CN105627982A - 一种远程运载器倾斜瞄准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于远程运载器射前初始方位角的瞄准、校准领域技术领域，具体涉及一种远程运载器倾斜瞄准方法，目的是解决运载器中惯导装置本体倾角较大时，现有方位传递方法造成的瞄准结果误差较大的问题。该方法包括建立坐标系、建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型、建立倾斜瞄准数学模型和计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角四个步骤。本发明采用建立坐标系、建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型、建立倾斜瞄准数学模型和计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角四个步骤，得出方位角计算值与实测值间的偏差控制在角秒量级，优于现有技术。该方法能够应用于诸如运载火箭、导弹初始方位瞄准或校准等领域。

Description

一种远程运载器倾斜瞄准方法

技术领域

本发明属于远程运载器射前初始方位角的瞄准、校准技术领域，具体涉及一种远程运载器倾斜瞄准方法。

背景技术

远程运载器初始方位作为射前必须测量的初始参数之一，直接决定了运载器的横向飞行精度。通常运载器的瞄准通过固联于惯导装置的直角棱镜来进行方位传递。

目前国内外运程运载器射前初始瞄准可分为水平瞄准和垂直瞄准两种。水平瞄准是弹体水平状态时，进行瞄准棱镜准直，垂直发射。此方式优点是隐蔽性好，快速机动，缺点是瞄准精度差。对瞄准精度要求较高时，一般采用垂直瞄准的方式。运载器处于竖直状态下，当棱镜的棱脊与惯导装置的方位敏感轴精确平行时，棱镜镜面的法线与运载器飞行指向轴平行；进而，在运载器垂直发射情况下，运载器的不水平相关角度较小，瞄准棱镜的法线铅垂，此时能够通过立体几何分析、使用瞄准仪对棱镜进行准直，且忽略微小量近似计算的方法来修正测量值，最终计算得到运载器的初始方位角。

然而，当运载器的横轴和纵轴不水平角度较大时，甚至达到几度级的不水平角时即倾斜发射的情况，前面忽略微小量近似计算的方法已不适用。因运载器中惯导装置本体存在大的双向倾斜，再叠加进棱镜自身的双向安装误差，致使瞄准仪平盘读数与真实方位角之间存在大的偏差。通过模拟试验验证表明，这两因素综合作用下方位角的测量误差甚至能到度级。

发明内容

本发明的目的是解决运载器中惯导装置本体倾角较大时，现有方位传递方法造成的瞄准结果误差较大的问题，提供一种远程运载器倾斜瞄准方法。

本发明是这样实现的：

一种远程运载器倾斜瞄准方法，包括如下步骤：

第一步：建立坐标系；

第二步：建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型；

第三步：建立倾斜瞄准数学模型；

第四步：计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角。

如上所述的建立坐标系步骤，建立大地坐标系、瞄准仪坐标系和安装瞄准棱镜载体的坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系。

如上所述的建立坐标系步骤，被测瞄准棱镜固连在惯导装置的前端面上，瞄准棱镜的法线与惯导装置的Y轴平行；采用瞄准仪准直测量瞄准棱镜，得出被测的瞄准棱镜的俯仰角和方位角；大地坐标系即东-北-天地理坐标系，安装瞄准棱镜载体的坐标系即惯导装置本体坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系，为瞄准棱镜载体坐标系的运载器纵轴，瞄准棱镜载体坐标系的运载器横轴。

如上所述的建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型步骤，为惯导本体轴相对大地坐标系y轴倾角，ψ₀为载体轴相对于大地坐标系z轴的倾角，为瞄准棱镜的棱脊向量，α、β分别为惯导本体坐标系下瞄准棱镜的棱脊向量与惯导本体坐标系YOZ面在水平方向和垂直方向上的安装误差角。

如上所述的建立倾斜瞄准数学模型步骤，通过瞄准仪准直瞄准棱镜的棱脊的法线，确定此法线相对于东北天地理坐标系中北向的夹角；为瞄准仪对棱镜准直时的光轴向量，A₀为瞄准仪平盘角，θ为瞄准仪竖盘角。

如上所述的建立倾斜瞄准数学模型步骤，所述的夹角的方向以顺时针方向为正。

如上所述的计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角步骤，计算以下公式得到

$\left|\stackrel{\→}{y_B}\right|=1---\left(2\right)$

$\left|\stackrel{\→}{z_B}\right|=1---\left(3\right)$

$\stackrel{\→}{y_B}\·\stackrel{\→}{z_B}=1---\left(4\right)$

sin(ΔΦ₀)＝-c(5)

sin(Φ₀)＝f(6)

$\stackrel{\→}{o_{s}c}\·\stackrel{\→}{o_{B}p}=0---\left(7\right)$

式中， $\stackrel{\→}{y_B}=\left\{\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right\},\stackrel{\→}{z_B}=\left\{\begin{array}{c}d\\ e\\ f\end{array}\right\},\stackrel{\→}{x_B}=\left\{\begin{array}{c}g\\ h\\ i\end{array}\right\},$

$\stackrel{\→}{o_{s}c}=\{\cos \mathrm{\θ}\cos A_0,-\cos \mathrm{\θ}\sin A_0,\sin \mathrm{\θ}\};$

$\stackrel{\→}{o_{B}p}=\left\{\begin{array}{c}-T\frac{\mathrm{tg\β}}{\mathrm{tg\α}}\\ \mathrm{tg\α}\\ 1\end{array}\right\},T=\left|\begin{array}{ccc}g& a& d\\ h& b& e\\ i& c& f\end{array}\right|,$ a、b、c、d、e、f、g、h、i均为中间变量。

本发明有益效果在于：

本发明采用建立坐标系、建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型、建立倾斜瞄准数学模型和计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角四个步骤，得出方位角计算值与实测值间的偏差控制在角秒量级，优于现有技术。该方法能够应用于诸如运载火箭、导弹初始方位瞄准或校准等领域。

附图说明

图1为本发明的一种远程运载器倾斜瞄准方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种远程运载器倾斜瞄准方法作详细描述：

如图1所示，一种远程运载器倾斜瞄准方法，包括如下步骤：

第一步：建立坐标系；

建立大地坐标系、瞄准仪坐标系和安装瞄准棱镜载体的坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系。

在本实施例中，被测瞄准棱镜固连在惯导装置的前端面上，瞄准棱镜的法线与惯导装置的Y轴平行。采用瞄准仪准直测量瞄准棱镜，得出被测的瞄准棱镜的俯仰角和方位角。大地坐标系即东-北-天地理坐标系，安装瞄准棱镜载体的坐标系即惯导装置本体坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系，为瞄准棱镜载体坐标系的运载器纵轴，瞄准棱镜载体坐标系的运载器横轴。

第二步：建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型；

为惯导本体轴相对大地坐标系y轴倾角，ψ₀为载体轴相对于大地坐标系z轴的倾角，为瞄准棱镜的棱脊向量，α、β分别为惯导本体坐标系下瞄准棱镜的棱脊向量与惯导本体坐标系YOZ面在水平方向和垂直方向上的安装误差角。

第三步：建立倾斜瞄准数学模型；

通过瞄准仪准直瞄准棱镜的棱脊的法线，确定此法线相对于东北天地理坐标系中北向的夹角。该夹角的方向以顺时针方向为正。为瞄准仪对棱镜准直时的光轴向量，A₀为瞄准仪平盘角，θ为瞄准仪竖盘角。

第四步：计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角；

令第一步中瞄准仪坐标系中单位向量

$\left|\stackrel{\→}{y_B}\right|=1---\left(2\right)$

$\left|\stackrel{\→}{z_B}\right|=1---\left(3\right)$

$\stackrel{\→}{y_B}\·\stackrel{\→}{z_B}=1---\left(4\right)$

sin(ΔΦ₀)＝-c(5)

sin(Φ₀)＝f(6)

$\stackrel{\→}{o_{s}c}\·\stackrel{\→}{o_{B}p}=0---\left(7\right)$

式中， $\stackrel{\→}{y_B}=\left\{\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right\},\stackrel{\→}{z_B}=\left\{\begin{array}{c}d\\ e\\ f\end{array}\right\},\stackrel{\→}{x_B}=\left\{\begin{array}{c}g\\ h\\ i\end{array}\right\},$

$\stackrel{\→}{o_{s}c}=\{\cos \mathrm{\θ}\cos A_0,-\cos \mathrm{\θ}\sin A_0,\sin \mathrm{\θ}\};$

$\stackrel{\→}{o_{B}p}=\left\{\begin{array}{c}-T\frac{\mathrm{tg\β}}{\mathrm{tg\α}}\\ \mathrm{tg\α}\\ 1\end{array}\right\},T=\left|\begin{array}{ccc}g& a& d\\ h& b& e\\ i& c& f\end{array}\right|;$ a、b、c、d、e、f、g、h、i均为中间变量，联立(1)-(7)可以解算出即为方位角

表1所示为采用本发明的方法进行试验得到的数据。

表1试验数据一览表

从表1可以看出，方位计算误差与实际测试误差控制在10"级。

本发明采用建立坐标系、建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型、建立倾斜瞄准数学模型和计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角四个步骤，得出方位角计算值与实测值间的偏差控制在角秒量级，优于现有技术。该方法能够应用于诸如运载火箭、导弹初始方位瞄准或校准等领域。

Claims (7)

1.一种远程运载器倾斜瞄准方法，包括如下步骤：

第一步：建立坐标系；

第二步：建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型；

第三步：建立倾斜瞄准数学模型；

第四步：计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的建立坐标系步骤，建立大地坐标系、瞄准仪坐标系和安装瞄准棱镜载体的坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系。

3.根据权利要求1所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的建立坐标系步骤，被测瞄准棱镜固连在惯导装置的前端面上，瞄准棱镜的法线与惯导装置的Y轴平行；采用瞄准仪准直测量瞄准棱镜，得出被测的瞄准棱镜的俯仰角和方位角；大地坐标系即东-北-天地理坐标系，安装瞄准棱镜载体的坐标系即惯导装置本体坐标系，其中OENZ表示东-北-天地理坐标系，o_sx_sy_sz_s为瞄准仪坐标系，O_Bx_By_Bz_B为瞄准棱镜载体坐标系，为瞄准棱镜载体坐标系的运载器纵轴，瞄准棱镜载体坐标系的运载器横轴。

4.根据权利要求1所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的建立瞄准棱镜安装载体倾斜数学模型步骤，为惯导本体轴相对大地坐标系y轴倾角，ψ₀为载体轴相对于大地坐标系z轴的倾角，为瞄准棱镜的棱脊向量，α、β分别为惯导本体坐标系下瞄准棱镜的棱脊向量与惯导本体坐标系YOZ面在水平方向和垂直方向上的安装误差角。

5.根据权利要求1所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的建立倾斜瞄准数学模型步骤，通过瞄准仪准直瞄准棱镜的棱脊的法线，确定此法线相对于东北天地理坐标系中北向的夹角；为瞄准仪对棱镜准直时的光轴向量，A₀为瞄准仪平盘角，θ为瞄准仪竖盘角。

6.根据权利要求5所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的建立倾斜瞄准数学模型步骤，所述的夹角的方向以顺时针方向为正。

7.根据权利要求1所述的一种远程运载器倾斜瞄准方法，其特征在于：所述的计算倾斜瞄准惯导平台Y轴与东北天坐标系中北向的夹角步骤，计算以下公式得到

$\left|\stackrel{\→}{y_B}\right|=1---\left(2\right)$

$\left|\stackrel{\→}{z_B}\right|=1---\left(3\right)$

$\stackrel{\→}{y_B}\·\stackrel{\→}{z_B}=1---\left(4\right)$

sin(ΔΦ₀)＝-c(5)

sin(Φ₀)＝f(6)

$\stackrel{\→}{o_{s}c}\·\stackrel{\→}{o_{B}p}=0---\left(7\right)$

式中， $\stackrel{\→}{y_B}=\left\{\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right\},\stackrel{\→}{z_B}=\left\{\begin{array}{c}d\\ e\\ f\end{array}\right\},\stackrel{\→}{x_B}=\left\{\begin{array}{c}g\\ h\\ i\end{array}\right\},\stackrel{\→}{o_{s}c}=\{\cos \mathrm{\θ}\cos A_0,-\cos \mathrm{\θ}\sin A_0,\sin \mathrm{\θ}\};$

$\stackrel{\→}{o_{B}p}=\left\{\begin{array}{c}-T\frac{\mathrm{tg\β}}{\mathrm{tg\α}}\\ \mathrm{tg\α}\\ 1\end{array}\right\},T=\left|\begin{array}{ccc}g& a& d\\ h& b& e\\ i& c& f\end{array}\right|,$ a、b、c、d、e、f、g、h、i均为中间变量。