CN104266551B - 一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法 - Google Patents

一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法 Download PDF

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一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法，系统包括激光发射器、靶面测量单元、弹上测量单元和数据处理单元，测量单元(靶面测量单元和弹上测量单元)包括接收传感器、前端处理机、数传电台，数据处理单元包括数传电台和中央计算机。至少2个激光发射器布置于靶面附近，每个激光发射器发出2道旋转的扇面激光；传感器接收激光发射器发出的激光，测得自身空间位置，形成模拟信号；前端处理机对模拟信号放大和模数转换，形成数字信号，并通过数传电台将信号发给数据处理单元；数据处理单元的中央计算机通过数传电台得到所述数字信号，对信号进行解算，最终得到导弹命中精度和弹着角。本发明中的系统和方法可即时定量评判导弹的命中效果，精度高。

Description

一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法，用于导弹命中精度的数据采集和结果分析。
背景技术
目前公知的导弹的命中精度及弹着角主要依靠外弹道测量或人工现场测量。采用外弹道测量需要对应靶场有相应大型设备，系统复杂，成本高。而采用现场人工测量工具简单，测量精度依靠人工判读，测量精度低，自动化程度低，工作效率低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种测量导弹命中精度及弹着角的系统及方法，降低劳动强度，提高工作效率，确保数据有效性。
本发明的技术解决方案是：
一种测量导弹命中精度及弹着角的系统，包括：激光发射器、靶面测量单元、弹上测量单元和数据处理单元；
靶面测量单元包括靶面接收传感器、靶面前端处理机和靶面数传电台；弹上测量单元包括弹上接收传感器、弹上前端处理机和弹上数传电台；数据处理单元包括地面数传电台和中央计算机；
至少两个激光发射器布置于靶面附近的地面上，每个激光发射器均发出2道360度旋转的扇面激光信号；靶面接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量得到自身所在位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给靶面前端处理机，靶面前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得靶面接收传感器所在位置的数字信号，并通过靶面数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
弹上接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量得到自身所在当前位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给弹上前端处理机，弹上前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得弹上接收传感器所在位置的数字信号，并通过弹上数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
数据处理单元的中央计算机通过地面数传电台接收得到所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号，中央计算机根据接收到的所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号对靶面接收传感器的位置信息和弹上传感器的位置信息进行解算，确定靶面平面和接近靶面的弹道轨迹，弹道轨迹与靶面平面相交处即为弹着点，中央计算机根据弹着点与靶面平面中心点计算得到导弹命中精度，根据弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面平面计算得到弹着角。
一种测量导弹命中精度及弹着角的方法，步骤如下：
(1)将至少两个激光发射器布置在靶面附近，开启激光发射器向四周空间发射激光信号，所述靶面为矩形靶面；
(2)将矩形靶面每条边6等分，依次将靶面接收传感器置于每个等分点及矩形靶面的四个顶点上，采集得到共计24个点的位置信息；
(3)对靶面每条边上的7个位置点数据进行线性最小二乘拟合，得到四条直线，并计算7个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将24个点进行平面最小二乘拟合得到靶面平面，并计算24个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将前面拟合得到的四条直线投影到拟合得到的靶面平面上形成靶面边界线，通过计算投影线相交得到靶面四个顶点坐标，连接靶面对角线，对角线交点即为靶面中心，作为测量导弹命中精度的参考中心；
(4)若步骤(3)中计算出的所有均方根均小于0.01米，则进入步骤(5)；否则返回步骤(2)；
(5)开展实际导弹打靶试验，在导弹接近靶面L米时，弹上传感器接收激光信号，并通过弹上数传电台将弹上传感器的位置信息按周期T传输给数据处理单元，数据处理单元中的中央计算机对一系列弹上传感器的位置信息进行处理：对弹上传感器的位置信息进行径向基函数拟合，得到空间曲线，该曲线即为导弹末端运动的弹道轨迹；
(6)确定所述弹道轨迹与拟合靶平面的交点，得到导弹命中靶面的位置，即弹着点，计算弹着点与靶面中心点位置的偏差即为导弹的命中精度，该导弹弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面的夹角即为导弹命中时刻的弹着角。
所述周期T的取值范围为10～30ms，导弹与靶面的距离L为50～100m。
所述步骤(2)中采集位置信息通过如下步骤进行：
(4.1)对第一个位置点采集10次位置信息；
(4.2)根据采集到的10次位置信息计算均方根，若均方根大于等于0.01米，则在该位置点重新采集10次位置信息并再次计算均方根，直到均方根小于0.01米，均方根满足要求之后，对最新10次采集的位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；
(4.3)对其余位置点均采集10次位置信息，并进行步骤(4.2)的操作，直到每个位置点的位置信息的均方根均小于0.01米，并计算各个位置点的最终位置，得到靶面上24个点的位置信息。
本发明与现有技术相比带来的有益效果：
(1)本发明中的系统可以对导弹命中精度及弹着角进行即时定量评判；
(2)本发明中导弹飞行末端弹道和靶面的空间位置关系可以实时三维显示，可视化程度高；
(3)本发明中计算得到命中精度及弹着角结果精度高。本发明采用激光传感器进行空间位置信息测量，并在分析时使用了平均和拟合等数值分析方法，获得的结果可以达到很高的精度。
附图说明
图1本发明系统组成示意图。
图2本发明方法流程图。
图3本发明测量点分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种测量导弹命中精度及弹着角的系统，包括：激光发射器、靶面测量单元、弹上测量单元和数据处理单元；
靶面测量单元包括靶面接收传感器、靶面前端处理机和靶面数传电台；弹上测量单元包括弹上接收传感器、弹上前端处理机和弹上数传电台；数据处理单元包括地面数传电台和中央计算机；
至少两个激光发射器布置于靶面附近的地面上，每个激光发射器均发出2道旋转的扇面激光信号，每个激光发射器具有特定的旋转频率，至少两个激光发射器确定一个空间坐标系；靶面接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量水平角和垂直角计算得到自身所在位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给靶面前端处理机，靶面前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得靶面接收传感器所在位置的数字信号，并通过靶面数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
弹上接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量水平角和垂直角计算得到自身所在当前位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给弹上前端处理机，弹上前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得弹上接收传感器所在位置的数字信号，并通过弹上数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
数据处理单元的中央计算机通过地面数传电台接收得到所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号，中央计算机根据接收到所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号对靶面接收传感器的位置信息和弹上传感器的位置信息进行解算，确定靶面平面和接近靶面的弹道轨迹，弹道轨迹与靶面平面相交处即为弹着点，中央计算机根据弹着点与靶面平面中心点计算得到导弹命中精度，根据弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面平面计算得到弹着角。
如图2所示，基于上述测量系统，本发明还提供了一种测量导弹命中精度及弹着角的方法，步骤如下：
(1)将至少两个激光发射器布置在靶面附近，开启激光发射器向四周空间发射激光信号，所述靶面为矩形靶面；
(2)将矩形靶面每条边6等分，依次将靶面接收传感器置于每个等分点及矩形靶面的四个顶点上，采集得到共计24个点的位置信息；
具体为：
(2.1)对第一个位置点采集10次位置信息；
(2.2)根据采集到的10次位置信息计算均方根，若均方根大于等于0.01米，则在该位置点重新采集10次位置信息并再次计算均方根，直到均方根小于0.01米，均方根满足要求之后，对最新10次采集的位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；
(2.3)对其余位置点均采集10次位置信息，并进行步骤(4.2)的操作，直到每个位置点的位置信息的均方根均小于0.01米，并计算各个位置点的最终位置，得到靶面上24个点的位置信息；
(3)对靶面每条边上的7个位置点数据进行线性最小二乘拟合，得到四条直线，并计算7个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将24个点进行平面最小二乘拟合得到靶面平面，并计算24个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将前面拟合得到的四条直线投影到拟合得到的靶面平面上形成靶面边界线，通过计算投影线相交得到靶面四个顶点坐标，连接靶面对角线，对角线交点即为靶面中心，作为测量导弹命中精度的参考中心；
(4)若步骤(3)中计算出的所有均方根均小于0.01米，则进入步骤(5)；否则返回步骤(2)；
(5)开展实际导弹打靶试验，在导弹接近靶面L米时，弹上传感器接收激光信号，并通过弹上数传电台将弹上传感器的位置信息按周期T传输给数据处理单元，数据处理单元中的中央计算机对一系列弹上传感器的位置信息进行处理：对弹上传感器的位置信息进行径向基函数拟合，得到空间曲线，该曲线即为导弹末端运动的弹道轨迹；所述周期T的取值范围为10～30ms，导弹与靶面的距离L为50～100m；
(6)确定所述弹道轨迹与拟合靶平面的交点，得到导弹命中靶面的位置，即弹着点，计算弹着点与靶面中心点位置的偏差即为导弹的命中精度，该导弹弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面的夹角即为导弹命中时刻的弹着角。
如图3所示，通过一个具体操作步骤对本发明中的系统和方法进行说明。
步骤如下：
(1)将4个激光发射器布置在靶面附近，开启激光发射器向四周空间发射激光信号，所述靶面为矩形靶面；
(2)布置系统其它设备。将靶面接收传感器置于靶面任意一点，用于测试系统，直至中央计算机解算出三维位置信息为止，证明系统运行正常；
(3)选择合适的间距，依次将传感器置于靶面安放地面的4点位置点(图3中位置点25～28)上，采集获得4个点的位置信息，在中央计算机上对4点进行最小二乘拟合，得到参考地平面；
(4)将矩形靶面每条边6等分，依次将靶面接收传感器置于每个等分点及矩形靶面的四个顶点上，采集得到共计24个点(图3中位置点1～24)的位置信息；
具体为：
(4.1)对第一个位置点采集10次位置信息；
(4.2)根据采集到的10次位置信息计算均方根，若均方根大于等于0.01米，则在该位置点重新采集10次位置信息并再次计算均方根，直到均方根小于0.01米，均方根满足要求之后，对最新10次采集的位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；
(4.3)对其余位置点均采集10次位置信息，并进行步骤(4.2)的操作，直到每个位置点的位置信息的均方根均小于0.01米，并计算各个位置点的最终位置，得到靶面上24个点的位置信息；
(5)对靶面每条边上的7个位置点(分别对应图3中位置点1～7，7～13，13～19，及19～24和1)数据进行线性最小二乘拟合，得到四条直线，并计算7个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将24个点进行平面最小二乘拟合得到靶面平面，并计算24个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将前面拟合得到的四条直线投影到拟合得到的靶面平面上形成靶面边界线，通过计算投影线相交得到靶面四个顶点坐标，连接靶面对角线，对角线交点即为靶面中心，作为测量导弹命中精度的参考中心；
(6)若步骤(5)中计算出的所有均方根均小于0.01米，则进入步骤(7)；否则返回步骤(4)；
(7)开展实际导弹打靶试验，在导弹接近靶面50米时，弹上传感器接收激光信号，并通过弹上数传电台将弹上传感器的位置信息按周期20ms传输给数据处理单元，数据处理单元中的中央计算机对一系列弹上传感器的位置信息(图3中位置点29～34，该位置点数量不是固定的)进行处理：对弹上传感器的位置信息进行径向基函数拟合，得到空间曲线，该曲线即为导弹末端运动的弹道轨迹；
(8)确定所述弹道轨迹与拟合靶平面的交点，得到导弹命中靶面的位置，即弹着点，计算弹着点与靶面中心点位置的偏差即为导弹的命中精度，该导弹弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面的夹角即为导弹命中时刻的弹着角。

Claims (4)

1.一种测量导弹命中精度及弹着角的系统，其特征在于包括：激光发射器、靶面测量单元、弹上测量单元和数据处理单元；
靶面测量单元包括靶面接收传感器、靶面前端处理机和靶面数传电台；弹上测量单元包括弹上接收传感器、弹上前端处理机和弹上数传电台；数据处理单元包括地面数传电台和中央计算机；
至少两个激光发射器布置于靶面附近的地面上，每个激光发射器均发出2道360度旋转的扇面激光信号；靶面接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量得到自身所在位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给靶面前端处理机，靶面前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得靶面接收传感器所在位置的数字信号，并通过靶面数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
弹上接收传感器接收来自激光发射器发出的激光信号，测量得到自身所在当前位置的空间位置信息，形成相应的模拟信号并发送给弹上前端处理机，弹上前端处理机对所述模拟信号进行放大和模数转换，获得弹上接收传感器所在位置的数字信号，并通过弹上数传电台将所述数字信号发送给数据处理单元；
数据处理单元的中央计算机通过地面数传电台接收得到所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号，中央计算机根据接收到的所述弹上接收传感器所在位置的数字信号以及靶面接收传感器所在位置的数字信号对靶面接收传感器的位置信息和弹上传感器的位置信息进行解算，确定靶面平面和接近靶面的弹道轨迹，弹道轨迹与靶面平面相交处即为弹着点，中央计算机根据弹着点与靶面平面中心点计算得到导弹命中精度，根据弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面平面计算得到弹着角。
2.一种测量导弹命中精度及弹着角的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将至少两个激光发射器布置在靶面附近，每个激光发射器均发出2道360度旋转的扇面激光信号，开启激光发射器向四周空间发射激光信号，所述靶面为矩形靶面；
(2)将矩形靶面每条边6等分，依次将靶面接收传感器置于每个等分点及矩形靶面的四个顶点上，采集得到共计24个点的位置信息；
(3)对靶面每条边上的7个位置点数据进行线性最小二乘拟合，得到四条直线，并计算7个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将24个点进行平面最小二乘拟合得到靶面平面，并计算24个位置点的位置与拟合结果之间误差的均方根；将前面拟合得到的四条直线投影到拟合得到的靶面平面上形成靶面边界线，通过计算投影线相交得到靶面四个顶点坐标，连接靶面对角线，对角线交点即为靶面中心，作为测量导弹命中精度的参考中心；
(4)若步骤(3)中计算出的所有均方根均小于0.01米，则进入步骤(5)；否则返回步骤(2)；
(5)开展实际导弹打靶试验，在导弹接近靶面L米时，弹上传感器接收激光信号，并通过弹上数传电台将弹上传感器的位置信息按周期T传输给数据处理单元，数据处理单元中的中央计算机对一系列弹上传感器的位置信息进行处理：对弹上传感器的位置信息进行径向基函数拟合，得到空间曲线，该曲线即为导弹末端运动的弹道轨迹；
(6)确定所述弹道轨迹与拟合靶平面的交点，得到导弹命中靶面的位置，即弹着点，计算弹着点与靶面中心点位置的偏差即为导弹的命中精度，该导弹弹道轨迹在弹着点处的切线与靶面的夹角即为导弹命中时刻的弹着角。
3.根据权利要求2所述的一种测量导弹命中精度及弹着角的方法，其特征在于：所述周期T的取值范围为10～30ms，导弹与靶面的距离L为50～100m。
4.根据权利要求2所述的一种测量导弹命中精度及弹着角的方法，其特征在于：所述步骤(2)中采集位置信息通过如下步骤进行：
(4.1)对第一个位置点采集10次位置信息；
(4.2)根据采集到的10次位置信息计算均方根，若均方根大于等于0.01米，则在该位置点重新采集10次位置信息并再次计算均方根，直到均方根小于0.01米，均方根满足要求之后，对最新10次采集的位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；
(4.3)对其余位置点均采集10次位置信息，并进行步骤(4.2)的操作，直到每个位置点的位置信息的均方根均小于0.01米，并计算各个位置点的最终位置，得到靶面上24个点的位置信息。
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