适用于高速旋转弹体炮口初始姿态的测量方法技术

本发明专利技术涉及高速旋转弹体炮口初始姿态测量技术，具体是一种基于三轴MEMS加速度计和两个非正交布阵MEMS陀螺仪的高速旋转弹体炮口初始姿态测量方法，解决了高旋弹体轴向高过载、大角速度的高精度测量问题。一种适用于高速旋转弹体炮口初始姿态的测量方法，包括如下步骤：（Ⅰ）建立火炮发射坐标系为参考坐标系，弹体在炮筒内的发射点设为参考坐标系的原点，炮筒置于参考坐标系的XnOYn平面内；建立弹体坐标系，其中弹心设为弹体坐标系的原点，轴沿弹体轴向方向；则弹体从发射到炮口整个过程中，弹体的偏航角为零、俯仰角不变。本发明专利技术设计合理，利用两个高精度、小量程的陀螺仪解决了弹体弹轴角速率测量时量程与精度矛盾的测量难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速旋转弹体炮口初始姿态测量技术，具体是一种基于三轴MEMS加速度计和两个非正交布阵MEMS陀螺仪的高速旋转弹体炮口初始姿态测量方法。
技术介绍
常规弹药制导化、灵巧化改造是国内外精确打击武器的发展方向，弹体飞行过程中姿态角的实时精确测量是实现其精确控制飞行的关键前提。受常规弹药的高速旋转、高冲击、小体积等应用环境的限制，所选用的导航系统必须满足抗高过载、小体积、量程与精度合适、低成本等需求。特别是针对旋转速度达30转/秒的高速旋转弹体，弹轴角速率达10800° /s，但是目前还没有量程与精度能够同时满足直接测量弹轴角速率的高精度陀螺仪，轴向的高旋转使得现有的惯性测量方法无法实现弹轴向大角速度高精度的测量，从而影响了惯导炮口初始姿态的准确获取，而初始姿态的准确性将影响高旋弹体全弹道三维姿态、速度和位置的解算精度，直接关系到弹丸的打击精度和首发炮弹的命中率。此外，弹体发射瞬间产生的轴向高过载也容易影响陀螺仪测试性能或陀螺仪瞬间饱和，甚至损坏器件。因此，解决高旋弹体轴向高过载、大角速度的高精度测量问题，是实现高速旋转弹体炮口初始姿态准确获取的关键，也是当前常规弹药制导化、灵巧化改造急需解决的测量难题。针对上述难题，有必要专利技术一种适用于高速旋转弹体炮口初始姿态测量方法，实现高速旋转弹体初始姿态参数的准确测量。
技术实现思路
本专利技术为了解决高旋弹体轴向高过载、大角速度的高精度测量问题，提供了一种。本专利技术是采用如下技术方案实现的:一种，包括如下步骤:(I)建立火炮发射坐标系O-XnYnZn为参考坐标系，弹体在炮筒内的发射点设为参考坐标系的原点，炮筒置于参考坐标系的XnOYn平面内；建立弹体坐标系O-XbYbZb,其中弹心设为弹体坐标系的原点，OXb轴沿弹体轴线方向；则弹体从发射到炮口整个过程中，弹体的偏航角炉为零、俯仰角Θ不变。(II)采用两个非正交布阵单轴MEMS陀螺仪Gy、Gv、三轴MEMS加速度计A和相应的电子线路组成弹体姿态测量系统(本领域技术人员均知道如何连接此相应的电子线路，属公知技术)，安装方式如下:三轴MEMS加速度计A安装在弹体上、且其敏感方向分别对应弹体坐标系的Xb、Yb和Zb各坐标轴；陀螺仪Gy安装在弹体坐标系的OYb轴、且其敏感方向与OYb轴一致，陀螺仪Gv安装在弹体坐标系的OVb轴、且其敏感方向与OVb轴一致，所述OVb轴在XbOYb平面内、且其与OXb轴的夹角为α角，所述α角大小由陀螺仪Gy、Gv的量程及设定的弹体轴向角速度的量程具体确定；(III)弹体在发射前，由三轴加速度计A的输出值完成弹体的初始俯仰角Θ 0和初始横滚角Y ο计算，计算公式如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于高速旋转弹体炮口初始姿态的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：（Ⅰ）建立火炮发射坐标系O?XnYnZn为参考坐标系，弹体在炮筒内的发射点设为参考坐标系的原点，炮筒置于参考坐标系的XnOYn平面内；建立弹体坐标系O?XbYbZb，其中弹心设为弹体坐标系的原点，OXb轴沿弹体轴线方向；则弹体从发射到炮口整个过程中，弹体的偏航角为零、俯仰角θ不变；（Ⅱ）采用两个非正交布阵单轴MEMS陀螺仪Gy、Gv、三轴MEMS加速度计A和相应的电子线路组成弹体姿态测量系统，安装方式如下：三轴MEMS加速度计A安装在弹体上、且其敏感方向分别对应弹体坐标系的Xb、Yb和Zb各坐标轴；陀螺仪Gy安装在弹体坐标系的OYb轴、且其敏感方向与OYb轴一致，陀螺仪Gv安装在弹体坐标系的OVb轴、且其敏感方向与OVb轴一致，所述OVb轴在XbOYb平面内、且其与OXb轴的夹角为α角，所述α角大小由陀螺仪Gy、Gv的量程及设定的弹体轴向角速度的量程具体确定；（Ⅲ）弹体在发射前，由三轴加速度计A的输出值完成弹体的初始俯仰角θ0和初始横滚角γ0计算，计算公式如下：θ0=arcsin(Ax(Ax)2+(Ay)2+(Az)2)γ0=arctan(-AyAz)---(1)式（1）中：Ax、Ay和Az为三轴MEMS加速度计A的各轴输出值；（Ⅳ）利用非正交捷联安装的两个陀螺仪Gy、Gv输出值完成弹 体从发射到出炮口前的轴向角速度计算：设弹体轴向角速度为ωx，弹体径向角速度ωy由陀螺仪Gy测出，vb轴在XbOYb平面内与OXb轴的夹角为α角已知，弹体vb轴向的角速度ωv由陀螺仪Gv测出，由矢量三角函数关系可以推导出角速度ωx、ωy、ωv之间的关系式（2）如下所示：ωv=ωxcos(α)+ωysin(α)ωx=ωv-ωysin(α)cos(α)---(2)即解算出弹体出炮前的轴向角速度ωx；（Ⅴ）解算弹体在炮口时的横滚角γ：横滚角γ的计算公式（3）如下：γ=γ0+∫0tωxdt---(3)式（3）中：积分上限t为测量出的弹体从发射到炮口所经历的时间；（Ⅵ）弹体到达炮口时的初始姿态解算完成，即偏航角为零、俯仰角θ=θ0，横滚角γ由式（3）算出。FDA0000264785261.jpg,FDA0000264785265.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种适用于高速旋转弹体炮口初始姿态的测量方法，其特征在于:包括如下步骤: (I )建立火炮发射坐标系O-XnYnZn为参考坐标系，弹体在炮筒内的发射点设为参考坐标系的原点，炮筒置于参考坐标系的XnOYn平面内；建立弹体坐标系O-XbYbZb,其中弹心设为弹体坐标系的原点，OXb轴沿弹体轴线方向；则弹体从发射到炮口整个过程中，弹体的偏航角炉为零、俯仰角Θ不变； (II )采用两个非正交布阵单轴MEMS陀螺仪Gy、Gv、三轴MEMS加速度计A和相应的电子线路组成弹体姿态测量系统，安装方式如下:三轴MEMS加速度计A安装在弹体上、且其敏感方向分别对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓明，刘俊，李杰，石云波，唐军，龙达峰，赵鑫炉，白渚铨，王宇，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：