一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法

本发明涉及制导炮弹，更具体的说是涉及一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法。

背景技术：

1、制导炮弹是一种先进的弹药系统，它能够在发射后利用自身的制导系统，通过火箭助推、滑翔增程以及复合增程等手段，精确地自行寻找并攻击预定目标。制导炮弹的设计使得火炮平台具备了远程打击能力，其已成为现代战争中实现精确打击的重要组成部分。

2、与传统战术导弹相比，制导炮弹的精准控制更加依赖制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据。即制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的获取速度、精度直接关系到制导炮弹的打击精度和整体作战效能。

3、目前，一般采用对陀螺仪进行积分解算获取制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据，该方法没有融合加速度计和磁力计的信息，其不仅无法彻底消除陀螺仪的测量误差，且计算量大，进而制约了获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的精度和速度。

4、因此，如何提供一种可以快速、准确获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法。其可以快速、准确的获取制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，包括以下步骤：

4、s1：获取制导炮弹的测量角速度数据、测量加速度数据和测量磁力数据；

5、将所述测量角速度数据、所述测量加速度数据和所述测量磁力数据进行归一化，获得标准角速度数据、标准加速度数据和标准磁力数据；

6、s2：基于制导炮弹飞行的姿态运动学设计有限时间互补滤波器；

7、s3：将所述标准角速度数据、所述标准加速度数据和所述标准磁力数据输入至所述有限时间互补滤波器，获得角速度测量偏差估计值、加速度估计值和磁力估计值；

8、s4：基于所述角速度测量偏差估计值、所述加速度估计值和所述磁力估计值解算得到制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据。

9、优选的，所述测量角速度数据的归一化公式为：

10、

11、其中，ωg为所述标准角速度数据；ωx，ωy，ωz依次为ωg在x、y、z三个方向的分量；vg为所述测量角速度数据；vx，vy，vz依次为vg在x、y、z三个方向的分量；||vg||表示vg的二范数。

12、优选的，所述测量加速度数据的归一化公式为：

13、

14、其中，ag为所述标准加速度数据；ax，ay，az依次为ag在x、y、z三个方向的分量；ng为所述测量加速度数据；nx，ny，nz依次为ng在x、y、z三个方向的分量；||ng||表示ng的二范数。

15、优选的，所述测量磁力数据的归一化公式为：

16、

17、其中，mg为所述标准磁力数据；mx，my，mz依次为mg在x、y、z三个方向的分量；cg为所述测量磁力数据；cx，cy，cz依次为cg在x、y、z三个方向的分量；||cg||表示cg的二范数。

18、优选的，所述有限时间互补滤波器的表达式为：

19、

20、

21、

22、其中，ωg为所述标准角速度数据；ag为所述标准加速度数据；ax，ay，az依次为ag在x、y、z三个方向的分量；mg为所述标准磁力数据；mx，my，mz依次为mg在x、y、z三个方向的分量；为所述角速度测量偏差估计值；为所述加速度估计值；为所述磁力估计值；为对时间的导数；为对时间的导数；为对时间的导数；k1是常数且满足k1＞0；k2是常数且满足k2＞0；α1是常数且满足1/2＜α1＜1；α2是常数且满足α2＝2α1-1；sig代表符号函数；代表的α1次方；代表的α1次方；代表的α2次方；代表的α2次方。

23、优选的，s4具体包括：

24、s41：基于所述角速度测量偏差估计值解算得到制导炮弹的实时角速度数据；

25、s42：基于所述加速度估计值解算得到制导炮弹的实时俯仰角数据和实时滚转角数据；

26、s43：基于所述实时俯仰角数据、所述实时滚转角数据以及所述磁力估计值解算得到制导炮弹的实时偏航角数据。

27、优选的，所述实时角速度数据的解算公式为：

28、

29、其中，为所述实时角速度数据；为依次在x、y、z三个方向的分量；ωg为所述标准角速度数据；为所述角速度测量偏差估计值。

30、优选的，所述实时俯仰角数据和所述实时滚转角数据的解算公式为：

31、

32、其中，θ为所述实时俯仰角数据，φ为所述实时滚转角数据；依次为在x、y、z三个方向的分量；为所述加速度估计值。

33、优选的，所述实时偏航角数据的解算公式为：

34、

35、其中，ψ为所述实时偏航角数据，依次为在x、y、z三个方向的分量；为所述磁力估计值；θ为所述实时俯仰角数据；φ为所述实时滚转角数据。

36、优选的，所述测量角速度数据由三轴陀螺仪测量获得；所述测量加速度数据由三轴加速度计测量获得；所述测量磁力数据由三轴磁力计测量获得；所述三轴陀螺仪、所述三轴加速度计和所述三轴磁力计均安装在制导炮弹上。

37、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其不仅可以快速、准确的获取制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据，还对测量噪声干扰具有很强的鲁棒性。

技术特征：

1.一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于：所述有限时间互补滤波器的表达式为：

6.根据权利要求1或5所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，s4具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，所述实时角速度数据的解算公式为：

8.根据权利要求6所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，所述实时俯仰角数据和所述实时滚转角数据的解算公式为：

9.根据权利要求8所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，所述实时偏航角数据的解算公式为：

10.根据权利要求1所述的一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，其特征在于，所述测量角速度数据由三轴陀螺仪测量获得；所述测量加速度数据由三轴加速度计测量获得；所述测量磁力数据由三轴磁力计测量获得；所述三轴陀螺仪、所述三轴加速度计和所述三轴磁力计均安装在制导炮弹上。

技术总结本发明公开了一种获取制导炮弹实时姿态数据和实时角速度数据的方法，包括以下步骤：获取制导炮弹的测量角速度数据、测量加速度数据和测量磁力数据；将测量角速度数据、测量加速度数据和测量磁力数据进行归一化，获得标准角速度数据、标准加速度数据和标准磁力数据；基于制导炮弹飞行的姿态运动学设计有限时间互补滤波器；将标准角速度数据、标准加速度数据和标准磁力数据输入至有限时间互补滤波器，获得角速度测量偏差估计值、加速度估计值和磁力估计值；基于角速度测量偏差估计值、加速度估计值和磁力估计值解算得到制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据。本发明可以快速、准确的获取制导炮弹的实时姿态数据和实时角速度数据。技术研发人员：温广辉,伊枭剑,王利楠,赵丹,胡子晅,杨一帆受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27