CN117213309A - 基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法 - Google Patents
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Abstract
基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，属于控制技术领域，其特征在于：通过火控观瞄装置瞄准跟随目标并对目标测距，通过陀螺采集传感器与控制装置的前馈量，以及目标与发射药汇合时间量进行融合计算提前量。通过火控观瞄装置与站体伺服装置的安装位置，解算站体伺服装置的位置偏差，最终通过PID控制完成站体伺服装置随动于火控观瞄装置，实现双稳系统下的指挥仪式火控随动控制。相比传统的单稳指挥仪式火控系统，双稳系统提高了系统的响应速度。通过陀螺数据、姿态数据、操控数据、射击诸元数据多数据融合解算修正，提高了武器站的系统控制响应，增强了系统的复杂环境的适应力，提升了武器站的系统快速响应和动态射击的精度能力。
Description
技术领域
本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法。
背景技术
武器站主要由站体伺服装置、火控观瞄装置、武器装置与操控装置等模块共同组成，各模块之间通过控制总线完成数据交互，完成武器站的控制功能。为实现动态快速反应和高精度武器站的火控需求，实现复杂场景的应用，需要一种控制方法用于满足该要求。
传统的火控技术主要包括：扰动式火控、非扰动式火控和指挥仪式火控。
扰动式火控结构简单，但是装表时对瞄准线的扰动减缓了系统的反应速度，从动方式导致降低动态精度，因此适用静态停止方式射击。非扰动式火控与扰动式火控相同，火控观瞄装置与武器刚性连接，但光电可独立进行方位俯仰调节。非扰动式火控结构不太复杂，没有明显的扰动过程，虽提高系统的反应速度，但从动方式导致稳定精度难以提高，因此适用短停方式射击。指挥仪式火控，观瞄装置与武器进行分离，各自独立且瞄准线具有稳定装置。反应时间短、操作简单。因不同的使用场景，传统指挥仪火控采用火控观瞄装置单稳系统，对于复杂场景的使用，存在动态射击的精度不高的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法。
本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法包括：确定火控观瞄装置与站体伺服装置的安装位置，通过火控观瞄装置的转动，进行坐标转换，完成站体伺服装置的转动控制，计算站体伺服装置的坐标转化修正量；因作战环境的不同，武器站的姿态会发生各种变化，通过姿态传感器获得当前武器站的姿态信息，通过空间坐标解算完成站体伺服装置方位与俯仰的补偿修正计算，计算出站体伺服装置的姿态修正量；进而消除因姿态导致的系统误差。
进行目标识别跟踪完成对目标的识别、跟踪与测距，同时通过陀螺计算出目标的运动速度；结合武器装置的射击诸元信息，计算目标的提前量，即实现对站体伺服装置的目标识别跟踪修正量的计算；
通过武器站的环境传感器获取环境信息，以及火控观瞄装置反馈的目标距离信息，结合查表的方式，获取多个武器的射击诸元修正量，进而计算出站体伺服装置的射击诸元修正量；
对站体伺服装置的坐标转化修正量、姿态修正量、目标识别跟踪修正量和射击诸元修正量4个修正量进行融合解算，再结合站体伺服装置速度与位置的PID控制算法，实现指挥仪式火控随动控制，最终完成对静态目标、动态目标的精确打击控制。
进一步，本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，所述目标识别跟踪的模式包括自动方式和或手动方式；
所述自动方式，通过火控观瞄装置的目标自动识别功能，完成目标的跟踪与测距；所述手动方式，通过火控观瞄装置和操控装置共同完成对目标的识别、跟踪与测距。
通过多种目标识别跟踪模式的设定提高系统的兼容性，进而提高了控制方法的适用范围。
进一步，本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，所述武器的射击诸元修正量包括风偏修正，气压修正、温度修正、海拔修正，以及热校修正。通过对上述修正量进行方位和俯仰独立累计求和，计算出控制站体伺服装置的修正量，完成对于控制站的控制。
进一步，本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，所述进行融合解算时，将所有的解算量转化到站体伺服装置的方位和俯仰修正量中，采用定时器对当前的姿态和环境修正量进行实时更新。
进一步，本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，所述结合站体伺服装置速度与位置的PID控制算法，通过PID对控制变量进行实时的调节，通过坐标解算完成位置定位，通过速度PID完成站体伺服装置随动于火控观瞄装置的控制，采用分段PID与控制装置分量前馈，系统调节系数根据火控观瞄装置与站体伺服装置位置偏差量进行自动调节。
本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，相比传统的单稳指挥仪式火控系统，双稳系统提高了系统的响应速度。通过陀螺数据、姿态数据、操控数据、射击诸元数据多数据融合解算修正，提高了武器站的系统控制响应，增强了系统的复杂环境的适应力，提升了武器站的系统快速响应和动态射击的精度能力。
附图说明
图1为本发明实施例所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述姿态补偿坐标示意图；
图3为本发明实施例所述动态目标识别跟踪的矢量坐标示意图。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本发明所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法进行详细说明。
本实施例公开的基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，如图1所示，在本公开实施例中具体包括以下步骤：
步骤1：确定火控观瞄装置与站体伺服装置的安装位置，通过火控观瞄装置的转动，进行坐标转换，完成站体伺服装置的转动控制，计算站体伺服装置的坐标转化修正量；
在本公开实施例中，先计算站体伺服装置调转修正量，以a、b、c分别表示站体伺服装置与火控观瞄装置安装位置的水平差、垂直差和高度差，L表示火控观瞄装置对目标得测距值。其中β和α为火控观瞄装置方位、俯仰当前编码器的值，由目标、站体伺服装置和火控观瞄装置的位置关系，投射在方位和俯仰面，构成两个三角函数，分别构成(1)式和(2)式的三角函数方程，通过解方程分别计算出理论站体伺服装置方位β1和俯仰α1。实测值由理论计算值与固定零位偏差组成，然后通过实测获得站体伺服装置方位β0和俯仰α0，再通过(3)式计算出站体伺服装置与火控观瞄装置固定零位偏差Δβ和Δα，最终按照距离完成相应的坐标转换和固定零位偏差，完成站体伺服装置调转修正量。
tanβ1*(L*cosβ-b)＝a-L*sinβ (1)
L*sinβ-c＝(L*cosα-b)*tanα (2)
β0＝β1+Δβ，α0＝α1+Δα (3)
步骤2：通过姿态传感器获得当前武器站的姿态信息，通过空间坐标解算完成站体伺服装置方位与俯仰的补偿修正计算，计算出站体伺服装置的姿态修正量；进而消除因姿态导致的系统误差。
当站体伺服装置倾斜不正时，产生的倾斜角会对射击诸元修正量产生偏移，通过倾角传感器可以获取当前站体伺服装置的横滚角。通过下面的该坐标示意图，计算出站体伺服装置的俯仰修正值和方位修正值进行修正，保证系统射击诸元修正量的正确性。在本公开实施例中，如图2所示，姿态会根据不同的环境发生改变，进而对火控装表产生影响，影响系统射击命中率。为提高射击命中率，通过倾角传感器对车体姿态进行获取当前站体伺服装置的横滚分量为α，同时获取到射击诸元修正量的方位和俯仰分量为γ和δ，(4)式表示车体姿态横滚分量对方位射击诸元修正量的校正关系，(5)式表示车体姿态横滚分量对俯仰射击诸元修正量的校正关系，通过(4)和(5)式计算出方位和俯仰的车体姿态校正量，完成当前车体姿态的校正量。
γ/|cosα|(4)
δ*(-sinα)(5)
步骤3：进行目标识别跟踪完成对目标的识别、跟踪与测距，同时通过陀螺计算出目标的运动速度；结合武器装置的射击诸元信息，计算目标的提前量，即实现对站体伺服装置的目标识别跟踪修正量的计算。
在本公开实施例中，如图3所示，该部分主要包括两种修正方式，手动方式和自动识别跟踪方式。完成对动目标打击需要对目标和武器站自身运动方向和速度进行计算。计算方法如下，运动目标为T，相对速度以矢量VR进行运动，武器站为W点，以矢量速度VT进行运动，所求得提前量点为Tq1，即行进中的武器站向Tq1点进行射击，tf为目标与弹药相遇的时间，如图3所示，通过矢量关系建立(6)-(10)的方程进行修正量的计算，计算出方位提前量转动角度，同理可求俯仰修正量。其中，D为当前与目标的位置矢量，Dq1为向目标射击的位置矢量，Dq2为实际命中的位置矢量。VRx和VRy为目标运动矢量VR速度在方位和俯仰向的两个分量，βq1为提前量转动角度。
Dq1-D-VR*tf＝0 (6)
Dq1-Dcosβq1-(VRysinβq1+VRxcosβq1)*tf＝0 (7)
Dsinβq1+(VRycosβq1-VRxsinβq1)*tf＝0 (8)
V＝VR+VT (9)
Dq2-D-(VR+VT)*tf＝0 (10)
实际上，如图3所示，Tq1点为虚拟提前点或者相对提前点，按照惯性坐标系的原理，以该点为提前点，可以解决弹丸和目标相遇。但是弹丸与目标在空间相遇的点并不是Tq1，而是提前点Tq2，可通过上述的方程，计算出提前量，完成识别跟踪修正量的计算。
步骤4：通过武器站的环境传感器获取环境信息，以及火控观瞄装置反馈的目标距离信息，结合查表的方式，获取多个武器的射击诸元修正量，在本公开实施例中武器的射击诸元修正量包括风偏修正，气压修正、温度修正、海拔修正，以及热校修正，通过进行方位和俯仰独立累计求和，计算出控制站体伺服装置的修正量。热校修正Xv，Yv计算，以及a、b、c分别表示安装位置的水平差、垂直差和高度差，其中α和β为火控观瞄装置方位、俯仰当前编码器的修正值，L为光电测距机测距值，xi和yi为弹着点坐标，n为一组弹着点的个数。(11)式表示风偏修正，气压修正、温度修正、海拔修正，以及热校修正总和，前四个通过查询射表修正获得。(12)式计算出方位的热校修正量，(13)式计算出俯仰的热校修正量。
步骤5：对站体伺服装置的坐标转化修正量、姿态修正量、目标识别跟踪修正量和射击诸元修正量4个修正量进行融合解算。
在本公开实施例中，通过对以上计算的4个修正量的融合解算，将所有的解算量转化到站体伺服装置的方位和俯仰修正量中，采用定时器对当前的姿态和环境修正量进行实时的更新，站体伺服装置方位与俯仰综合修正量As和Ps，其中，XS1和YS1为步骤1中计算的坐标转换修正量方位与俯仰分量、XS2和YS2为步骤2中计算的姿态修正量方位与俯仰分量，XS3和YS3为步骤3中计算的目标识别跟踪修正量方位与俯仰分量，XS4和YS4为步骤4中计算的射击诸元修正量方位与俯仰分量。
As＝XS1+XS2+XS3+XS4 (14)
Ps＝YS1+YS2+YS3+YS4 (15)
步骤6：结合站体伺服装置速度与位置的PID控制算法，实现指挥仪式火控随动控制，最终完成对静态目标、动态目标的精确打击控制。
在本公开实施例中，通过PID对控制变量进行实时的调节，通过坐标解算完成位置定位，通过速度PID完成站体伺服装置随动于火控观瞄装置的控制，为提高系统的响应和高低速的响应效果，采用分段PID与控制装置分量前馈，系统调节系数KP、KI、KD根据火控观瞄装置与站体伺服装置位置偏差量进行自动调节，以满足系统的响应和精度要求。α和β为火控观瞄装置方位、俯仰当前编码器的值，站体伺服装置当前方位αC和俯仰βC码值。其中，Ek为实际值与目标值的当前偏差，Ei为历史偏差，Ek-1为上一次偏差。EKα为站体伺服装置当前方位与修正量的方位偏差，EKβ为站体伺服装置当前俯仰与修正量的俯仰偏差。(16)式为PID控制，将(17)和(18)代入到(16)式中进行实时的计算，完成方位俯仰的指挥仪式火控随动控制。
EKα＝As+α-αC (17)
EKβ＝Ps+β-βC (18)
步骤7：判断是否结束控制，如是则结束随动控制，否则将跳转至步骤1，继续进行随动解算控制。
本实施例所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，是一种双稳系统的多数据融合指挥仪使火控随动方法，解决了动态目标的精确打击问题，通过火控观瞄装置瞄准跟随目标并实时对目标测距，再通过其陀螺采传感器与控制装置的前馈量，以及目标与发射药汇合的时间量进行融合计算提前量。再通过火控观瞄装置与站体伺服装置的安装位置，解算出站体伺服装置的位置偏差，并融合姿态偏差数据与武器射击诸元数据，最终通过PID控制完成站体伺服装置随动于火控观瞄装置，实现了双稳系统下的指挥仪式火控随动控制。
Claims (5)
1.基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，其特征在于包括：确定火控观瞄装置与站体伺服装置的安装位置，通过火控观瞄装置的转动，进行坐标转换，完成站体伺服装置的转动控制，计算站体伺服装置的坐标转化修正量；通过姿态传感器获得当前武器站的姿态信息，通过空间坐标解算完成站体伺服装置方位与俯仰的补偿修正计算，计算出站体伺服装置的姿态修正量；
进行目标识别跟踪完成对目标的识别、跟踪与测距，同时通过陀螺计算出目标的运动速度；结合武器装置的射击诸元信息，计算目标的提前量，即实现对站体伺服装置的目标识别跟踪修正量的计算；
通过武器站的环境传感器获取环境信息，以及火控观瞄装置反馈的目标距离信息，结合查表的方式，获取多个武器的射击诸元修正量，进而计算出站体伺服装置的射击诸元修正量；
对站体伺服装置的坐标转化修正量、姿态修正量、目标识别跟踪修正量和射击诸元修正量4个修正量进行融合解算，再结合站体伺服装置速度与位置的PID控制算法，实现指挥仪式火控随动控制，最终完成对静态目标、动态目标的精确打击控制。
2.根据权利要求1所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，其特征在于：所述目标识别跟踪的模式包括自动方式和或手动方式；
所述自动方式，通过火控观瞄装置的目标自动识别功能，完成目标的跟踪与测距；所述手动方式，通过火控观瞄装置和操控装置共同完成对目标的识别、跟踪与测距。
3.根据权利要求2所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，其特征在于：所述武器的射击诸元修正量包括风偏修正，气压修正、温度修正、海拔修正，以及热校修正。
4.根据权利要求3所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，其特征在于：所述进行融合解算时，将所有的解算量转化到站体伺服装置的方位和俯仰修正量中，采用定时器对当前的姿态和环境修正量进行实时更新。
5.根据权利要求4所述基于双稳系统的多数据融合指挥仪式火控随动控制方法，其特征在于：所述结合站体伺服装置速度与位置的PID控制算法，通过PID对控制变量进行实时的调节，通过坐标解算完成位置定位，通过速度PID完成站体伺服装置随动于火控观瞄装置的控制，采用分段PID与控制装置分量前馈，系统调节系数根据火控观瞄装置与站体伺服装置位置偏差量进行自动调节。
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