旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法，涉及旋轉(zhuǎn)彈姿態(tài)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明包括傳感器單元，所述傳感器單元包含兩軸加速度傳感器；所述加速度傳感器用以測(cè)量垂直敏感軸兩個(gè)方向上的加速度并輸出到處理電路；所述處理電路接收兩軸加速度傳感器輸出的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)算獲得旋轉(zhuǎn)彈在彈道中的航向角角速率、俯仰角角速率。本方法通過(guò)采用加速度傳感器作為航向角和俯仰角角速率測(cè)量的核心測(cè)量器件，有效減小測(cè)量裝置體積，降低成本，能夠適應(yīng)旋轉(zhuǎn)彈彈道各個(gè)階段的特殊環(huán)境，并且不受外界電、磁干擾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)向著局部化，精準(zhǔn)化方向發(fā)展，彈藥的智能和精準(zhǔn)控制成為了一個(gè)重要的研究方向。旋轉(zhuǎn)彈通過(guò)自身旋轉(zhuǎn)以克服由推力偏心，質(zhì)量偏心，氣動(dòng)偏心等引起的彈道散布，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，受到了科研人員的青睞。由于高速旋轉(zhuǎn)彈從出膛、飛行、侵徹等過(guò)程需要經(jīng)歷高沖擊、高動(dòng)態(tài)等極其惡劣極端的物理過(guò)程，使得實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并控制旋轉(zhuǎn)彈的姿態(tài)成為一大難題。
[0003]目前，測(cè)量旋轉(zhuǎn)彈姿態(tài)的方法大體可以分為:1、天體導(dǎo)航法:包含太陽(yáng)方位角遙測(cè)法、星敏器法，該方法受限于時(shí)間、天氣等因素；2、外界輔助導(dǎo)航法:包含GPS測(cè)姿法、基于光電測(cè)量的外側(cè)法，該方法很大程度上依賴(lài)與外界輔助設(shè)備且更新頻率低；3、自主導(dǎo)航法:包含陀螺儀法、地磁傳感器法和加速度計(jì)法，該方法可以不依賴(lài)外界設(shè)備，可以完全自主的，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲得彈體的姿態(tài)信息。其中地磁傳感器法，具有自主導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)，并且其誤差不隨時(shí)間積累等慣性傳感器所不可睥睨的優(yōu)勢(shì)，但是其要求不受電、磁的干擾，很顯然在實(shí)戰(zhàn)中很難滿足；陀螺儀法，在自主導(dǎo)航中的大量的應(yīng)用，但是光學(xué)陀螺，機(jī)械類(lèi)陀螺儀難以滿足旋轉(zhuǎn)彈在出膛、侵徹等過(guò)程的高沖擊的需要，振梁式陀螺儀，MEMS陀螺儀具有抗沖擊的潛能，但是由于旋轉(zhuǎn)彈的高速自旋(1800rad/s)將產(chǎn)生嚴(yán)重的軸間干擾，因此在旋轉(zhuǎn)彈測(cè)姿方面顯得難以勝任；加速度計(jì)法，傳統(tǒng)采用的四加速度計(jì)法、六加速度計(jì)法、十二加速度計(jì)法等，這些方法同等條件下，體積大，成本高。
[0004]由于旋轉(zhuǎn)彈的運(yùn)行時(shí)間較短，橫滾角速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航向角、俯仰角角速率，同時(shí)受測(cè)量技術(shù)手段的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在低精度領(lǐng)域下將航向角、俯仰角角速率變化忽略不計(jì)。而隨著精準(zhǔn)制導(dǎo)需求的增加和傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)航向角、俯仰角角速率實(shí)時(shí)測(cè)量與控制成為一種需要和可能。
[0005]鑒于此，現(xiàn)有的測(cè)量方法還存在進(jìn)一步改進(jìn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種利用正交雙軸加速度傳感器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。該方法將雙軸加速度傳感器的敏感軸垂直于彈體的彈軸方向放置，可以免受彈軸方向的高沖擊的影響，同時(shí)保持對(duì)垂直于彈軸方向平面內(nèi)加速度的測(cè)量，通過(guò)數(shù)據(jù)換算得到旋轉(zhuǎn)彈的航向角、俯仰角角速率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全程、實(shí)時(shí)、無(wú)輻射、高速率的航向角、俯仰角角速率的檢測(cè)與控制。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法，所述方法采用由兩軸加速度傳感器組成的傳感器單元，加速度傳感器敏感軸相互垂直布置在旋轉(zhuǎn)彈上，并與旋轉(zhuǎn)彈旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述兩軸加速度傳感器測(cè)量垂直于旋轉(zhuǎn)彈旋轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)方向上的加速度并輸出到處理電路；所述處理電路接收兩軸加速度傳感器輸出的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)算獲得旋轉(zhuǎn)彈在彈道中的航向角、俯仰角角速率；
[0009]運(yùn)算采用如下公式:
[0010]ωζ = —(α,.+ο/.χ)/2 y[0011 ] ωχ = (αζ + oy-z)j2y
[0012]其中，ωζ是航向角角速率，(^俯仰角角速率士士分別是通過(guò)加速度傳感器獲得的橫向、豎向加速度值，X，Z兩軸加速度傳感器距離敏感軸的距離，Oy是橫滾角角速率，j表示旋轉(zhuǎn)彈的線速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上的角速率都是指的實(shí)時(shí)的角速率。
[0013]本發(fā)明通過(guò)橫軸軸向加速度傳感器、豎軸軸軸加速度傳感器作為核心傳感器，用于測(cè)量橫軸，豎軸方向上的加速度值并輸出到處理電路，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，有效減小航向角、俯仰角角速率測(cè)量裝置體積，降低成本，能夠適應(yīng)旋轉(zhuǎn)彈彈道各個(gè)階段的特殊環(huán)境，并且不受外界電、磁干擾。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0015]圖1本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)框圖；
[0016]圖2本發(fā)明的加速度傳感器位置設(shè)置示意圖。
具體實(shí)施方 式:
[0017]參見(jiàn)附圖1:本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法采用的測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器單元3、處理電路單元5和上位機(jī)顯示單元6。
[0018]所述傳感器單元由兩軸加速度傳感器即橫軸加速度傳感器31、豎軸加速度傳感器32組成，所述兩軸加速度傳感器敏感軸要相互垂直布置，并垂直于旋轉(zhuǎn)彈的縱軸12。所述橫軸和豎軸加速度傳感器31和32在安裝過(guò)程中，需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)加速度傳感器距離縱軸12的距離41和42。
[0019]所述處理電路單元5，所述處理電路5接收兩路加速度傳感器的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)算獲得旋轉(zhuǎn)彈圍繞豎軸13和橫軸11方向的角速率。其由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路AD652SQ、32位浮點(diǎn)運(yùn)算精度數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713B及其相關(guān)電源模塊和通信模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)加速度傳感器數(shù)據(jù)采集、航向角、俯仰角角速率的解算并輸送給上位機(jī)6。
[0020]所述上位機(jī)顯示系統(tǒng)6即為普通的數(shù)字顯示系統(tǒng)。
[0021]所述處理電路單元5采用的航向角、俯仰角角速率解算公式如下:
[0022]ωζ = ~(ax + ar*x)/2y
[0023](O, = (α..+ο^.ζ)/2 y
[0024]其中，ωζ是航向角角速率，ωχ俯仰角角速率，ax、az分別是通過(guò)加速度傳感器獲得的橫向、豎向加速度值，X、z是兩軸加速度傳感器距離縱軸的距離，是橫滾角角速率，7表示旋轉(zhuǎn)彈的線速度。[0025]以上兩個(gè)公式是基于以下理論研究和解算方法而獲得:
[0026]傳統(tǒng)彈丸在空氣阻力作用下，當(dāng)所受合外力不通過(guò)質(zhì)心時(shí)，合外力將導(dǎo)致彈丸翻轉(zhuǎn)。在來(lái)復(fù)線的作用下是彈丸產(chǎn)生高速自旋，產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)使彈丸具有軸向穩(wěn)定性，在一定程度上消除空氣阻力等外力的影響，進(jìn)而增加系統(tǒng)瞄準(zhǔn)和直射距離。旋轉(zhuǎn)彈丸在彈道階段橫滾角角速率是衰減的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用下式得到角速率和時(shí)間關(guān)系:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)彈航向角、俯仰角角速率測(cè)量方法，其特征在于:所述方法采用由兩軸加速度傳感器組成的傳感器單元，所述加速度傳感器的敏感軸相互垂直布置在旋轉(zhuǎn)彈上，并與旋轉(zhuǎn)彈旋轉(zhuǎn)軸即縱軸垂直；所述兩軸加速度傳感器測(cè)量垂直于旋轉(zhuǎn)彈旋轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)方向上的加速度并輸出到處理電路；所述處理電路接收兩軸加速度傳感器輸出的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)算獲得旋轉(zhuǎn)彈在彈道中的航向角角速率和俯仰角角速率； 運(yùn)算采用如下公式:
【文檔編號(hào)】G01P7/00GK103869097SQ201410131373
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】路永樂(lè), 潘英俊, 任春華, 黎蕾蕾, 劉宇, 盧艷, 馮鵬, 李兵, 陳燦 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)