CN111457789B - 一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种实验室坐标系下的地球自转修正方法及系统，其中所述方法包括：利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。解决了实验室环境下惯性测量装置量测地球自转角速度失真的问题，修正了发射地点和实验室不匹配产生的地球自转影响。

Description

一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统

技术领域

本申请实施例涉及仿真技术领域，具体涉及一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统。

背景技术

半实物仿真是导弹制导控制系统研制、算法预测、参数优化及飞行试验预测的重要验证手段。在导弹飞行中惯性测量装置用于测量导弹的角速度信息和加速度信息，并发送给弹上信息处理器进行制导回路计算。弹上信息处理器基于装订的发射地点、发射方位角构建发射坐标系，并利用惯性测量装置的量测信息进行地球自转修正和加速度补偿等。

而半实物仿真时，将惯性测量装置安装到实验室三轴飞行转台上，惯性测量装置敏感到的地球自转角速度是基于实验室坐标系，而非导弹发射点实际装订构建的发射坐标系，由此产生了惯性测量装置量测失真问题。

发明内容

为此，本申请实施例提供一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统，考虑了半实物仿真与导弹实际飞行的地球自转天地不一致问题，解决了实验室环境下惯性测量装置量测地球自转角速度失真问题，修正了发射地点和实验室不匹配的地球自转影响。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种实验室坐标系下的地球自转修正方法，所述方法包括：

利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；

根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；

根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；

进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

可选地，所述将实验室基准坐标系转换实验室发射坐标系的转换矩阵为

可选地，所述根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系，包括：

当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系为所述实验室基准坐标系；或者当转台有偏转角度时，将所述实验室基准坐标系转换成三轴飞行转台指令坐标系，其中，定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,

,γ^*)，ψ^*为转台偏航角，

为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

可选地，当转台有偏转角度时，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

可选地，基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

)的逆矩阵。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种实验室坐标系下的地球自转修正系统，所述系统包括：

实验室发射坐标系建立模块，用于利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；

三轴飞行转台指令坐标系建立模块，用于根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；

基于转台偏置的实验室发射坐标系建立模块，用于根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；

修正补偿模块，用于进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度

和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

可选地，所述实验室发射坐标系建立模块具体用于：所述将实验室基准坐标系转换实验室发射坐标系的转换矩阵为

可选地，所述三轴飞行转台指令坐标系建立模块具体用于：当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系为所述实验室基准坐标系；或者当转台有偏转角度时，将所述实验室基准坐标系转换成三轴飞行转台指令坐标系，其中，定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,

,γ^*)，ψ^*为转台偏航角，

为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

可选地，当转台有偏转角度时，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

可选地，基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

的逆矩阵。

综上所述，本申请实施例提供了一种实验室坐标系下的地球自转修正方法和系统，通过利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。解决了实验室环境下惯性测量装置量测地球自转角速度失真问题，修正了发射地点和实验室不匹配的地球自转影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本申请实施例提供的一种实验室坐标系下的地球自转修正方法流程示意图；

图2为本申请实施例提供的实施例示意图；

图3为本申请实施例提供的一种实验室坐标系下的地球自转修正系统框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本申请实施例提供的一种实验室坐标系下的地球自转修正方法，所述方法包括如下步骤：

步骤101：利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系。

实验室当地的地理纬度记为λ_e0，三轴飞行转台的地理纬度记为λ_eT、发射方位角记为A_tT(相对于北天东坐标系)。三轴飞行转台的地理纬度与实验室当地的地理纬度近似相同，即：λ_eT≈λ_e0。利用右手法则，基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT和发射方位角A_tT指向构成了实验室发射坐标系。

在一种可能的实施方式中，实验室基准坐标系转向实验室发射坐标系的转换矩阵为：

步骤102：根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系。

当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系即为实验室基准坐标系。

当转台有偏转角度时，三轴飞行转台坐标系由实验室基准坐标系转换到了三轴飞行转台指令坐标系。定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,

,γ^*)。其中，ψ^*为转台偏航角，

为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

在一种可能的实施方式中，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

步骤103：根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*。

当转台有偏转角度时，步骤101建立的实验室发射坐标系也相应的发生了偏转。如图2所示。基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

的逆矩阵。

通过上述转换关系可得到新实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*。

步骤104：进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

半实物仿真试验时，弹上信息处理器装订步骤103计算得到的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*，以此进行弹上信息处理器内部的地球自转修正和加速度补偿。

本申请实施例提供的一种实验室坐标系下的地球自转修正方法，考虑了半实物仿真与导弹实际飞行的地球自转天地不一致问题，解决了实验室环境下惯性测量装置量测地球自转角速度失真问题，修正了发射地点和实验室不匹配的地球自转影响。

综上所述，本申请实施例提供了一种实验室坐标系下的地球自转修正方法，通过利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。解决了实验室环境下惯性测量装置量测地球自转角速度失真问题，修正了发射地点和实验室不匹配的地球自转影响。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种实验室坐标系下的地球自转修正系统，如图3所示，所述系统包括：

实验室发射坐标系建立模块301，用于利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系。

三轴飞行转台指令坐标系建立模块302，用于根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系。

基于转台偏置的实验室发射坐标系建立模块303，用于根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*。

修正补偿模块304，用于进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

可选地，所述实验室发射坐标系建立模块301具体用于：所述将实验室基准坐标系转换实验室发射坐标系的转换矩阵为

可选地，所述三轴飞行转台指令坐标系建立模块具体用于：当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系为所述实验室基准坐标系；或者当转台有偏转角度时，将所述实验室基准坐标系转换成三轴飞行转台指令坐标系，其中，定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,

,γ^*)，ψ^*为转台偏航角，

为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

可选地，当转台有偏转角度时，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

可选地，基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

的逆矩阵。

本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验室坐标系下的地球自转修正方法，其特征在于，所述方法包括：

利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；

根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；

根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；

进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将实验室基准坐标系转换实验室发射坐标系的转换矩阵为

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系，包括：

当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系为所述实验室基准坐标系；或者

当转台有偏转角度时，将所述实验室基准坐标系转换成三轴飞行转台指令坐标系，其中，定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,θ^*,γ^*)，ψ^*为转台偏航角，θ^*为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当转台有偏转角度时，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

的逆矩阵。

6.一种实验室坐标系下的地球自转修正系统，其特征在于，所述系统包括：

实验室发射坐标系建立模块，用于利用右手法则基于三轴飞行转台的地理纬度λ_eT、发射方位角A_tT和实验室基准坐标系，建立实验室发射坐标系；

三轴飞行转台指令坐标系建立模块，用于根据转台的偏转情况建立三轴飞行转台指令坐标系；

基于转台偏置的实验室发射坐标系建立模块，用于根据转台的偏转情况建立基于转台偏置的实验室发射坐标系，得到基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*；

修正补偿模块，用于进行半实物仿真试验时，弹上基于所述地理纬度λ_e ^*和发射方位角A_t ^*的信息处理器，进行基于转台偏置的实验室发射坐标系下的地球自转修正和加速度补偿。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述实验室发射坐标系建立模块具体用于：

将实验室基准坐标系转换实验室发射坐标系的转换矩阵为

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述三轴飞行转台指令坐标系建立模块具体用于：

当转台处于初始零位时，三轴飞行转台坐标系为所述实验室基准坐标系；或者

当转台有偏转角度时，将所述实验室基准坐标系转换成三轴飞行转台指令坐标系，其中，定义实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换角度为(ψ^*,θ^*,γ^*)，ψ^*为转台偏航角，θ^*为转台俯仰角，γ^*为转台滚转角。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，当转台有偏转角度时，实验室基准坐标系转向三轴飞行转台指令坐标系的转换矩阵为：

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，基于转台偏置的新实验室发射坐标系的转换关系为：

其中，

为

的逆矩阵。

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