CN116222306B - 激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能制造技术中的导航技术领域，公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法及系统，以规避参考物体与着火点之间的距离与方位关系进行精确制导。方法包括：获取对应着火点的真实目标坐标信息；在灭火炸弹发射后，计算激光照射器所照射参考物体方向在当前迭代次数所对应的法向、侧向和前向加速度指令；计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵；该转换矩阵根据相关联坐标系进行中间转换的相关角度、炸弹飞行中实时发射系坐标和真实目标在所述发射系中的坐标信息得出；根据该转换矩阵和参考物体方向的法向、侧向和前向加速度指令计算得出真实目标方向的视线加速度指令以进行制导飞行。

Description

激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法及系统

技术领域

本发明涉及智能制造技术中的导航技术领域，尤其涉及一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法及系统。

背景技术

当激光制导灭火炸弹实施灭火行动时，着火点周围布满烟尘，严重影响导引头测量性能，致使制导信号产生偏差或丢失，从而导致灭火炸弹不能到达目标区域。

目前工程上常用的方法为，跟踪着火点(真实目标)附近的一个固定参考物体，根据参考物体与着火点的相对位置关系和导引头的跟踪信息，控制灭火炸弹导引着火点。原理是根据几何方法推导出真实目标视线角速度与导引头跟踪参考目标的视线角速度的数学关系，最后用真实目标视线角速度信息生成制导指令，导引灭火炸弹飞向着火点，实施灭火工作。该方法需要准确测量参考物体与着火点的距离与方位关系，而实际情况是难以测量该信息，或者在测量过程中存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明目的在于公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法及系统，以规避参考物体与着火点之间的距离与方位关系进行精确制导。

为达上述目的，本发明公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法，包括：

步骤S1、获取对应着火点的真实目标坐标信息。

步骤S2、在灭火炸弹发射后，计算激光照射器所照射参考物体方向在当前迭代次数所对应的法向、侧向和前向加速度指令a′_ys、a_z′_s、a′_xs。

步骤S3、计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵所述转换矩阵根据相关联坐标系进行中间转换的相关角度、炸弹飞行中实时发射系坐标和真实目标在所述发射系中的坐标信息得出，所述相关联坐标系包括：弹上视线系、测量系、弹体系及发射系。

步骤S4、根据所述转换矩阵T_s ^s _′和所述参考物体方向的法向、侧向和前向加速度指令a′_ys、a_z′_s、a′_xs计算得出真实目标方向的视线加速度指令a_ys、a_zs以进行制导飞行；然后循环至步骤S2以执行下一迭代，直至灭火炸弹达到着火点进行灭火。

优选地，所述步骤S2中，参考物体方向的法向与侧向加速度指令的计算公式为：

其中，K_n为导航比；分别为激光导引头输出的高低视线角速度与方位视线角速度；V是炸弹速度。

优选地，参考物体方向前向加速度指令的计算过程包括：

步骤S21、计算弹上视线系到测量系的转换矩阵

其中，ε_α,ε_β为导引头输出的高低方向与方位方向的失调角。

步骤S22、计算测量系与弹体系的转换矩阵

其中，φ_α,φ_β为导引头输出的高低方向与方位方向的框架角。

步骤S23、针对参考物体，计算弹上视线系与参考物体视线系的转换矩阵

其中，γ_s1为弹上视线系与参考物体视线系之间的扭角。

步骤S24、计算参考物体视线系与弹体系的转换矩阵：

其中，为/>的转置矩阵。

步骤S25、构造参考物体前向方向加速度指令a′_xs：

其中，a_xb为弹体系下的加速度。

优选地，计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵的过程包括：

步骤S41、计算视线高低角与视线方位角λ_t、λ_p：

其中，x_m，y_m,z_m为炸弹飞行中实时发射系坐标，x_t，y_t,z_t为目标在发射系坐标。步骤S42、计算发射系到真实目标视线系的转换矩阵

这里的真实目标位置也即是着火点坐标参数，是由飞机装订给灭火炸弹的。

步骤S43、以投弹点与目标点建立发射系，计算发射系到弹体系的转换矩阵

其中，φ，ψ，γ为发射系与弹体系之间相互转换的俯仰角、偏航角与滚转角。

步骤S44、计算弹体系到真实目标视线系的转换矩阵

其中，为/>的装置矩阵。

步骤S45、计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵

优选地，所述步骤S4的具体计算公式为：

其中，下标xs、ys和zs中的x、y和z分别代表前向、法向和侧向。

优选地，在所述步骤S1之前还包括：

步骤S0、所述灭火炸弹的载机确定所述着火点的真实目标坐标信息并根据惯导信息向着火点飞行，在飞行至发射区域后，将所述着火点的真实目标坐标信息装订给所述灭火炸弹。

为达上述目的，本发明还公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述的方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明原理简单，工程应用性强，首先生成参考物体方向的法向和侧向加速度指令，并构造出前向加速度指令，通过坐标系转换解算出目标视线加速度指令。目前工程上一般根据几何方法推导出真实目标视线角速度与导引头跟踪参考目标的视线角速度的数学关系，最后用真实目标视线角速度信息生成制导指令，导引炸弹飞向着火点，实施灭火工作。该方法需要准确测量参考物体与着火点的距离与方位关系，而实际情况是难以测量该信息，或者在测量过程中存在较大的安全隐患。而本发明不需要测量参考物体与目标的距离与方位关系，实施更加便捷。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法，根据着火点初始位置确定发射点，首先由飞机携带激光制导炸弹至发射区域，将着火点坐标参数装订给灭火炸弹，灭火炸弹首先根据惯导信息向着火点飞行。激光照射器提前照射着火点附近的一个固定参考物体，当进入激光导引头作用距离后，根据导引头输出信息及弹上惯导信息生成参考物体方向的法向加速度指令，并构造出前向加速度指令，通过坐标系转换解算出真实目标视线加速度指令。然后根据真实目标视线加速度指令进行制导飞行，从而达到着火点进行灭火，这种方法不需要测量参考物体与着火点的距离与方位关系。

如图1所示，本实施例方法具体包括以下步骤：

第一步：计算参考物体方向的法向加速度指令与侧向加速度指令a′_ys、a_z′_s；

其中，参考物体一般选取距离着火点正前方200米左右，且具有明显特征的标物；K_n为导航比；分别为激光导引头输出的高低视线角速度与方位视线角速度；V是炸弹速度。

第二步：根据导引头信息及弹上测量信息，构造参考物体前向方向加速度指令。

1、计算弹上视线系到测量系的转换矩阵

其中，ε_α,ε_β为导引头输出的高低方向与方位方向的失调角。

弹上视线系定义为：坐标原点为弹体的质心O，OX_s1为视线方向，指向目标为正；OY_s1在包含视线且垂直于OX_bZ_b平面的平面内，垂直于OX_s1轴，向上为正；OZ_s1由右手法则确定。

测量系定义为：坐标原点为弹体的质心O，OX_m为导引头敏感方向，指向目标为正；OY_m在包含视线且垂直于OX_bZ_b平面的平面内，垂直于OX_m轴，向上为正；OZ_m由右手法则确定。

高低方向失调角为测量系OX_m与弹上视线系OX_s1Z_s1之间的夹角，若OX_m在弹体OX_s1Z_s1平面上方，则为正，否则为负。

方位方向失调角为测量系OX_m在OX_s1Z_s1平面投影OX'_m与OX_s1之间的夹角，若OX_s1绕OY_s1逆时针旋转，则为正，否则为负。

2、计算测量系与弹体系的转换矩阵

其中，φ_α,φ_β为导引头输出的高低方向与方位方向的框架角。

弹体系定义为：坐标原点为弹体的质心O，OX_b与弹体纵轴重合，指向弹体头部为正；OY_b在弹体的纵向对称面内，垂直于OX_b轴，向上为正；OZ_b由右手法则确定。

高低方向框架角为测量系OX_m与弹体系OX_bZ_b之间的夹角，若OX_m在弹体OX_bZ_b平面上方，则为正，否则为负。

方位方向框架角为测量系OX_m在OX_bZ_b平面投影OX'_m与OX_b之间的夹角，若OX_b绕OY_b逆时针旋转，则为正，否则为负。

3、针对参考物体，计算弹上视线系与参考物体视线系的转换矩阵

其中，γ_s1弹上视线系与参考物体视线系之间的扭角。

4、计算参考物体视线系与弹体系的转换矩阵：

其中，为/>的装置矩阵。

5、构造参考物体前向方向加速度指令a′_xs。

其中，a_xb为弹体系下的加速度。

第三步：计算参考物体视线系到真实目标视线系的转换矩阵；

1、计算视线高低角与视线方位角λ_t、λ_p。

其中，x_m，y_m,z_m为炸弹飞行中实时发射系坐标，x_t，y_t,z_t为目标在发射系坐标。

发射系定义为：坐标原点为发射时刻质心在水平面的投影点O，OX_g在水平面内，指向目标为正；OY_g在包含OX_g的铅垂面内，垂直于OX_g轴，向上为正；OZ_g由右手法则确定。

2、计算发射系到真实目标视线系的转换矩阵

这里的真实目标位置也即是着火点坐标参数，是由飞机装订给灭火炸弹的。

3、计算发射系到弹体系的转换矩阵

以投弹点与目标点建立发射系，发射系到弹体系的转换矩阵为：

其中，φ，ψ，γ为发射系与弹体系之间相互转换的俯仰角、偏航角与滚转角。

4、计算弹体系到真实目标视线系的转换矩阵

其中，为/>的装置矩阵。视线系定义好了，参考物体的视线系即对准参考物体；目标视线系即对准目标。

第四步：结合公式(5)与公式(10)，计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵

第五步：结合公式(1)、公式(6)与公式(11)，计算目标方向的视线加速度指令a_ys、a_zs；

a_ys、a_zs即为解算的导引指令。

实施例2

本实施例公开一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述实施例相对应的方法。

综上，基于上述实施例所公开的方法及系统，本发明原理简单，工程应用性强，首先生成参考物体方向的法向和侧向加速度指令，并构造出前向加速度指令，通过坐标系转换解算出目标视线加速度指令。目前工程上一般根据几何方法推导出真实目标视线角速度与导引头跟踪参考目标的视线角速度的数学关系，最后用真实目标视线角速度信息生成制导指令，导引炸弹飞向着火点，实施灭火工作。该方法需要准确测量参考物体与着火点的距离与方位关系，而实际情况是难以测量该信息，或者在测量过程中存在较大的安全隐患。而本发明不需要测量参考物体与目标的距离与方位关系，实施更加便捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计方法，其特征在于，包括：

步骤S1、获取对应着火点的真实目标坐标信息；

步骤S2、在灭火炸弹发射后，计算激光照射器所照射参考物体方向在当前迭代次数所对应的法向、侧向和前向加速度指令a′_ys、a_z′_s、a′_xs；

步骤S3、计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵所述转换矩阵根据相关联坐标系进行中间转换的相关角度、炸弹飞行中实时发射系坐标和真实目标在所述发射系中的坐标信息得出，所述相关联坐标系包括：弹上视线系、测量系、弹体系及发射系；

步骤S4、根据所述转换矩阵和所述参考物体方向的法向、侧向和前向加速度指令a′_ys、a_z′_s、a′_xs计算得出真实目标方向的视线加速度指令a_ys、a_zs以进行制导飞行；然后循环至步骤S2以执行下一迭代，直至灭火炸弹达到着火点进行灭火。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，参考物体方向的法向与侧向加速度指令的计算公式为：

其中，K_n为导航比；分别为激光导引头输出的高低视线角速度与方位视线角速度；V是炸弹速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，参考物体方向前向加速度指令的计算过程包括：

步骤S21、计算弹上视线系到测量系的转换矩阵

其中，ε_α,ε_β为导引头输出的高低方向与方位方向的失调角；

步骤S22、计算测量系与弹体系的转换矩阵

其中，φ_α,φ_β为导引头输出的高低方向与方位方向的框架角；

步骤S23、针对参考物体，计算弹上视线系与参考物体视线系的转换矩阵

其中，γ_s1为弹上视线系与参考物体视线系之间的扭角；

步骤S24、计算参考物体视线系与弹体系的转换矩阵：

其中，为/>的转置矩阵；

步骤S25、构造参考物体前向方向加速度指令a′_xs：

其中，a_xb为弹体系下的加速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵的过程包括：

步骤S41、计算视线高低角与视线方位角λ_t、λ_p：

其中，x_m，y_m,z_m为炸弹飞行中实时发射系坐标，x_t，y_t,z_t为目标在发射系坐标；

步骤S42、计算发射系到真实目标视线系的转换矩阵

这里的真实目标位置也即是着火点坐标参数，是由飞机装订给灭火炸弹的；

步骤S43、以投弹点与目标点建立发射系，计算发射系到弹体系的转换矩阵

其中，φ，ψ，γ为发射系与弹体系之间相互转换的俯仰角、偏航角与滚转角；

步骤S44、计算弹体系到真实目标视线系的转换矩阵

其中，为/>的转置矩阵；

步骤S45、计算参考物体视线系与真实目标视线系的转换矩阵

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4的具体计算公式为：

其中，下标xs、ys和zs中的x、y和z分别代表前向、法向和侧向。

6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：

步骤S0、所述灭火炸弹的载机确定所述着火点的真实目标坐标信息并根据惯导信息向着火点飞行，在飞行至发射区域后，将所述着火点的真实目标坐标信息装订给所述灭火炸弹。

7.一种激光制导灭火炸弹偏置导引律设计系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述权利要求1至6任一所述的方法。