步骤S4中得到的对应关系式中，获得目标T的任一速度在所述三维速度视线坐标系中的最终坐标值。
[0029]优选的，步骤S2的具体操作过程为：通过直接测量获得所述地面固定坐标系相对于所述三维速度视线坐标系的视线方位角、视线高低角和视线滚转角；
[0030]其中，视线方位角是指X
′...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据拦截器M和目标T的初始位置确定视线r；S2、对步骤S1得到的视线r进行单位化，得到视线方向单位矢量e
r
，视线方向单位矢量e
r
所在的射线，即e
r
轴；S3、通过拦截器M的速度V
M
所在方向和步骤S2得到的e
r
轴建立得到速度视线平面e
r
Me
v
，通过e
r
×
V
M
，并求解，得到e
Ω
轴；S4、通过将步骤S2得到的e
r
轴和步骤S3得到的e
Ω
轴叉乘得到e
v
轴；S5、以拦截器M的初始点为原点，以e
r
轴作为X轴，以e
v
轴作为Y轴，以e
Ω
轴作为Z轴，即得到三维速度视线坐标系。2.根据权利要求1所述的三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，步骤S1中，所述拦截器M和目标T在地面固定坐标系下的初始位置分别为(x
m
，y
m
，z
m
)，(x
t
，y
t
，z
t
)，通过拦截器M和目标T的初始位置的坐标差，确定得到视线r＝[x
t
‑
x
m
，y
t
‑
y
m
，z
t
‑
z
m
]。3.根据权利要求2所述的三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，步骤S2中，所述视线方向单位矢量e
r
通过下式计算得到：其中，|r|为视线r的模向量。4.根据权利要求1所述的三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，步骤S3中，所述速度视线平面e
r
Me
v
中的e
v
轴与e
r
轴垂直，并取与拦截器M速度同侧方向为正方向，所述拦截器M的速度V
M
＝[V
mx
，V
my
，V
mz
]，且拦截器速度V
M
位于速度视线平面e
r
M
ev
内，令e
vr
＝e
r
×
V
M
，Δx
r
＝x
t
‑
x
m
，Δy
r
＝y
t
‑
y
m
，Δz
r
＝z
t
‑
z
m
，则e
vr
通过下式计算得到：由于e
Ω
与e
vr
的方向相同，所以单位矢量e
Ω
＝e
vr
/||e
vr
||，单位矢量e
Ω
所在的射线，即e
Ω
轴；其中，Δx
r
是目标T相对于拦截器M在x轴方向上的投影长度，即视线r在x轴方向上的投影长度；Δy
r
是目标T相对于拦截器M在y轴方向上的投影长度，即视线r在y轴方向上的投影长度；Δz
r
是目标T相对于拦截器M在z轴方向上的投影长度，即视线r在z轴方向上的投影长度，||e
vr
||为e
vr
的模向量。5.根据权利要求1所述的三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，步骤S4中，令e
Ω
＝[e
Ωx
，e
Ωy
，e
Ωz
]，将e
r
轴和e
Ω
轴叉乘得到e
v
轴，即e
v
通过下式得到：6.根据权利要求1所述的三维速度视线坐标系的建立方法，其特征在于，步骤S6中，三维速度视线坐标系的e
r
轴、e
v
轴和e
Ω
轴相互垂直。
7.一种三维速度视线坐标系的转换方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立地面固定坐标系和三维速度视线坐标系，具体为以东北天坐标系OX1Y1Z1为所述地面固定坐标系，以权利要求6所述的三维速度视线坐标系Me
r
e
v
e
Ω
为三维速度视线坐标系；S2、通过测量获得所述地面固定坐标系和三维速度视线坐标系的相对位置关系；其中，相对位置关系包含地面固定坐标系相对于所述三维速度视线坐标系的视线方位角、视线高低角和视线滚转角；S3、选取目标T的速度，并直接测量出目标T的速度在所述地面固定坐标系的初始坐标值和在所述三维速度视线坐标系中的最终坐标值；S4、根据步骤S2获得的所述相对位置关系以及步骤S3获得的所述目标T的速度的初始坐标值和最终坐标值，求取所述地面固定坐标系中任一点的初始坐标值通过坐标旋转后获得对应的最终坐标值的对应关系式；S5、测量目标T的任一速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦林，李炯，李万礼，叶继坤，周池军，邵雷，赵岩，骆长鑫，李明杰，唐骁，齐强，李旭，姜宝续，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：