一种导弹飞行过程中的旋转测量方法与流程

本发明涉及导弹飞行测量，其涉及一种导弹飞行过程中的旋转测量方法。

背景技术：

1、导弹在飞行过程中，其姿态和旋转状态的精确测量对导航、控制以及打击精度至关重要。传统的姿态测量方法主要依赖于加速度传感器来测量导弹的姿态和角速度，但这些方法存在诸多局限性，难以满足高精度测量的需求。

2、目前现有的旋转测量方法存在以下问题：

3、传统方法多采用加速度传感器来测量导弹的姿态和角速度，但由于加速度传感器容易受到外界环境的影响（如温度、震动），其长期工作容易产生漂移，导致测量误差增大。加速度传感器虽然能提供加速度信息，但在长时间的积分过程中，误差会逐渐积累，影响姿态和位置的准确测量。

4、导弹在飞行过程中，旋转状态的变化较为复杂，单一传感器难以实时、精确地测量旋转角速度和转速，影响导弹的导航和控制性能。加速度传感器在高动态环境中，容易受到噪声和瞬时冲击的影响，导致数据的可靠性下降。

5、在导弹的高动态飞行环境中，融合多种传感器数据需要高效、鲁棒的数据融合算法。传统的加速度传感器数据在处理非线性系统时效果不佳，难以满足高精度测量的需求。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术的问题提出一种导弹飞行过程中的旋转测量方法。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，包括以下步骤：

4、s1、在导弹外部设置多个uwb传感器，每个uwb传感器以非共线的方式布置；

5、s2、在导弹飞行区域内设置多个基站，每个基站以非共线的方式布置；

6、s3、多个基站接收导弹飞行过程中uwb传感器发送的信号，并记录每次信号的飞行时间；

7、s4、根据每个uwb传感器的飞行时间和光速，计算uwb传感器到各基站的距离；

8、s5、根据三角测量法，通过s4中的距离反算uwb传感器的实时位置；

9、s6、根据uwb传感器各位置变化的角度变化计算角速度，由角速度计算得到炮弹转速。

10、进一步的，s1中设置的uwb传感器为3个，s2中设置的基站为3个；

11、s3中从每个uwb传感器获取信号到达基站的飞行时间为；

12、s4中根据公式计算得到每个uwb传感器到基站的距离，其中表示第个传感器到基站的距离，表示光速的已知常量；

13、s5中根据已知的基站位置，，以及uwb传感器到基站的距离，，建立非线性方程组：

14、，根据非线性方程组求解得到导弹位置。

15、进一步的，s6中根据同一导弹相邻位置之间的差值计算得到方向向量，，将方向向量和进行归一化得到单位向量和，，；

16、计算单位向量和的叉积得到旋转轴，；

17、计算单位向量和的夹角余弦值和正弦值，、；

18、根据夹角余弦值和正弦值计算得到实际的旋转角度；

19、根据同一导弹相邻位置之间的时间间隔以及旋转角度计算得到角速度；

20、由角速度计算得到炮弹转速。

21、进一步的，s1中在导弹内部设置惯性测量单元imu，通过惯性测量单元imu采集导弹姿态和角速度数据；

22、采用ghkf滤波器将uwb传感器采集的导弹位置数据与惯性测量单元imu采集的导弹姿态以及角速度数据进行融合处理。

23、进一步的，所述融合处理包括以下步骤：

24、a、初始化状态向量和协方差矩阵；

25、b、使用状态转移模型预测状态向量的变化，同时更新协方差矩阵；

26、c、根据uwb信号更新位置信息，根据imu数据跟新姿态和角速度信息；

27、d、使用更新后的姿态和角速度计算同一导弹相邻位置之间的角度变化和时间间隔；

28、e、由角速度计算得到炮弹转速。

29、本发明的有益效果：

30、（1）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，通过在导弹外部设置非共线的uwb传感器和在飞行区域内布置非共线的基站，记录uwb传感器信号的飞行时间并计算到各基站的距离，通过三角测量法反算出uwb传感器的实时位置，根据位置变化计算角速度和转速，提高了导弹飞行过程中转速测量的精度和实时性，为导弹的导航、姿态控制和精确打击提供了可靠的数据支持；

31、（2）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，通过融合uwb传感器和imu数据，结合高斯-赫尔米特卡尔曼滤波器（ghkf）进行数据融合处理，能够精确计算导弹的实时角速度，在处理非线性系统时比传统卡尔曼滤波器更有效，确保了角速度计算的准确性；

32、（3）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，利用uwb传感器采集的导弹位置数据和imu采集的姿态及角速度数据，进行多源数据融合，显著提升了数据的可靠性和精确度，通过ghkf滤波器，能够有效地融合和处理这些数据，减少了单一传感器数据的不确定性和误差；

33、（4）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，通过计算相邻时间点之间的四元数姿态，获得相对旋转四元数及其轴角，进而计算时间间隔和角速度，保证了对导弹旋转运动的实时跟踪和精确测量；

34、（5）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，使用反正切函数arctan2计算旋转角度，能够准确判断旋转方向和角度，解决了普通反正切函数无法判断象限的问题，确保了角速度和转速计算的准确性；

35、（6）本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，通过计算相邻时间点之间的角度变化和时间间隔，最终得到导弹的转速（rpm），为导弹的导航和控制提供可靠的数据支持，提高了导弹的飞行稳定性和打击精度。

36、为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

37、图1为本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法的流程图；

38、图2为本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法的加速度传感器工作示意图；

39、图3为本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法的终端设备示意图；

40、图4为本发明提出的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法的可读存储介质示意图；

41、图中，200-终端设备、210-存储器、211-ram、212-高速缓存存储器、213-rom、214-程序/实用工具、215-程序模块、220-处理器、230-总线、240-外部设备、250-i/o接口、260-网络适配器、300-程序产品。

技术特征：

1.一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，其特征在于，s1中设置的uwb传感器为3个，s2中设置的基站为3个；

3.根据权利要求1所述的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，其特征在于，s6中根据同一导弹相邻位置之间的差值计算得到方向向量，，将方向向量和进行归一化得到单位向量和，，；

4.根据权利要求1所述的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，其特征在于，s1中在导弹内部设置惯性测量单元imu，通过惯性测量单元imu采集导弹姿态和角速度数据；

5.根据权利要求4所述的一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，其特征在于，所述融合处理包括以下步骤：

技术总结本发明涉及导弹飞行测量技术领域，尤其涉及一种导弹飞行过程中的旋转测量方法，包括以下步骤：在导弹外部设置多个UWB传感器，每个UWB传感器以非共线的方式布置；在导弹飞行区域内设置多个基站，每个基站以非共线的方式布置；多个基站接收导弹飞行过程中UWB传感器发送的信号，并记录每次信号的飞行时间；根据每个UWB传感器的飞行时间和光速，计算UWB传感器到各基站的距离；根据三角测量法，通过S4中的距离反算UWB传感器的实时位置；根据UWB传感器各位置变化的角度变化计算角速度，由角速度计算得到炮弹转速。本发明通过三角测量法反算出UWB传感器的实时位置，根据位置变化计算角速度和转速，提高了导弹飞行过程中转速测量的精度和实时性。技术研发人员：邓象莹,沈秀英受保护的技术使用者：成都感创众合科技合伙企业（有限合伙）技术研发日：技术公布日：2024/9/29