CN101813440B - 定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向型焰火弹的滚转角检测方法极其检测装置，在进行检测时先确定并输入焰火弹发射的相关信息，然后计算当地的磁倾角和磁偏角，接着计算相对上方的基准角和起爆相位，并将起爆相位装定到焰火弹上后装弹发射；焰火弹发射后，弹载部分开始工作，磁探测电路检测地磁信号，并且计算地磁信号的相位；最后计算起爆方位的偏差，并将偏差信号连续输出给姿态控制装置，当方位偏差为0时，即为所需要的起爆方位。检测装置包括地面部分和弹载部分两部分。本发明的检测方法中无须积分即可直接检测起爆方位的偏差，无累积误差；检测装置体积小，电路简单，成本低，具有很强的抗冲击性能。

Description

定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于焰火弹的检测技术，特别是一种定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置。

背景技术

随着焰火技术的发展，各种新型焰火弹不断涌现，其中定向型焰火弹需要在给定的滚转姿态下作用，才能给出所需的特殊效果。传统导弹的姿态检测与控制虽然很成熟，但其姿态检测所用的陀螺成本很高，系统复杂，并不适用于焰火弹的滚转姿态检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置，使焰火弹能在最佳的转角起爆，打出特殊效果的焰火。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种定向型焰火弹的滚转角检测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定并输入焰火弹发射的经度L_o、纬度L_a和焰火弹的射角θ₀、射向

和起爆转角α；

步骤2、计算当地的磁倾角λ和磁偏角ε；

步骤3、计算相对上方的基准角φ₀和起爆相位φ，并将起爆相位φ装定到焰火弹上后装弹发射；

步骤4、焰火弹发射后，弹载部分开始工作，磁探测电路检测地磁信号，并且计算地磁信号的相位β；

步骤5、计算起爆方位的偏差，并将偏差信号连续输出给姿态控制装置，当方位偏差为0时，即为所需要的起爆方位；

步骤6、判断发射条件是否改变，若未改变则继续装定并发射焰火弹，否则返回步骤1重新确定焰火弹发射的相关参数。

一种定向型焰火弹的滚转角检测方法的检测装置，包括地面部分和弹载部分，地面部分包括信息处理单片机及输入装置、外置flash存储器和装定电路，所述装定电路包括调制电路、功率放大电路和装定线圈，信息处理单片机通过输入端接收输入装置输入的焰火弹发射的相关参数，并通过端口查询事先储存在外置flash存储器中的地磁信息数据库，信息处理单片机对上述数据进行处理后通过信息处理单片机内置的D/A转换电路转换成模拟信号，模拟信号经端口输出给装定电路中的调制电路，该信号经调制和功率放大后，通过装定线圈发送能量和装定信号；

弹载部分包括混合式微处理器、磁探测电路、装定信号处理电路、接收线圈，其中磁探测电路包括二维磁阻传感器、置位复位电路、两级差分放大电路、低通滤波电路；所述接收线圈接收地面部分发出的装定信号传输给装定信号处理电路进行处理，装定信号处理电路的输出端连接混合式微处理器的第二输入端，将处理后的装定信号传输给混合式微处理器并储存；置位复位电路与二维磁阻传感器相连，对其进行置位复位，二维磁阻传感器感受地磁场并输出电压信号，该信号经两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电路进行低通滤波，低通滤波电路的输出端连接混合式微处理器的第一输入端，混合式微处理器的输出端与差分放大电路的另一个输入端相连接，为两级差分放大电路中的第二级差分放大电路提供基准信号，混合式微处理器第二输出端以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)检测方法中无须积分即可直接检测起爆方位的偏差，无累积误差；2)在检测过程中只需输入经纬度和射角、射向及起爆转角，地面部分就能够计算出滚转角检测所需的起爆相位；3)起爆相位可以在发射前进行感应装定；4)检测装置体积小，电路简单，成本低，具有很强的抗冲击性能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测方法流程图。

图2是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中地面部分组成及其输入输出示意图。

图3是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中弹载部分组成及其输入输出示意图。

图4是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中弹载部分中弹载装定接收线圈及电路位置示意图。

图5是滚转角检测时各角关系示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种定向型焰火弹的滚转角检测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定并输入焰火弹发射的经度L_o、纬度L_a和焰火弹的射角θ₀、射向

和起爆转角α；

步骤2、计算当地的磁倾角λ和磁偏角ε；计算当地的磁倾角λ和磁偏角ε是采用查询数据库并插值的方法实现的；

步骤3、计算相对上方的基准角φ₀和起爆相位φ，并将起爆相位φ装定到焰火弹上，并且装弹发射；相对上方的基准角φ₀由磁倾角λ、相对磁北的射向

和焰火的射角φ₀三个量计算得到，计算公式为：

起爆相位φ＝φ₀+α；

步骤4、焰火弹发射后，弹载部分开始工作，磁探测电路检测地磁信号，并且计算地磁信号的相位；计算地磁信号的相位β是根据公式 $\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{V_b}{V_a}$ 得到的，其中V_a、V_b是磁探测电路A/D变换后的信号；

步骤5、计算起爆方位的偏差，并将偏差信号连续输出给姿态控制装置，当方位偏差为0时，即为所需要的起爆方位；起爆方位的偏差为β-φ；

步骤6、判断发射条件是否改变，若未改变则继续装定并发射焰火弹，否则返回步骤1重新确定焰火弹发射的相关参数。

结合图2、图3，本发明的一种定向型焰火弹的滚转角检测装置，包括地面部分和弹载部分，地面部分包括信息处理单片机102及输入装置101、外置flash存储器103和装定电路，所述装定电路包括调制电路、功率放大电路和装定线圈104，信息处理单片机102通过输入端a接收输入装置101输入的焰火弹发射的相关参数，并通过端口b查询事先储存在外置flash存储器103中的地磁信息数据库，该数据库根据国际地磁参考场IGRF编制。信息处理单片机102对上述数据进行处理后通过信息处理单片机102内置的D/A转换电路转换成模拟信号，模拟信号经端口c输出给装定电路中的调制电路，该信号经调制和功率放大后，通过装定线圈104发送能量和装定信号；上述输入装置101可以为键盘。

弹载部分包括混合式微处理器303、磁探测电路、装定信号处理电路301、接收线圈202，其中磁探测电路包括二维磁阻传感器302、置位复位电路、两级差分放大电路、低通滤波电路；所述接收线圈202接收地面部分发出的装定信号传输给装定信号处理电路301进行处理，装定信号处理电路301的输出端连接混合式微处理器303的第二输入端e，将处理后的装定信号传输给混合式微处理器303并储存；置位复位电路与二维磁阻传感器302相连，对其进行置位复位，二维磁阻传感器302感受地磁场并输出电压信号，该信号经两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电路进行低通滤波，低通滤波电路的输出端连接混合式微处理器303的第一输入端d，混合式微处理器303的输出端g与两级差分放大电路的另一个输入端相连接，为两级差分放大电路中的第二级差分放大电路的两通道分别提供基准信号，混合式微处理器303第二输出端f以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置，从而对弹体进行姿态控制。

本发明地面部分向弹载部分的装定在发射前进行。当装定线圈104靠近位于弹载部分外体201上部环形槽内的接收线圈202时，弹载部分的装定信号处理电路301通过接收线圈202的电磁感应，首先接收装定线圈104传输过来的能量，储存在储能电容中，电压足够时激活混合式微处理器303。该混合式微处理器303激活后，把装定线圈104传输的装定信号经装定信号处理电路301进行数字化还原，并存储到混合式微处理器303内部的flash存储器中。结合图4，弹载部分的电路板203整体采用灌封材料204灌封，提高抗冲击能力。

焰火弹发射后，弹载部分开始工作。其工作过程为：置位复位电路首先对二维磁传感器302进行置位复位，此后二维磁传感器302感受地磁场的赤道平面投影B_eff，输出的V_a0、V_b0是微弱信号，经两级差分放大后得到适合混合信号微处理器303内置A/D变换的信号V_a、V_b，为了修正磁传感器输出的零磁电平的差异，第二级采用混合信号微处理器303内置D/A的结果作为基准电位，且两通道独立。混合信号微处理器303对信号V_a、V_b进行A/D变换后做二变量的反正切，得到信号相位 $\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{V_b}{V_a}.$ 由图5可知，当传感器敏感轴a指向点①时，该通道的信号为0，相位为0；而指向点③时，信号为最大值，相位为90°；指向点②时，焰火弹的滚转方位角为0，信号相位为基准角φ₀；对于指向点④的任意位置，β＝φ₀+γ，β-φ即为起爆方位的方位偏差，可直接数字输出或经D/A变换后输出，用于滚转姿态控制，当指向点⑤时，β＝φ时即为焰火弹所需的起爆方位。

弹载部分的定姿原理是：在焰火弹的有效射程内，地磁的磁感应强度B变化甚微，可以认为是恒定磁场，发射点的磁倾角和磁偏角等磁参量也就可以认为是整个弹道的磁参量。焰火弹的有效弹道为弹道的直线段，焰火弹发射后，弹丸的赤道平面在空间的方向将保持基本不变，此时铅锤面与弹丸赤道平面的交线也将保持不变，取弹轴上方部分为弹丸的滚转方位基准。磁感应强度在该赤道平面上的投影B_eff也保持不变，当磁阻传感器随同弹丸一起转动时，B_eff在二维传感器方向上的两正交分量B_a、B_b将发生变化。而分量B_a的相位β就是基准角φ₀与相对滚转方位基准面转过的滚转角γ之和。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

设焰火弹的发射地点为南京新街口，其纬度为：北纬32°03′08.65″，经度为：东经118°46′43.51″，则其磁倾角为48.0979°，磁偏角为-4.77377°。设射向为正东，即射角为θ₀＝75°，则可算得φ₀＝11.79°。若焰火弹所需的起爆转角为α＝90°，则所需的起爆方位为φ＝101.79°。当测得的β＝90°时，角度还缺11.79°，还需由姿态控制装置使焰火弹再顺时针转11.79°。当信号相位β＝101.79°时，此时焰火弹正好为起爆所需方位。

Claims (4)

1.一种定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1、确定并输入焰火弹发射地的经度L_o、纬度L_a和焰火弹的射角θ₀、射向及起爆转角α； 

步骤2、计算当地的磁倾角λ和磁偏角ε； 

步骤3、计算相对上方的基准角φ₀和起爆相位φ，并将起爆相位φ装定到焰火弹上后装弹发射；其中相对上方的基准角φ₀由磁倾角λ、相对磁北的射向

和焰火弹的射角θ₀三个量计算得到，计算公式为：起爆相位φ＝φ₀+α； 

步骤4、焰火弹发射后，弹载部分开始工作，磁探测电路检测地磁信号，并且计算地磁信号的相位β； 

步骤5、计算起爆方位的偏差，并将偏差信号连续输出给姿态控制装置，当方位偏差为0时，即为所需要的起爆方位，该起爆方位的偏差为β-φ；

步骤6、判断发射条件是否改变，若未改变则继续装定并发射焰火弹，否则返回步骤1重新确定焰火弹发射的相关参数。 

2.根据权利要求1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于，步骤2计算当地的磁倾角λ和磁偏角ε是采用查数据库并插值的方法实现的。 

3.根据权利要求1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于，步骤4计算地磁信号的相位β是根据公式得到的，其中Va、Vb是二维磁传感器输出的微弱信号经两级差分放大后得到的适合混合信号微处理器内置A/D变换的信号。 

4.一种基于权利要求1所述定向型焰火弹的滚转角检测方法的检测装置，其特征在于，包括地面部分和弹载部分，地面部分包括信息处理单片机[102]及输入装置[101]、外置flash存储器[103]和装定电路，所述装定电路包括调制电路、功率放大电路和装定线圈[104]，信息处理单片机[102]通过输入端[a]接收输入装置[101]输入的焰火弹发射的 相关参数，并通过b端口查询事先储存在外置flash存储器[103]中的地磁信息数据库，信息处理单片机[102]对上述数据进行处理后通过信息处理单片机[102]内置的D/A转换电路转换成模拟信号，模拟信号经c端口输出给装定电路中的调制电路，该信号经调制和功率放大后，通过装定线圈[104]发送能量和装定信号； 

弹载部分包括混合式微处理器[303]、磁探测电路、装定信号处理电路[301]、接收线圈[202]，其中磁探测电路包括二维磁阻传感器[302]、置位复位电路、两级差分放大电路、低通滤波电路；所述接收线圈[202]接收地面部分发出的装定信号传输给装定信号处理电路[301]进行处理，装定信号处理电路[301]的输出端连接混合式微处理器[303]的第二输入端[e]，将处理后的装定信号传输给混合式微处理器[303]并储存；置位复位电路与二维磁阻传感器[302]相连，对其进行置位复位，二维磁阻传感器[302]感受地磁场并输出电压信号，该信号经两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电路进行低通滤波，低通滤波电路的输出端连接混合式微处理器[303]的第一输入端[d]，混合式微处理器[303]的输出端[g]与两级差分放大电路的另一个输入端相连接，为两级差分放大电路中的第二级差分放大电路提供基准信号，混合式微处理器[303]第二输出端[f]以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置。 

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