CN115855071B - 一种基于多传感器融合的射程解算方法及系统 - Google Patents
一种基于多传感器融合的射程解算方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于多传感器融合的射程解算方法及系统，包括如下步骤：将飞行过程细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；基于所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，获得所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；基于所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算所述研究对象在每段飞行过程的距离；根据俯仰对所述研究对象在每段飞行过程的距离进行三角变换，获得所述研究对象在每段飞行过程的距离；对所述研究对象在每段飞行过程进行累加求和，获得所述研究对象在整个飞行过程中的射程。
Description
技术领域
本发明属于信号检测技术领域，尤其涉及一种基于多传感器融合的射程解算方法及系统。
背景技术
合理的规划机构解保时间，在规划炸点附近一定距离内再解保，就能更有效地保证使用安全。改善机构飞行过程安全问题的前提是实地试验获得环境参数测试，并对研究对象的运动规律进行分析。与射程解算相关的研究多集中于定距测量技术，其中计时定距研究较早，美国1978年定型第一个时间电子机构；瑞士所用机构为可编程计时机构，以实现精确的控制；南京理工大学的何振才提出了一种结构简单，无需用其他装置的计转数的方法获取研究对象初速度。计转数定距技术发展的相对较晚，是根据研究对象旋转一圈所走过的路程，再通过一定的修正，来计算飞行的距离，2005年，研究院的张比升等人对计算机构飞行距离与转数的关系中的计算误差进行了分析；2008年，南京理工大学的武波涌通过仿真系统对其进行研究；中国船舶重工集团的杨志成、中北大学的任先贞等人分别用巨磁电阻芯片和薄膜式地磁传感器设计电路，对机构的转数测量方法展开了研究。
计时定距技术误差一方面在于所装定数据的不准确性，另一方面在于所用振荡器带来的误差，同时，计时定距还存在结构复杂、成本高、可靠性低的缺点。
计转数定距虽然不会受振荡器周期误差的影响，但是同样会受到装定数据的影响，而且初始状态不同，在飞行过程中的参数不同，都会造成定距的误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于多传感器融合的射程解算方法及系统，将研究对象从出炮口到落地点时刻中的整个飞行过程进行细分，并对每一小段飞行过程分别进行计算，求出每一小段飞行过程的射程，并累加求和，即可得到研究对象在整个飞行过程中的射程。
一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种基于多传感器融合的射程解算方法，包括如下步骤：
将飞行过程细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；
基于所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，获得所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；
基于所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算所述研究对象在每段飞行过程飞行的距离；
根据俯仰对所述研究对象在每段飞行过程的距离进行三角变换，获得所述研究对象在每段飞行过程的射程；
对所述研究对象在每段射程进行累加求和，获得所述研究对象在整个飞行过程中的射程。
优选的，计算所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角的方法为：
在研究对象发射前装定当地地磁场信息；
基于地磁传感器的研究对象飞行方向上的敏感轴，感知所述研究对象飞行方向上的地磁分量；
根据所述当地地磁场信息和所述研究对象飞行方向上的地磁分量，解算俯仰角数学模型，获得所述研究对象在飞行过程中任意位置的俯仰角。
优选的，计算所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角的具体过程为：
将当地地磁场信息和飞行方向上的地磁分量分解为若干段进行数据采样；
先提取出每一段数据的零点左右的值，获得地磁数据每一段的零点；
将提取出的采样数据长度与地磁数据长度进行比较，在所述提取出的采样数据长度大于所述地磁数据长度时停止采样，获得所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息；
基于所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息，求解所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差；
基于所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差，获得所述研究对象每个旋转周期内的俯仰角，即为所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角。
优选的，所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差的表达式为：
其中，N是T数据的长度，T为所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息。
优选的，所述研究对象每个旋转周期内的俯仰角的表达式为：
其中，为研究对象第个旋转周期的俯仰角，为研究对象第个旋转周期的地磁信息零点相位差，由已知条件发射方位角确定，为修正后安装角。
优选的，计算所述研究对象在每段飞行过程任意位置的轴向速度的方法为：
通过在机构内部安装敏感轴与研究对象飞行方向重合的加速度传感器，测得所述研究对象在轴向的加速度；
根据所述研究对象滚转一周所经历的时间对所述研究对象在轴向的加速度进行求解，获得所述研究对象在每段飞行过程任意位置的轴向速度。
优选的，所述研究对象在每段飞行过程任意位置的轴向速度的表达式为：
其中，L为火炮的缠距，η为火炮的缠度，d为火炮的口径，t为飞行时间，γ为所述对象转动的弧度，ω为所述对象的角速度。
优选的，所述研究对象在整个飞行过程中的射程的表达式为：
，
其中，为飞行过程细分的段数，为所述研究对象在每段飞行过程的射程，为所述研究对象在每段飞行过程的速度，为所述研究对象在每段飞行过程经历的时间，为所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角。
另一方面，本发明还提供一种基于多传感器融合的射程解算系统，包括，基础数据获取模块、分段计算模块、距离计算模块、分段射程计算模块和叠加模块；
所述基础数据获取模块用于将飞行过程细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；
所述分段计算模块用于基于所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，获得所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；
所述距离计算模块用于基于所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算所述研究对象在每段飞行的距离；
所述分段射程计算模块用于根据俯仰对所述研究对象在每段飞行的距离进行三角变换，获得所述研究对象在每段飞行过程的射程；
所述叠加模块用于对所述研究对象在每段飞行过程的射程进行累加求和，获得所述研究对象在整个飞行过程中的射程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明基于单个地磁传感器和单个加速度计的射程解算方法显著降低了研究对象射程解算的成本。
本发明根据给定发射诸元下研究对象飞行过程中角速度和速度的关系，在给定发射诸元下由地磁信息求解研究对象姿态角、转数满足了飞行过程参数进行辨识的基本要求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的一种基于多传感器融合的射程解算方法流程示意图；
图2为本发明实施例的地磁信号零点提取图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
根据图1所示，本实施例提供了一种基于多传感器融合的射程解算方法，包括以下步骤：
将飞行过程尽可能的细分为n段，使每一段所经历的时间都尽可能的短，每一小段飞行过程可近似成一条直线。研究对象在每一小段飞行过程所经历的时间为研究对象旋转一周的时间，通过该段飞行过程某一位置的俯仰角和轴向速度，通过该段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，近似替代该段飞行过程的俯仰角和速度，近似求出研究对象在该段飞行的距离，根据俯仰对飞行距离进行三角变换，得到研究对象在该段时间内的射程，将求出每一小段研究对象的射程累加求和，解出研究对象在整个飞行过程中的射程。
进一步地，该研究对象的射程解算流程可以在研究对象发射前装定当地地磁场信息，地磁传感器的研究对象飞行方向上的敏感轴可以感知研究对象方向上的当地地磁分量，根据当地地磁场信息和研究对象方向上的地磁分量，解算俯仰角数学模型，可以得到研究对象在飞行过程中任意位置的俯仰角。本实施例用一个敏感轴与研究对象飞行方向呈60°夹角的磁阻传感器数据对研究对象每旋转一周所需要的时间和俯仰角进行解算。
进一步地，通过在机构内部安装敏感轴与研究对象飞行方向重合的加速度传感器，即可测得研究对象在轴向的加速度，再根据研究对象滚转一周所经历的时间对研究对象的轴向加速度进行求解，即可近似得到研究对象滚转一周内的轴向速度。本实施例结合实地试验的参数信息，以及研究对象在出炮口附近的滚转速率，修正研究对象的初速度，在此基础上，用一个敏感轴与研究对象飞行方向重合的加速度计求研究对象轴向速度，结合研究对象的滚转速率，求解得到每转一圈内研究对象轴向的速度。
假设在研究对象飞行过程中，偏航角保持不变；研究对象在旋转一周时间内，俯仰角保持不变；研究对象旋转一周内滚转速率不变。
根据以上假设，对研究对象俯仰角和速度的解算。
如图2所示，将地磁数据M分解为若干段进行数据采样，先提取出每一段数据的0点左右的值后逼近得出地磁数据M每一段的零点，将提取出的数据长度与地磁数据长度进行比较，在采样数据大于地磁数据长度时停止采样。
T包含了机构整个飞行过程中地磁数据的零点信息，提取出来的地磁信号时间零点T数据用于求解研究对象每个旋转周期内的零点相位差。
其中，N是
T数据的长度，包含了研究对象整个飞行过程中每个旋转周期内的地磁数据零点相位差信息。
依据姿态解算假设条件，ψ=ψ0由已知条件发射方位角确定，安装角为β
其中，为研究对象第个旋转周期的俯仰角，为研究对象第个旋转周期的地磁信息零点相位差。
研究对象的在轴向的速度υ为：
其中，L为火炮的缠距，η为火炮的缠度，d为火炮的口径，t为飞行时间，γ为所述对象转动的弧度，ω为所述对象的角速度。
将研究对象从出炮口到落地点时刻中的整个飞行过程进行细分，并对每一小段过程分别进行计算，求出每一小段的射程，并累加求和，即可得到研究对象在整个飞行过程中的射程s为：
其中，为飞行过程细分的段数，为所述研究对象在每段的射程，为所述研究对象在每段飞行过程的速度，为所述研究对象在每段飞行过程经历的时间，为所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角。
实施例二
本发明还提供一种基于多传感器融合的射程解算系统，包括，
基础数据获取模块、分段计算模块、距离计算模块、分段射程计算模块和叠加模块；
基础数据获取模块用于将飞行过程细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；
分段计算模块用于基于研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，获得研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；
距离计算模块用于基于研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算研究对象在每段的飞行距离；
分段射程计算模块用于根据俯仰对研究对象在每段飞行距离进行三角变换，获得研究对象在每段飞行过程的射程；
叠加模块用于对研究对象在每段的射程进行累加求和，获得研究对象在整个飞行过程中的射程。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，包括以下步骤：
将飞行过程细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；
基于所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度，获得所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；
基于所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算所述研究对象在每段飞行过程的距离；
根据俯仰对所述研究对象在每段飞行过程的距离进行三角变换，获得所述研究对象在每段飞行过程的射程；
对所述研究对象在每段飞行过程的射程进行累加求和，获得所述研究对象在整个飞行过程中的射程。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，计算所述研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角的方法为：
在所述研究对象发射前装定当地地磁场信息；
基于地磁传感器的所述研究对象飞行方向上的敏感轴，感知所述研究对象方向上的地磁分量；
根据所述当地地磁场信息和所述研究对象方向上的地磁分量，解算俯仰角数学模型，获得所述研究对象在飞行过程中任意位置的俯仰角。
3.根据权利要求2所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，根据所述当地地磁场信息和所述研究对象飞行方向上的地磁分量，解算俯仰角数学模型，获得所述研究对象在飞行过程中任意位置的俯仰角的方法为：
将当地地磁场信息和飞行方向上的地磁分量分解为若干段进行数据采样；
先提取出每一段数据的零点左右的值，获得地磁数据每一段的零点；
将提取出的采样数据长度与地磁数据长度进行比较，在所述提取出的采样数据长度大于所述地磁数据长度时停止采样，获得所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息；
基于所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息，求解所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差；
基于所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差，获得所述研究对象每个旋转周期内的俯仰角，即为所述研究对象在每段过程任意位置的俯仰角。
4.根据权利要求3所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，所述研究对象每个旋转周期内的零点相位差的表达式为：
其中，N是T数据的长度，T为所述研究对象在整个飞行过程中地磁数据的零点信息。
5.根据权利要求4所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，所述研究对象每个旋转周期内的俯仰角的表达式为：
其中，为所述研究对象第个旋转周期的俯仰角，为所述研究对象第个旋转周期的地磁信息零点相位差，由已知条件发射方位角确定，为修正后的安装角。
6.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，计算所述研究对象在每段飞行过程任意位置的轴向速度的方法为：
通过在机构内部安装敏感轴与研究对象飞行方向重合的加速度传感器，测得所述研究对象在轴向的加速度；
根据所述研究对象滚转一周所经历的时间对所述研究对象在轴向的加速度进行求解，获得所述研究对象在每段飞行过程中任意位置的轴向速度。
7.根据权利要求6所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，所述研究对象在每段飞行过程中任意位置的轴向速度的表达式为：
其中，L为火炮的缠距，η为火炮的缠度，d为火炮的口径，t为飞行时间，γ为所述对象转动的弧度，ω为所述对象的角速度。
8.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的射程解算方法，其特征在于，所述研究对象在整个飞行过程中的射程的表达式为：
，
其中，为飞行过程细分的段数，为所述研究对象在每段飞行过程的射程，为所述飞行过程在每段的速度，为所述研究对象在每段飞行过程经历的时间，为所述研究对象的每段飞行过程的俯仰角。
9.一种基于多传感器融合的射程解算系统，其特征在于，包括：
基础数据获取模块、分段计算模块、距离计算模块、分段射程计算模块和叠加模块；
所述基础数据获取模块用于将研究对象细分为若干段，计算研究对象在每段飞行过程任意位置的俯仰角和轴向速度；
所述分段计算模块用于基于所述研究对象在每段飞行过程中任意位置的俯仰角和轴向速度，获得所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度；
所述距离计算模块用于基于所述研究对象在每段飞行过程的俯仰角和速度，计算所述研究对象在每段飞行的距离；
所述分段射程计算模块用于根据俯仰对所述研究对象在每段飞行的距离进行三角变换，获得所述研究对象在每段飞行过程的射程；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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