CN111336872B - 一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，通过叠加牺牲角以及补偿角的方法，以牺牲转台正向俯仰角活动范围的前提下，解决了因负向俯仰角过大而导致转台机械角度限位的问题，满足了大落角攻击模式的武器系统半实物仿真需求，实现了大落角攻击模式的武器系统半实物仿真闭环实验，为制导火箭项目的武器研制提供了有力保障。

Description

一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法
技术领域
本发明属于制导武器仿真技术领域，尤其涉及一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法。
背景技术
转台具有模拟弹体姿态运动的功能，是制导武器系统半实物仿真试验必不可少的参试设备。立式转台是按照机械结构形式划分的一种转台类型，满足火箭制导武器系统全向发射需求。
传统的武器系统半实物仿真方法包括以下步骤：
S1：将惯性导航装置固定在立式转台上，对转台装订初始弹体姿态信息(θ0、ψ0、γ0)，进行转台姿态角初始化，等待激发指令；其中，θ0为初始弹体俯仰角、ψ0为初始弹体偏航角、γ0为初始弹体滚转角；
S2：仿真计算机检测到激发指令，实时进行姿态角解算，将解算得到的姿态信息(θfzj、ψfzj、γfzj)发送至转台；θfzj为仿真计算机解算的俯仰角、ψfzj为仿真计算机解算的偏航角、γfzj为仿真计算机解算的滚转角；
S3：转台执行姿态指令信息，作为制导武器系统飞行过程中的姿态模拟，以供惯性导航装置进行测量使用；
S4：惯性导航装置将敏感到的姿态信息(θgd、ψgd、γgd)发送至弹载计算机，作为弹载计算机控制指令解算的部分输入信息；其中，θgd为惯性导航装置敏感的俯仰角、ψgd为惯性导航装置敏感的偏航角、γgd为惯性导航装置敏感的滚转角；
S5：弹载计算机将解算得到的控制指令发送至舵机，由舵机响应；仿真计算机接收舵机响应后的舵反馈信息，并根据所述舵反馈信息得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置后，进行下一个周期的弹体姿态角解算，依此进行闭环半实物仿真。
由于立式转台的结构设计原理所限，要求输入给转台的俯仰角不能超过±90°范围，否则会导致转台机械限位。然而，对于一些采用大落角形式攻击模式的制导武器系统，末制导段的俯仰角一般会接近或小于-90°，超出了转台的设计输入范围，导致转台无法执行姿态信息指令，也就是说，传统方法无法满足大落角攻击模式的武器系统半实物仿真需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，解决了因负向俯仰角过大而导致转台机械角度限位的问题，能够满足大落角攻击模式的武器系统半实物仿真需求。
一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，包括以下步骤：
S1：为转台赋予初始偏航角ψ'0、初始滚转角γ'0以及初始俯仰角θ′0，并为初始俯仰角θ′0叠加一个恒定的牺牲角Δxs；
S2：仿真计算机进行姿态角解算，然后将解算得到的偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及叠加了牺牲角Δxs的俯仰角θ′zt发送至转台；
S3：转台按照所述偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及俯仰角θ′zt进行动作；
S4：惯性导航装置感应转台当前的姿态角，然后将感应得到的偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'gd发送到补偿注入计算机；
S5：补偿注入计算机为俯仰角θ'gd叠加一个恒定的补偿角Δbc后，将偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及补偿后的俯仰角θ'dj发送到弹载计算机，其中，补偿角Δbc与牺牲角Δxs大小相等，极性相反；
S6：弹载计算机根据偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'dj进行指令解算，得到舵指令；
S7：舵机根据所述舵指令进行偏转并生成舵反馈信息；
S8：仿真计算机根据所述舵反馈信息得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置后，判断所述位置与设定目标位置之间的距离是否小于设定值，若满足，则认为弹体击中目标，否则，将得到的弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角代替步骤S2中的三个姿态角发送给转台，重新执行步骤S3～S8，直到满足条件。
进一步的，步骤S8中弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置的获取方法具体为：
仿真计算机利用舵反馈信息与气动数据进行气动系数差值计算，得到弹体当前的执行力以及执行力矩，将执行力以及执行力矩代入运动学方程，从而得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置。
有益效果：
本发明提供一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，通过叠加牺牲角以及补偿角的方法，以牺牲转台正向俯仰角活动范围的前提下，解决了因负向俯仰角过大而导致转台机械角度限位的问题，满足了大落角攻击模式的武器系统半实物仿真需求，实现了大落角攻击模式的武器系统半实物仿真闭环实验，为制导火箭项目的武器研制提供了有力保障。
附图说明
图1为本发明提供的一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法的流程图；
图2为本发明提供的俯仰方向上转台输出角度与弹载计算机得到的输入角度的对比示意图；
图3为本发明提供的偏航方向上转台输出角度与弹载计算机得到的输入角度的对比示意图；
图4为本发明提供的滚转方向上转台输出角度与弹载计算机得到的输入角度的对比示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，在转台机械角度受限情况下，一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，包括以下步骤：
S1：为转台赋予初始偏航角ψ'0、初始滚转角γ'0以及初始俯仰角θ′0，并为初始俯仰角θ′0叠加一个恒定的牺牲角Δxs；
S2：仿真计算机进行姿态角解算，然后将解算得到的偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及叠加了牺牲角Δxs的俯仰角θ′zt发送至转台；
S3：转台按照所述偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及俯仰角θ′zt进行动作；
S4：惯性导航装置感应转台当前的姿态角，然后将感应得到的偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'gd发送到补偿注入计算机；
S5：补偿注入计算机为俯仰角θ'gd叠加一个恒定的补偿角Δbc后，将偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及补偿后的俯仰角θ'dj发送到弹载计算机，其中，补偿角Δbc与牺牲角Δxs大小相等，极性相反；
S6：弹载计算机根据偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'dj进行指令解算，得到舵指令；
需要说明的是，弹载计算机在解算舵指令的时候，不仅仅需要三个姿态角信息，还需要结合位置信息，其中，位置信息通过惯性导航装置对弹体的三轴加速度ax、ay、az进行积分得到，而弹体三轴加速度ax、ay、az通过仿真计算机计算得到；然后，位置信息和惯性导航装置敏感到的姿态角信息发送给弹载计算机，使其进行舵指令解算；
S7：舵机根据所述舵指令进行偏转并生成舵反馈信息；
S8：仿真计算机根据所述舵反馈信息得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置后，判断所述位置与设定目标位置之间的距离是否小于设定值，若满足，则认为弹体击中目标，否则，将得到的弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角代替步骤S2中的三个姿态角发送给转台，重新执行步骤S3～S8，直到满足条件。
进一步地，步骤S8中弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置的获取方法具体为：
仿真计算机利用舵反馈信息与气动数据进行气动系数差值计算，得到弹体当前的执行力以及执行力矩，将执行力以及执行力矩代入运动学方程，从而得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置。
本发明得到的仿真效果曲线分别如图2，图3，图4所示；其中，由图2可知，导弹在飞行仿真过程中，俯仰角的变化范围在-100到+55度之间，超出了转台在俯仰方向摆动的机械角度极限(-90到+90)，因此需对发送给转台的俯仰角指令进行补偿处理，即通过增加牺牲角的方式，使转台的摆动范围(-85到+70)达到转台的可变化范围内，再将惯导敏感得到的角度添加补偿角，发送至弹载计算机，供其进行控制解算；同时，由于转台在偏航角和滚转角方向没有机械限位限制，因此转台输出的偏航角、滚转角同弹载计算机输入的偏航角、滚转角一致，如图3和图4所示。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，其特征在于，弹体在飞行仿真过程中，俯仰角的变化范围超出了转台在俯仰方向摆动的机械角度极限，通过增加牺牲角的方式，对发送给转台的俯仰角指令进行补偿处理，使转台的摆动范围达到转台的可变化范围内；所述方法包括以下步骤：
S1：为转台赋予初始偏航角ψ'0、初始滚转角γ'0以及初始俯仰角θ’0，并为初始俯仰角θ0'叠加一个恒定的牺牲角Δxs；
S2：仿真计算机进行姿态角解算，然后将解算得到的偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及叠加了牺牲角Δxs的俯仰角θ’zt发送至转台；
S3：转台按照所述偏航角ψ'fzj、滚转角γ'fzj以及俯仰角θ’zt进行动作；
S4：惯性导航装置感应转台当前的姿态角，然后将感应得到的偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'gd发送到补偿注入计算机；
S5：补偿注入计算机为俯仰角θ'gd叠加一个恒定的补偿角Δbc后，将偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及补偿后的俯仰角θ'dj发送到弹载计算机，其中，补偿角Δbc与牺牲角Δxs大小相等，极性相反；
S6：弹载计算机根据偏航角ψ'gd、滚转角γ'gd以及俯仰角θ'dj进行指令解算，得到舵指令；
S7：舵机根据所述舵指令进行偏转并生成舵反馈信息；
S8：仿真计算机根据所述舵反馈信息得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置后，判断所述位置与设定目标位置之间的距离是否小于设定值，若满足，则认为弹体击中目标，否则，将得到的弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角代替步骤S2中的三个姿态角发送给转台，重新执行步骤S3～S8，直到满足条件。
2.如权利要求1所述的一种适用于模拟弹体姿态运动的转台的补偿式仿真方法，其特征在于，步骤S8中弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置的获取方法具体为：
仿真计算机利用舵反馈信息与气动数据进行气动系数差值计算，得到弹体当前的执行力以及执行力矩，将执行力以及执行力矩代入运动学方程，从而得到弹体当前的偏航角、滚转角、俯仰角以及位置。
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