【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及制導炮彈導航領域，具體涉及一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法及系統。
技術介紹
1、制導炮彈是一種典型的精確制導飛行器，為了簡化作戰流程提高快速性，也為了提高彈上電子部件的抗發射過載能力，制導炮彈通常設計成無方位裝填和發射后上電的工作模式。在此模式下，彈上姿態測量系統是沒有初始基準的，因而要求姿態測量系統具備在空中初始對準的能力。由于制導炮彈在空中飛行時，其姿態、位置持續變化，要實現高精度的初始對準，滾轉角測量是制導炮彈的技術難點之一；地磁場廣泛分布于海洋、陸地、近地空間以及高空，是地磁導航的天然物理場；地磁導航在中國古代就已經被應用于導航系統，人們通過地磁場指北的特點來確定航向；因此地磁場可以為制導炮彈的空中對準提供基準。
2、由于地磁場傳感器安裝在制導炮彈內部，因此地磁場傳感器的量測值會受到制導炮彈彈體上的鐵磁材料干擾，盡管在地面可以對傳感器進行校準，但仍有一些剩余誤差無法被完全校準，最終導致初始對準結果產生較大偏差，甚至無法實現滾轉角測量。尤其是制導炮彈的飛行速度較快，短時間內炮彈飛行的距離較遠，因此炮彈在對準過程中地磁背景場的變化量會影響制導炮彈的對準精度。
3、因此，需要提供一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法及系統以解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法及系統，以解決現有的由于地磁場傳感器安裝在制導炮彈內部，因此地磁場傳感器的量測值會受到制導炮彈彈體上的鐵磁材料干擾，盡管在
2、本專利技術的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法采用如下技術方案：包括：
3、以制導炮彈的質心為原點，分別以東-北-天方向為坐標軸方向構建導航坐標系，以北-東-地方向為坐標軸方向構建地磁主磁場坐標系，以制導炮彈的右向、正前方以及正上方構建載體坐標系；
4、獲取地磁主磁場坐標系與導航坐標系的第一轉換矩陣，并獲取導航坐標系和載體坐標系的第二轉換矩陣；
5、根據地磁場模型獲取制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下的地磁場理論值；
6、根據制導炮彈在導航坐標系下的三個坐標軸方向的速度，獲取制導炮彈的航向角和俯仰角；
7、根據第二轉換矩陣、第一轉換矩陣以及制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下地磁場理論值，獲取第一測量點和第二測量點處的量測值，其中，炮彈在第二測量點的滾轉角相對于第一測量點的滾轉角的變化量為180度；
8、根據第一測量點和第二測量點處的量測值在載體坐標系下的投影值，以及第一測量點和第二測量點處對應的地磁場理論值在載體坐標系的地磁場投影值，獲取制導炮彈的滾轉角。
9、優選地，構建載體坐標系的步驟包括：載體坐標系的y軸為沿飛行器的縱軸指向飛行器頭部，x軸為在飛行器的縱對稱面內垂直于y軸指向右，z軸與x軸、y軸構成右手直角坐標系。
10、優選地，第二轉換矩陣的表達式為：
11、
12、式中，表示第二轉換矩陣；
13、表示載體坐標系相對于導航坐標系的俯仰角；
14、表示載體坐標系相對于導航坐標系的滾轉角；
15、表示載體坐標系相對于導航坐標系的航向角。
16、優選地，獲取制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下地磁場理論值的步驟為：
17、根據地磁場模型獲取地磁主磁場坐標系的三個坐標軸方向的地磁場分量；
18、將地磁主磁場坐標系的三個坐標軸方向的地磁場分量轉化為橢球坐標系下的地磁場分量；
19、橢球坐標系下的地磁場分量記為制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下地磁場理論值。
20、優選地，地磁主磁場坐標系下的三個坐標軸方向的地磁場分量的表達式為：
21、
22、式中，表示坐標在地磁主磁場坐標系下的北向的地磁場分量；
23、表示坐標在地磁主磁場坐標系下的東向的地磁場分量；
24、表示坐標在地磁主磁場坐標系下的地向的地磁場分量；
25、表示 t時刻的地磁場第一高斯球諧系數；
26、表示 t時刻的地磁場第二高斯球諧系數；
27、表示施密特半歸一化聯合勒讓德函數；
28、表示地球平均半徑；
29、表示高斯系數的次數；
30、表示高斯系數的階數；
31、表示坐標的經度；
32、表示坐標的地心緯度；
33、表示坐標的距地心的高度。
34、優選地，制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下地磁場理論值的步驟為：
35、
36、式中；表示制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系的z軸方向的地磁場理論值；
37、表示制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系的y軸方向的地磁場理論值；
38、表示制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系的x軸方向的地磁場理論值；
39、表示地磁主磁場坐標系下的x坐標軸方向的地磁場分量；
40、表示地磁主磁場坐標系下的y坐標軸方向的地磁場分量；
41、表示地磁主磁場坐標系下的z坐標軸方向的地磁場分量；
42、表示地心緯度與地理緯度的差值； θ= φ′ φ。
43、優選地，獲取制導炮彈的航向角和俯仰角的步驟包括：
44、
45、
46、式中，表示制導炮彈的俯仰角；
47、表示制導炮彈的航向角；
48、 vu表示制導炮彈在導航坐標系的天向方向的速度；
49、 ve表示制導炮彈在導航坐標系的東向方向的速度；
50、 vn表示制導炮彈在導航坐標系的北向方向的速度。
51、優選地，獲取第一測量點和第二測量點處的量測值的步驟為：
52、
53、
54、式中，表示第一測量點a的量測值；
55、表示第二測量點b的量測值；
56、表示誤差矩陣，在地面標定良好的條件下其為單位矩陣；
57、表示制導炮彈在a測量點時導航坐標系與載體坐標系之間的第二轉換矩陣；
58、表示在b測量點處時導航坐標系與載體坐標系之間的第二轉換矩陣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，構建載體坐標系的步驟包括：載體坐標系的y軸為沿飛行器的縱軸指向飛行器頭部，x軸為在飛行器的縱對稱面內垂直于y軸指向右，z軸與x軸、y軸構成右手直角坐標系。
3.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，第二轉換矩陣的表達式為：
4.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，地磁主磁場坐標系下的三個坐標軸方向的地磁場分量的表達式為：
6.根據權利要求4所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，制導炮彈的測量點在地磁主磁場坐標系下地磁場理論值的步驟為：
7.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，獲取制導炮彈的航向角和俯仰角的步驟包括：
8.根據權利要求1所述的一種基
9.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，制導炮彈的滾轉角的表達式為：
10.一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，構建載體坐標系的步驟包括：載體坐標系的y軸為沿飛行器的縱軸指向飛行器頭部，x軸為在飛行器的縱對稱面內垂直于y軸指向右，z軸與x軸、y軸構成右手直角坐標系。
3.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，第二轉換矩陣的表達式為：
4.根據權利要求1所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的一種基于地磁傳感器的制導炮彈空中對準方法，其特征在于，地磁主磁場坐標系下的三個坐標軸方向...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳凱，梁文超，冉志強，李雙杰，楊濤，房佳豪，曾誠之，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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