針對機動目標的視線角速率估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種視線角速率估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在制導技術(shù)領(lǐng)域，目標的持續(xù)機動在很大程度上增加了視線角速率高精度提取的 難度，現(xiàn)有的視線角速率提取方法不能滿足攔截導彈或攔截器直接碰撞目標的精確制導要 求，必須研究與目標機動條件相適應(yīng)的新的高精度視線角速率提取方法。
[0003] 近些年來，為了降低其成本，提高其可靠性，精確制導武器越來越多地采用小型捷 聯(lián)或半捷聯(lián)導引頭，運種導引頭的特點是可W測量目標一導彈之間的相對視線角，如果是 主動式導引頭還可W距離信息，但捷聯(lián)或半捷聯(lián)導引頭不能直接輸出實際制導律需要的視 線角速率信息。
[0004] 現(xiàn)有的視線角速率估計方法均是針對非機動目標的，在對付機動目標時視線角速 率提取精度有限。所W針對安裝捷聯(lián)或半捷聯(lián)導引頭的導彈攔截機動目標運一應(yīng)用背景， 目前還沒有一種行之有效的視線角速率高精度提取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的針對非機動目標的視線角速率估計方法提取機動目標視 線角速率的精度有限的問題，進而提出了一種?？卺槍萋?lián)或半捷聯(lián)導引頭和機動目標的 視線角速率高精度Kalman濾波方法。
[0006] 針對機動目標的視線角速率估計方法，包括下述步驟：
[0007] 步驟一、測算目標一導彈相對距離R和目標一導彈相對速度R;
[000引步驟二、測算導彈加速度在視線坐標系0' Χ4Υ4Ζ4的0' Y4和0' Z4軸方向上的分量3ε和 日e;
[0009] 步驟Ξ、估計目標加速度在視線坐標系0' Χ4Υ4Ζ4的0' Y4和0' Z4軸方向上的分量ate 和 ate;
[0010] 步驟四、計算出視線俯仰角qs和視線偏航角qe;
[0011] 步驟五、將目標一導彈相對距離R和目標一導彈相對速度R，導彈加速度分量ae和 ae，目標加速度估計結(jié)果ate和ateW及視線俯仰角和視線偏航角計算結(jié)果qe和qe分別代入到 導彈的俯仰通道視線角速率Kalman濾波器和偏航通道視線角速率Kalman濾波器中，從而精 確求出目標與導彈之間的視線俯仰角速率和視線偏航角速率。
[0012] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0013] 本發(fā)明將目標加速度估計Kalman濾波器與視線角速率估計Kalman濾波器相結(jié)合， 得到了針對機動目標的捷聯(lián)或半捷聯(lián)導引頭視線角速率估計Kalman濾波器，其精度高于現(xiàn) 有的針對非機動目標的捷聯(lián)或半捷聯(lián)導引頭視線角速率估計Kalman濾波器，精度提高了 0.03Vs。
【附圖說明】
[0014] 圖1為地屯、慣性坐標系、發(fā)射點慣性坐標系和末制導初始視線坐標系關(guān)系示意圖；
[0015] 圖2為末制導初始視線坐標系和視線坐標系關(guān)系示意圖；
[0016] 圖3為導彈的彈體坐標系示意圖；
[0017] 圖4為導彈攔截目標的縱向飛行彈道仿真效果圖；
[0018] 圖5為導彈攔截目標的側(cè)向飛行彈道仿真效果圖；、
[0019] 圖6為目標一導彈視線俯仰角速率仿真效果圖；
[0020] 圖7為目標一導彈視線偏航角速率仿真效果圖；
[0021 ]圖8發(fā)射點慣性坐標系XF軸目標加速度及其估計仿真效果圖；
[0022] 圖9發(fā)射點慣性坐標系yF軸目標加速度及其估計仿真效果圖；
[0023] 圖10發(fā)射點慣性坐標系ZF軸目標加速度及其估計仿真效果圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0024] 一：
[0025] 針對機動目標的視線角速率估計方法，包括下述步驟：
[0026] 步驟一、測算目標一導彈相對距離R和目標一導彈相對速度R;
[0027] 步驟二、測算導彈加速度在視線坐標系c/ Χ4Υ4Ζ4的c/ Y4和c/ Z4軸方向上的分量ae和 日e;
[00%] 步驟Ξ、估計目標加速度在視線坐標系c/ Χ4Υ4Ζ4的c/ y4和c/ Z4軸方向上的分量ate 和 ate;
[0029] 步驟四、計算出視線俯仰角qs和視線偏航角qe;
[0030] 步驟五、將目標一導彈相對距離R和目標一導彈相對速度R，導彈加速度分量ae和 ae，目標加速度估計結(jié)果ate和ateW及視線俯仰角和視線偏航角計算結(jié)果qe和qe分別代入到 導彈的俯仰通道視線角速率Kalman濾波器和偏航通道視線角速率Kalman濾波器中，從而精 確求出目標與導彈之間的視線俯仰角速率和視線偏航角速率。
[0031 ]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1說明本實施方式，
[0032] 本實施方式步驟一所述測算目標一導彈相對距離R和目標一導彈相對速度R的具 體步驟如下；
[0033] 定義地屯、慣性坐標系：地屯、慣性坐標系oixiyizi的原點01位于地屯、上，OUI軸位于 赤道平面內(nèi)，指向某一恒星，OIZI軸指向北極方向，oiyi按右手定則確定；
[0034] 定義發(fā)射點慣性坐標系：設(shè)發(fā)射點慣性坐標系OFXFyFZF在導彈發(fā)射瞬間相對于地 屯、慣性坐標系固化不動，它與地屯、慣性坐標系的關(guān)系如圖1所示，發(fā)射點慣性坐標系的原點 為發(fā)射點〇F，〇FyF軸鉛鍵向上，OF祉軸和OFZF軸位于水平面內(nèi)，其指向按需要選取，通常OFXFyF 為射擊平面；
[0035] 見圖1，地屯、慣性坐標系與發(fā)射點慣性坐標系之間的轉(zhuǎn)換取絕于狗)、λ〇和αρΞ個角 度；妍、λ〇和αρ分別是發(fā)射點相對于地屯、慣性坐標系的締度、經(jīng)度和發(fā)射方位角；
[00%]定義末制導初始視線坐標系：圖1中ooxoyozo為末制導初始視線坐標系，〇日位于末制 導初始時刻導彈導引頭回轉(zhuǎn)中屯、上;O0X日為初始視線方向，指向目標為正;ooyo位于包含00X0 的鉛垂面內(nèi)，垂直于00X0,指向上方為正；oozo按照右手定則確定；在整個末制導過程中， ooxoy日Z日坐標系相對于發(fā)射點慣性坐標系0陽FyFZ個化不動;qe日和q郵分別為視線相對于發(fā)射 點慣性坐標系所成的初始視線俯仰角和視線偏航角；
[0037] 導彈在發(fā)射點慣性坐標系的位置為(x、y、z)，其速度在該坐標系中的投影為(Vx、 Vy、Vz )，運些信息由彈上導航系統(tǒng)提供；
[0038] 目標在發(fā)射點慣性坐標系的位置為（xt、yt、zt)，其速度在該坐標系中的投影為 (Vtx、Vty、Vtz)，運些信息由彈上的目標跟蹤濾波器提供；
[0039] 根據(jù) Ax = x-xt，Ay = y-yt，Az = z-zt，AVx=Vx-Vtx，AVy = Vy-Vty，AVz = Vz-Vtz， 計算目標一導彈相對距離
和目標一導彈相對速度
在末制導過程中，始終有R〉〇，度< 0。
[0040] 其他步驟和參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
【具體實施方式】 [0041] Ξ:
[0042] 本實施方式步驟二所述測算導彈加速度在視線坐標系〇/ X4y4Z4的〇/ y4和〇/ Z4軸方 向上的分量ae和ae的具體步驟如下：
[00創(chuàng)定義視線坐標系:視線坐標系c/x4y4Z4原點oM立于導引頭回轉(zhuǎn)中屯、;C/X4軸與當前 時刻目標一導彈視線一致，由導引頭回轉(zhuǎn)中屯、指向目標為正;c/y4軸位于包含C/X4軸的鉛鍵 面內(nèi)，與C/X4軸垂直，指向上方為正;C/Z4軸按右手定則確定;如圖2所示，由末制導初始視線 坐標系轉(zhuǎn)換到視線坐標系定義視線俯仰角qs和視線偏航角qe;
[0044] 定義彈體坐標系；由圖3所示，導彈彈體坐標系oxiyizi的原點0位于導彈質(zhì)屯、上； 0X1軸與彈體縱軸重合，指向頭部為正;oyi軸在彈體縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，垂直0X1軸，指向上方 為正;OZ1軸方向按右手定則確定；
[0045] 導彈上加速度計輸出的加速度召是沿著彈體坐標系oxiyizi投影的，將導彈上加速 度計輸出的加速度α投影到視線坐標系〇/x4y4Z4的〇/y4和〇/Z4軸方向上得到導彈視線坐標 系0' Χ4Υ4Ζ；4的0' Y4和0' Z4軸方向上的加速度ae和ae。
[0046] 其他步驟和參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
【具體實施方式】 [0047] 四：
[004引本實施方式步驟Ξ所述估計目標加速度在視線坐標系0/ X4y4Z4的0/ y4和0/ Z4軸方 向上的分量ate和ate的具體步驟如下：
[0049]步驟3.1、在發(fā)射點慣性坐標系的Ξ個軸上，均用Singer模型來分別描述目標加速 度分量atx、aty和atz:
[0053]其中，λχ、λγ和λζ分別代表發(fā)射點慣性坐標系Ξ個軸方向上目標機動時間常數(shù)的倒 數(shù);Wx、Wy和Wz分別代表Ξ個軸上的零均值高斯白噪聲；％、如和'也表示atx、aty和atz的導 數(shù)，參數(shù)上帶·均表示參數(shù)的導數(shù)；目標加速度分量atx、a巧和atz既包含氣動力產(chǎn)生的加速 度，又包含重力產(chǎn)生的加速度；