CN110244774B - 一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法和装置，所述方法包括：实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

Description

一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法和装置

技术领域

本发明涉及动基座瞄准方法，具体涉及一种用于横摇、纵摇、前摇动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法和装置。

背景技术

动基座瞄准主要应用于雷达伺服控制系统、火炮发射控制系统、导弹发射控制系统等，利用起竖回转装置，通过高低机、方向机两个自由度动作，带动雷达、火炮、导弹等负载达到目标姿态角(即目标高低角和目标方位角)。

由于动基座的横摇、纵摇、前摇，对起竖回转装置的高低、方位等姿态角造成影响，需要控制系统驱动高低机和方向机在目标姿态角附近实时瞄准跟踪，直至工作完成，这是一种动基座瞄准控制，要求在大载荷下稳定，并具有良好的动态特性。由于横摇、纵遥对起竖回转装置基座造成较大的倾角，高低和方位两个方向会存在较大的耦合作用，在装置高低角变化的同时，方位角也随之变化，如果直接以装置实时高低角、方位角作为基准进行起竖回转控制，则难以使高低和方位两个方向同时满足精度要求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法、装置，能够适应动基座起竖回转装置瞄准控制需求。

一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法，包括：

步骤S1，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

步骤S2，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

步骤S3，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

步骤S4，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

所述步骤S1具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

所述步骤S2具体为：

已知目标高低角θ_m、目标方位角

基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ、基座当前横倾角δ，采用以下公式求高低机相对于方向机的目标起竖角β_m，方向机对于基座的目标回转角α_m：

方向机目标回转角：

高低机目标起竖角：

所述步骤S3具体为：

控制系统通过起竖角度传感器，测得高低机相对于回转台的当前起竖角，通过回转角度传感器，测得方向机相对于基座的当前回转角；

起竖角度传感器安装于起竖耳轴，回转角度传感器安装于回转中心；起竖角度传感器和回转角度传感器为绝对式传感器，并预先在负载回平状态下置零；

以目标起竖角为目标、当前起竖角为基准，对高低机进行俯仰方向跟随闭环控制；以目标回转角为目标、当前回转角为基准，对方向机进行回转方向跟随闭环控制。

所述步骤S4具体为：

控制系统在起竖、回转跟随闭环控制过程中，根据发射装置基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角、发射架当前起竖角、回转台当前回转角，实时结算发射架当前高低角、当前方位角；并与目标高低角、目标方位角进行比对，差值稳定在精度区间内,即允许启动工作。

所述步骤S4具体为：

已知基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ，基座当前横倾角δ，高低机当前起竖角β，方向机当前回转角α，采用以下公式求求负载当前高低角θ，当前方位角

负载当前方位角：

负载当前高低角：

θ＝Arcsin(cosαcosβsinδ+cosγsinβcosδ+cosβsinαcosδsinλ)。

一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦装置，包括：

获取单元，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

计算单元，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

控制单元，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

判定单元，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

所述获取单元具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

本发明中，针对起竖回转装置在摇摆情况下，提出一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦算法，能够满足实时高精度瞄准跟踪控制需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法的示意图；

图2为本发明应用场景所述的一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法的示意图；

图3为本发明中目标起竖角、目标回转角实时解算示意图；

图4为本发明中当前高低角、当前方位角实时解算示意图；

图5为本发明中负载高低角、方位角示意图

图6为本发明中高低机起竖角、方向机回转角示意图；

图7为本发明中基座纵倾角、横倾角示意图；

图8为本发明中基座纵轴方位角、负载方位角示意图

图9为本发明为本发明所述的一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦装置的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如图1所示，为本发明所述的一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法，包括：

步骤S1，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

步骤S2，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

步骤S3，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

步骤S4，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

所述步骤S1具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

所述步骤S2具体为：

已知目标高低角θ_m、目标方位角

基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ、基座当前横倾角δ，采用以下公式求高低机相对于方向机的目标起竖角β_m，方向机对于基座的目标回转角α_m：

方向机目标回转角：

高低机目标起竖角：

所述步骤S3具体为：

控制系统通过起竖角度传感器，测得高低机相对于回转台的当前起竖角，通过回转角度传感器，测得方向机相对于基座的当前回转角；

起竖角度传感器安装于起竖耳轴，回转角度传感器安装于回转中心；起竖角度传感器和回转角度传感器为绝对式传感器，并预先在负载回平状态下置零；

以目标起竖角为目标、当前起竖角为基准，对高低机进行俯仰方向跟随闭环控制；以目标回转角为目标、当前回转角为基准，对方向机进行回转方向跟随闭环控制。

所述步骤S4具体为：

控制系统在起竖、回转跟随闭环控制过程中，根据发射装置基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角、发射架当前起竖角、回转台当前回转角，实时结算发射架当前高低角、当前方位角；并与目标高低角、目标方位角进行比对，差值稳定在精度区间内,即允许启动工作。

所述步骤S4具体为：

已知基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ，基座当前横倾角δ，高低机当前起竖角β，方向机当前回转角α，采用以下公式求求负载当前高低角θ，当前方位角

负载当前方位角：

负载当前高低角：

θ＝Arcsin(cosαcosβsinδ+cosγsinβcosδ+cosβsinαcosδsinλ)。

本发明针对起竖回转装置在摇摆情况下，实时高精度瞄准跟踪控制需求，提出一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦算法，用于克服基座摇摆对起竖回转装置姿态角带来的影响，提高瞄准精度，同时解决基座大倾角下，起竖回转装置高低、方位两方向的耦合问题。

以下描述本发明应用场景。

以下描述测量元件的安装位置

·在起竖回转装置基座上设置激光惯组测量基座纵轴方位角、基座横倾角、基座纵倾角，激光惯组纵轴与基座纵轴重合

·在基座与方向机间安装回转支承，并在回转中心设置回转角度传感器测量回转台回转角

·方向机上安装高低机，在起竖耳轴上设置起竖角度传感器测量高低机起竖角

然后，定义坐标系、角度

·大地坐标系定义OXYZ

原点O设在方向机中心，OX指向正东与水平面平行，OY指向正北与水平面平行、与OX垂直，OZ指向上、垂直水平面。

·基座坐标系定义OX₁Y₁Z₁

原点O设在方向机中心，

由基座后部向前部看，基座横轴OX₁指向装置右侧与方向机安装面平行。基座纵轴OY₁指向起竖回转装置前部与方向机安装面平行，基座立轴OZ₁指向上、垂直方向机安装面。

·负载高低角θ：

负载纵轴与水平面夹角，见图5。负载纵轴处于水平面时为0度，负载向上倾斜为正，负载向下倾斜为负。

·负载方位角

负载纵轴在水平面内投影与正北向夹角，见图8。负载纵轴投影指向正北为0度，正东为90度，正南为180度，正西为270度。

·高低机起竖角β：

高低机在起竖时绕耳轴转过的角度，见图6。用起竖角度传感器器测量。

高低机纵轴与基座平行为零，绕耳轴向上转为正，反之为负。

·方向机回转角α：

方向机在回转时相对中位绕回转台中心轴转过的角度，见图6。用回转角度传感器测量。

由基座后部向前部看，方向机在中位时为零，向右转为正，反之为负。

·基座纵倾角γ：

基座纵轴与水平面的夹角，见图7。

由基座后部向前部看，基座纵轴前高后低为正，反之为负。

·基座横倾角δ：

基座横轴与水平面的夹角，见图7。

由基座后部向前部看，基座横轴左高右低为正，反之为负。

·基座纵轴方位角

基座纵轴在水平面内投影与正北向夹角，见图8。用激光惯组测量。

基座纵轴投影指向正北为0度，正东为90度，正南为180度，正西为270度。

如图2所示，为本发明应用场景中一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦算法，包括：

步骤S1，实时获取基座横倾角、纵倾角、纵轴方位角。具体实现方法如下：

控制系统通过激光惯组实时测得基座当前姿态角，即基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。激光惯组安装于起竖回转装置基座上，激光惯组纵轴与基座纵轴重合。

步骤S2，根据实际负载目标高低角、目标方位角、基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角。具体实现方法如下：

控制系统接收到目标高低角、目标方位角后，根据基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角，在瞄准跟随过程中，实时解算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角，目标起竖角和目标回转角随基座姿态变化而变化，但无耦合作用。见图2。

已知目标高低角θ_m，目标方位角

基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ，基座当前横倾角δ，求高低机目标起竖角β_m，方向机目标回转角α_m。

方向机目标回转角：

高低机目标起竖角：

步骤S3，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制。具体实现方法如下：

控制系统通过起竖角度传感器测得高低机相对于回转台的当前起竖角，通过回转角度传感器测得方向机相对于基座的当前回转角。起竖角度传感器安装于起竖耳轴，回转角度传感器安装于回转中心。起竖角度传感器和回转角度传感器为绝对式传感器，并预先在负载回平状态下置零。

以目标起竖角为目标、当前起竖角为基准对高低机进行俯仰方向跟随闭环控制；以目标回转角为目标、当前回转角为基准对方向机进行回转方向跟随闭环控制。俯仰方向和回转方向之间无耦合作用，因此分别进行两方向控制时，起竖角、回转角不会互相影响。

步骤S4，根据当前基座横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角、当前起竖角、当前回转角，采用解耦算法实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。具体实现方法如下：

控制系统在起竖、回转跟随闭环控制过程中，根据发射装置基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角、发射架当前起竖角、回转台当前回转角，实时结算发射架当前高低角、当前方位角，并与目标高低角、目标方位角进行比对，差值稳定在精度区间内即允许启动工作。见图3。精度区间可以根据情况设定。

已知基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ，基座当前横倾角δ，高低机当前起竖角β，方向机当前回转角α，求负载当前高低角θ，当前方位角

负载当前方位角：

负载当前高低角：

θ＝Arcsin(cosαcosβsinδ+cosγsinβcosδ+cosβsinαcosδsinλ)

本发明具有以下有益效果：

a)能够适应动基座起竖回转装置瞄准控制需求；

b)克服基座摇摆对负载姿态角带来的影响；

c)解决基座倾角下，负载高低、方位两方向的耦合问题。

如图9所示，为本发明所述的一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦装置，包括：

获取单元91，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

计算单元92，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

控制单元93，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

判定单元94，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

所述获取单元91具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦方法，其特征在于，包括：

步骤S1，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

步骤S2，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

步骤S3，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

步骤S4，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据；

所述步骤S2具体为：

已知目标高低角θ_m、目标方位角

基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ、基座当前横倾角δ，采用以下公式求高低机相对于方向机的目标起竖角β_m，方向机对于基座的目标回转角α_m：

方向机目标回转角：

高低机目标起竖角：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

控制系统通过起竖角度传感器，测得高低机相对于回转台的当前起竖角，通过回转角度传感器，测得方向机相对于基座的当前回转角；

起竖角度传感器安装于起竖耳轴，回转角度传感器安装于回转中心；起竖角度传感器和回转角度传感器为绝对式传感器，并预先在负载回平状态下置零；

以目标起竖角为目标、当前起竖角为基准，对高低机进行俯仰方向跟随闭环控制；以目标回转角为目标、当前回转角为基准，对方向机进行回转方向跟随闭环控制。

4.根据权利要求1所述的WW，其特征在于，所述步骤S4具体为：

控制系统在起竖、回转跟随闭环控制过程中，根据发射装置基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角、发射架当前起竖角、回转台当前回转角，实时结算发射架当前高低角、当前方位角；并与目标高低角、目标方位角进行比对，差值稳定在精度区间内,即允许启动工作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

已知基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ，基座当前横倾角δ，高低机当前起竖角β，方向机当前回转角α，采用以下公式求求负载当前高低角θ，当前方位角

负载当前方位角：

负载当前高低角：

θ＝Arcsin(cosαcosβsinδ+cosγsinβcosδ+cosβsinαcosδsinλ)。

6.一种动基座起竖回转装置瞄准的解耦装置，其特征在于，包括：

获取单元，实时获取基座当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角；

计算单元，根据实际负载目标高低角、目标方位角、所述基座当前横倾角、所述当前纵倾角、所述当前纵轴方位角，采用解耦算法，实时计算高低机相对于方向机的目标起竖角、方向机相对于基座的目标回转角；

已知目标高低角θ_m、目标方位角

基座当前纵轴方位角

基座当前纵倾角γ、基座当前横倾角δ，采用以下公式求高低机相对于方向机的目标起竖角β_m，方向机对于基座的目标回转角α_m：

方向机目标回转角：

高低机目标起竖角：

控制单元，实时获取当前起竖角、当前回转角，以目标起竖角、目标回转角作为目标进行起竖和回转跟随控制；

判定单元，根据基座的所述当前横倾角、所述当前纵倾角所述、当前纵轴方位角、所述当前起竖角、所述当前回转角，采用解耦算法，实时计算负载当前高低角、当前方位角，作为是否允许发射的判定依据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元具体为：

控制系统通过激光惯组，实时测得基座的当前横倾角、当前纵倾角、当前纵轴方位角。

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