CN104964668B - 运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法 - Google Patents

运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电测量技术，具体而言，涉及运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法。该方法包括：调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，采取近距离、俯仰角近0°的瞄准方式；设定测量时间和测量周期；瞄准仪向火箭瞄准棱镜发射第一激光束，接收火箭瞄准棱镜对第一激光束反射回的第二激光束；当火箭瞄准棱镜的摆动处于平移敏区时，测量第一激光束和第二激光束的夹角；将夹角进行均值滤波，得到初始方位。本发明解决了运载火箭在风晃条件下的高精度瞄准问题。

Description

运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法
技术领域
本发明涉及光电测量技术，具体而言，涉及运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法。
背景技术
由于新一代火箭总体方案诸多不同于现役火箭的特性，如惯性器件采用无调平、瞄准功能的捷联惯组，发射台无回转功能，要求从液氢加注起发射场无人值守情况下瞄准，监视到发射点火时刻等，对瞄准系统总体方案提出了许多新的挑战。
新一代火箭发射场建设在沿海，发射风况比较复杂，如何在火箭风晃情况下，实施高精度瞄准，是瞄准关键技术之一。
火箭通过惯性器件进行导航，惯性器件外壳装有直角棱镜，火箭起飞前，通过地面瞄准设备，测量并赋予控制系统直角棱镜法平面与大地北的方位夹角，完成地面初始方位测量工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，以解决运载火箭前在风晃下的方位瞄准问题。
本发明实施例提供了一种运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，包括：
步骤1，调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，采取近距离、俯仰角近0°的瞄准方式；
步骤2，设定测量时间和测量周期；
步骤3，瞄准仪向所述火箭瞄准棱镜发射第一激光束，接收所述火箭瞄准棱镜对所述第一激光束反射回的第二激光束；
步骤4，当所述火箭瞄准棱镜的摆动处于所述瞄准仪的平移敏区时，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角；
步骤5，将所述夹角进行均值滤波，得到所述初始方位。
在一些实施例中，优选为，所述步骤4中，所述瞄准仪的平移敏区的确定方式为：
其中，M为平移敏区；D激光瞄准仪口径；L火箭瞄准棱镜宽度；ΔL为火箭瞄准棱镜最小有效宽度。
在一些实施例中，优选为，所述步骤1包括：
将所述瞄准仪与所述火箭瞄准棱镜等高放置，瞄准俯仰角在0°±2°内；
调整所述瞄准仪的光束照度不小于30LX；
调整瞄准棱镜宽度与所述瞄准仪光束直径的差值大于或等于20毫米。
在一些实施例中，优选为，所述步骤2中，测量时间为15秒，测量周期为1秒。
在一些实施例中，优选为，所述步骤4包括：确定所述火箭瞄准棱镜的摆动是否处于所述平移敏区；如果处于所述平移敏区，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角。
在一些实施例中，优选为，如果所述火箭瞄准棱镜的摆动不处于所述平移敏区，确定所述火箭瞄准棱镜的摆动中心是否处于瞄准光轴的中心；当处于瞄准光轴的中心时，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角。
在一些实施例中，优选为，当所述火箭瞄准棱镜的摆动中心不处于瞄准光轴的中心时，平移所述瞄准仪，进行中心跟踪，使所述火箭瞄准棱镜的摆动中心处于瞄准光轴的中心。
在一些实施例中，优选为，所述瞄准仪设置于导轨，所述导轨，用于引导所述瞄准仪平移。
在一些实施例中，优选为，所述步骤3之后，所述步骤4之前，所述初始方位测量方法还包括：提取所述第一激光束、所述第二激光束相对应的夹角记录数据；筛除所述第二激光束缺失的相关记录数据，获取所述第一激光束、所述第二激光束均存在的记录数据，将其视为所述火箭瞄准棱镜的摆动处于平移敏区时记录的数据。
本发明实施例提供的运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，与现有技术相比，风摆时，测量前将火箭瞄准棱镜的运动分解方位扭转和前后、左右平移，瞄准仪需要适应火箭一定量的左右平移，确定瞄准仪的平移敏区；调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，达到近距离、俯仰角近0°的瞄准方式。瞄准仪向火箭瞄准棱镜发射第一激光束，并接收反射的第二激光束，通过平移敏区框定第二激光束的采集区域，确定进而对第一激光束、第二激光束的夹角进行测量，均值滤波，即可得到初始方位。通过平移敏区确定取值的范围，过滤掉超出平移敏区的数据，进而提高了初始方位测量的准确性，利于运载火箭在风晃条件下的高精度瞄准。
附图说明
图1为本发明一个实施例中运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法步骤示意图；
图2为本发明一个实施例中运载火箭风摆瞄准示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
考虑到目前新一代火箭发射场建设在沿海，发射风况比较复杂，在火箭风晃情况下实施高精度瞄准是火箭发射面临的关键问题，本实施例提供一种运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法。
该初始方位测量方法，包括：
步骤1，调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，采取近距离、俯仰角近0°的瞄准方式；
步骤2，设定测量时间和测量周期；
步骤3，瞄准仪向火箭瞄准棱镜发射第一激光束，接收火箭瞄准棱镜对第一激光束反射回的第二激光束；
步骤4，当火箭瞄准棱镜的摆动处于瞄准仪的平移敏区时，测量第一激光束和第二激光束的夹角；
步骤5，将夹角进行均值滤波，得到初始方位。
风摆时，测量前将火箭瞄准棱镜的运动分解方位扭转和前后、左右平移，瞄准仪需要适应火箭一定量的左右平移，确定瞄准仪的平移敏区；调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，达到近距离、俯仰角近0°的瞄准方式。瞄准仪向火箭瞄准棱镜发射第一激光束，并接收反射的第二激光束，通过平移敏区框定第二激光束的采集区域，确定进而对第一激光束、第二激光束的夹角进行测量，均值滤波，即可得到初始方位。通过平移敏区确定取值的范围，过滤掉超出平移敏区的数据，进而提高了初始方位测量的准确性，利于运载火箭在风晃条件下的高精度瞄准。
火箭通过惯性器件进行导航，惯性器件外壳装有直角棱镜，火箭起飞前，通过地面瞄准设备，测量并赋予控制系统直角棱镜法平面与大地北的方位夹角，完成地面初始方位测量工作。
火箭风摆情况下，火箭瞄准棱镜呈倒圆锥摆动，同时，火箭的摆动中心也会随风速大小有可能发生位移。接下来，通过一些具体实施例来详细描述该运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，具体为：
如图1所示，分解为如下步骤：
火箭风摆，火箭瞄准棱镜呈倒圆锥摆动，火箭瞄准棱镜运动可等效为左右(从瞄准间面向火箭)平移运动，此时瞄准仪跟踪火箭瞄准棱镜的摆动中心，并在棱镜摆动到瞄准仪测角敏区内时进行数据采集和测量，如图2所示。
步骤101，调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，采取近距离、俯仰角近0°的瞄准方式；
将瞄准仪架设在火箭瞄准棱镜附近，采取近距离的、俯仰角接近0°的瞄准，避免了在斜瞄情况下(瞄准有一定俯仰角)，火箭瞄准棱镜倒圆锥摆动造成的瞄准方位交链误差，从而提高瞄准设备的适应能力和测量精度。
步骤102，设定测量时间和测量周期；
在指定时间段内对直角棱镜法平面方位角多次测量，并进行均值滤波，以剔除风摆造成的方位变化误差，达到后续测量火箭瞄准棱镜摆动中心方位角的目的。
步骤103，瞄准仪向火箭瞄准棱镜发射第一激光束，接收火箭瞄准棱镜对第一激光束反射回的第二激光束；
步骤104，当火箭瞄准棱镜的摆动处于平移敏区时，测量第一激光束和第二激光束的夹角；
超出平移敏区的数据忽略不计。
步骤105，将夹角进行均值滤波，得到初始方位。
通过瞄准仪发送、接收准直激光束，测量、记录在平移敏区内，瞄准仪发射的激光束与经由直角棱镜反射回的激光束的夹角，夹角的一半(均值滤波)即为直角棱镜方位变化角。
当火箭风摆时，火箭瞄准棱镜的运动可以分解方位扭转和前后、左右平移，因此，瞄准仪需要适应火箭一定量的平移，称为瞄准仪的平移敏区。该平移敏区的关系方式为：
其中，M为平移敏区；D激光瞄准仪口径；L火箭瞄准棱镜宽度；ΔL为火箭瞄准棱镜最小有效宽度。
比如：瞄准仪口径Φ50mm，火箭瞄准棱镜宽度70mm，△L取值10mm，则M＝10Omm。即平移敏区±50m。
为了避免在斜瞄情况下火箭瞄准棱镜倒圆锥摆动造成的瞄准方位交链误差，步骤101中将瞄准仪与火箭瞄准棱镜等高放置，瞄准俯仰角在0°±2°内；调整瞄准仪的光束照度不小于30LX；调整瞄准棱镜宽度与瞄准仪光束直径的差值大于或等于20毫米。
步骤102中可以设定采集时间段及采集周期为：测量时间为15秒，测量周期为1秒。
步骤104中，确定火箭瞄准棱镜的摆动是否处于平移敏区；如果处于平移敏区，测量第一激光束和第二激光束的夹角。当风摆不超过瞄准仪平移敏区时，火箭瞄准棱镜在整个摆动周期内均被有效测量，仅需直接采样记录瞄准数据。
如果火箭瞄准棱镜的摆动不处于平移敏区，经瞄准仪目镜目视观察摆动中心是否处于瞄准光轴中心，即左或右摆出敏区的时间是否均等，若不均等，说明摆动中心偏离瞄准光轴中心，当处于瞄准光轴的中心时，直接取消测量第一激光束和第二激光束的夹角。
摆动幅度超出瞄准平移敏区时，即火箭瞄准棱镜左、右摆出瞄准光轴时，采集的方位角数据为无效数据，该数据被剔除。
当火箭瞄准棱镜的摆动中心不处于瞄准光轴的中心时，平移瞄准仪，进行中心跟踪，使火箭瞄准棱镜的摆动中心处于瞄准光轴的中心。
火箭风摆期间，当摆动中心左或右偏离瞄准光轴中心达到瞄准仪平移敏区的一半时，经由导轨带动瞄准仪平移，实施平移跟踪，直至中心重合。
为了在瞄准仪平移过程中保持稳定，瞄准仪设置于导轨，导轨，用于引导瞄准仪平移。瞄准仪在导轨上平移，不会出现剧烈的上下震动，较稳定，平移过程中，瞄准第一激光束方位变化不大于10角秒。
在其他的实施例中，去除超出平移敏区的数据方法，也可以采用如下方式，采集各种情况下第一激光束、第二激光束的数据，当摆出平移敏区是，第二激光束无法到达平移敏区，因此，数据中为空。于是，在后续步骤104处理时，直接筛除第二激光束缺失对应的数据即可。因此步骤103之后，步骤104之前，初始方位测量方法还可以增加：提取第一激光束、第二激光束相对应的记录数据；
筛除第二激光束缺失的相关记录数据，获取第一激光束、第二激光束均存在的记录数据，将其视为火箭瞄准棱镜的摆动处于平移敏区时记录的数据。
需要说明的是，风晃条件是运载火箭领域的常规词汇。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，包括：
步骤1，调整瞄准仪和火箭瞄准棱镜的相对位置，采取近距离、俯仰角近0°的瞄准方式；
步骤2，设定测量时间和测量周期；
步骤3，瞄准仪向所述火箭瞄准棱镜发射第一激光束，接收所述火箭瞄准棱镜对所述第一激光束反射回的第二激光束；
步骤4，当所述火箭瞄准棱镜的摆动处于所述瞄准仪的平移敏区时，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角；
步骤5，将所述夹角进行均值滤波，得到所述初始方位；
上述步骤4中，所述瞄准仪的平移敏区的确定方式为：
<mrow> <mi>M</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>L</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mn>2</mn> </mrow>
其中，M为平移敏区；D激光瞄准仪口径；L火箭瞄准棱镜宽度；ΔL为火箭瞄准棱镜最小有效宽度；
上述步骤4具体按以下方法实现：
判断所述火箭瞄准棱镜的摆动是否处于所述平移敏区；
若所述火箭瞄准棱镜的摆动处于所述平移敏区，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角；否则，进一步判断所述火箭瞄准棱镜的摆动中心是否处于瞄准光轴的中心；
若所述火箭瞄准棱镜的摆动中心处于瞄准光轴的中心，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角；否则，平移所述瞄准仪并进行中心跟踪，使所述火箭瞄准棱镜的摆动中心处于瞄准光轴的中心后，测量所述第一激光束和所述第二激光束的夹角。
2.如权利要求1所述的运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，所述步骤1包括：
将所述瞄准仪与所述火箭瞄准棱镜等高放置，瞄准俯仰角在0°±2°内；
调整所述瞄准仪的光束照度不小于30LX；
调整瞄准棱镜宽度与所述瞄准仪光束直径的差值大于或等于20毫米。
3.如权利要求1所述的运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，所述步骤2中，测量时间为15秒，测量周期为1秒。
4.如权利要求1所述的运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，所述瞄准仪设置于导轨，所述导轨，用于引导所述瞄准仪平移。
5.如权利要求1-4任一项所述的运载火箭在风晃条件下的初始方位测量方法，其特征在于，所述步骤3之后，所述步骤4之前，所述初始方位测量方法还包括：
提取所述第一激光束、所述第二激光束相对应的夹角记录数据；
筛除所述第二激光束缺失的相关记录数据，获取所述第一激光束、所述第二激光束均存在的记录数据，将其视为所述火箭瞄准棱镜的摆动处于平移敏区时记录的数据。
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