SE536846C2 - Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil - Google Patents

Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil Download PDF

Info

Publication number
SE536846C2
SE536846C2 SE1130087A SE1130087A SE536846C2 SE 536846 C2 SE536846 C2 SE 536846C2 SE 1130087 A SE1130087 A SE 1130087A SE 1130087 A SE1130087 A SE 1130087A SE 536846 C2 SE536846 C2 SE 536846C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
projectile
angle
gnc
velocity
estimate
Prior art date
Application number
SE1130087A
Other languages
English (en)
Other versions
SE1130087A1 (sv
Inventor
Daniel Brohede
Original Assignee
Bae Systems Bofors Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bae Systems Bofors Ab filed Critical Bae Systems Bofors Ab
Priority to SE1130087A priority Critical patent/SE536846C2/sv
Priority to EP12833569.2A priority patent/EP2758741B1/en
Priority to ES12833569.2T priority patent/ES2656243T3/es
Priority to RS20171326A priority patent/RS57579B1/sr
Priority to US14/345,791 priority patent/US9354028B2/en
Priority to PCT/SE2012/000135 priority patent/WO2013043097A1/en
Priority to PL12833569T priority patent/PL2758741T3/pl
Publication of SE1130087A1 publication Critical patent/SE1130087A1/sv
Publication of SE536846C2 publication Critical patent/SE536846C2/sv
Priority to HRP20171887TT priority patent/HRP20171887T1/hr

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G9/00Systems for controlling missiles or projectiles, not provided for elsewhere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B15/00Self-propelled projectiles or missiles, e.g. rockets; Guided missiles
    • F42B15/01Arrangements thereon for guidance or control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/30Command link guidance systems
    • F41G7/301Details
    • F41G7/305Details for spin-stabilized missiles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/107Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for missiles
    • G05D1/108Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for missiles animated with a rolling movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

l0 l5 20 25 30 35 536 846 navigationsinfonnation relativt en känd position. Sensorsystemet innefattar magnetiska sensorer och använder jordens magnetfält som referens för beräkning av proj ektilens rotation. Att utnyttja jordens magnetfält begränsar hur proj ektilen kan vara orienterad relativt magnetfaltet vilket medför begränsningar i funktionalitet för proj ektilen.
Exempel på en annan tidigare känd lösning återfinns i US-6,779,752 Bl som beskriver ett guidance-system utan något gyroskop. Det beskrivna systemet använder tre accelerometrar samt en GPS-mottagare. Ett problem med det beskrivna systemet är att ingen eller begränsad information fås om rollvinkel vilket innebär att navigationssystemet ej ger en korrekt eller komplett positionsbestämning.
Problem med nu existerande lösningar enligt ovan nämnda dokument US-6,l63,02l A är att en roterande proj ektil för bestämning av rollvinkel förutsätts. Problem med nu existerande lösningar enligt ovan nämnda dokument US-6,779,752 Bl är att det beskrivna navigationssystemet inte ger en korrekt eller komplett positionsbestämning.
Ytterligare problem som uppfinningen avser att lösa framgår i anslutning till den efterföljande detaljerade beskrivningen av de olika utföringsformema.
UPPFINNINGENS SYFTE OCH DESS SÄRDRAG Föreliggande uppfinning ger rollvinkelinformation för en projektil med god noggrannhet utifrån ett färre antal sensorer än konventionella system.
Föreliggande uppfinning utgörs av en metod för rollvinkelbestämning av styrbar och huvudsakligen eller delvis rollstabil projektil innefattande styrsystem, radiobaserad positioneringsmottagare samt sensor för mätning av rollvinkelhastighet där följande steg innefattas; (a) påverkan av projektilens aktuatorer genom det i projektilen innefattande styrsystemet för manövrering av proj ektilen; (b) estimering av en första signal, projektilstyrkraften, utifrån det i projektilen innefattande styrsystemet; (c) mätning av en andra signal, proj ektilens hastighet relativt ett markfast koordinatsystem, med den i projektilen monterade radiobaserade positioneringsmottagaren; (d) mätning av en tredje signal, rotationshastigheten, med den i projektilen monterade sensom för rollvinkelhastighet; 10 15 20 25 35 536 846 (e) beräkning av en rollvinkel genom summering av den absoluta vinkelforändringen med viktning av en vinkelskattning där den absoluta vinkelfórändringen och vinkelskattningen beräknas utifrån den forsta, andra och tredje signalen, estimerad proj ektilstyrkraft, uppmätt proj ektilhastighet samt uppmätt rotationshastighet samt att den absoluta vinkelförändringen är en absolut vinkeltörändring för minst en hastighetsvektor.
Enligt ytterligare aspekter for den förbättrade metoden for rollvinkelbestämning enligt uppfinningen gäller; att den absoluta vinkelförändringen sätts att motsvara resultantvinkeln av projektilhastighetsvektorns tippvinkelforändring och projektilhastighetsvektorns girvinkelforändring. att vinkelskattningen uppfattas som ett medelvärde av en anfallsvinkelskattning. att vinkelskattningen uppfattas som ett medelvärde av en styrkraftsvinkelskattning. att medelvärdet av anfallsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, och den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, a. att medelvärdet av styrkraftsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms girkomponent, och den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms tippkomponent. att beräkning sker med filtrering. att tippvinkel, 6, som används för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, beräknas genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, a. att tippvinkel, 9, som används för att beräkna den absoluta vinkelfórändringen, beräknas genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som 10 15 20 25 30 35 536 846 styr hastighetsvektorns tippkomponent. att girvinkel, ty, som används for att beräkna den absoluta vinkelforändringen, beräknas genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant. att girvinkel, W, som används for att beräkna den absoluta vinkelforändringen, beräknas genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms girkornponent, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponenternas resultant.
Uppfinningen avser därtill ett GNC-system for styrbar projektil innefattande styrsystem radiobaserat positioneringssystem, sensor for mätning av rollvinkelhastighet for bestämning av rollvinkel där; 7 (a) det i GNC-systemet innefattande styrsystemet for manövrering av projektilen är anordnat att påverka proj ektilens aktuatorer; (b) det i GNC-systemet innefattande styrsystemet är anordnat att estimera en forsta signal, projektilstyrkraft; (c) den i GNC-systemet monterade radiobaserade positioneringsmottagaren är anordnad att mäta en andra signal, proj ektilens hastighet relativt ett markfast koordinatsystem; (d) den i GNC-systemet monterade sensorn för rollvinkelhastighet är anordnad att mäta en tredje signal, rotationshastighet; (e) GNC-systemet är anordnat att beräkna, utifrån den forsta, andra och tredje signalen, estimerad proj ektilstyrkraft, uppmätt proj ektilhastighet samt uppmätt rotationshastighet, en rollvinkel genom summering av den absoluta vinkelforändringen med viktning av en vinkelskattning.
Enligt ytterligare aspekter för det förbättrade GNC-systemet for styrbar proj ektil enligt uppfinningen gäller; att GNC-systemet är anordnat så att den absoluta vinkelforändringen sätts att motsvara resultantvinkeln av proj ektilhastighetsvektoms tippvinkelforändring och projektilhastighetsvektorns girvinkelforändring. 10 lS 20 25 30 35 536 846 att GNC-systemet är anordnat att uppfatta vinkelskattningen som ett medelvärde av en anfallsvinkelskattning. att GNC-systemet är anordnat att uppfatta vinkelskattningen som ett medelvärde av en styrkraftsvinkelskattning. att GNC-systemet är anordnat att uppfatta att medelvärdet av anfallsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, och den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, ot. att GNC-systemet är anordnat att uppfatta att medelvärdet av styrkraftsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns girkomponent, och den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns tippkomponent. att GNC-systemet är anordnat att beräkna med filtrering. att sensor för mätning av rollvinkelhastighet är ett gyroskop. att den radiobaserade positioneringsmottagaren är en GPS-mottagare. att GNC-systemet är anordnat att beräkna en tippvinkel, 6, där GNC-systemet är anordnat att använda den beräknade tippvinkeln, 6, för att beräkna den absoluta vinkelfórändringen, genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponenternas resultant och skattning av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, u. att GNC-systemet är anordnat att beräkna en tippvinkel, 6, där GNC-systemet är anordnat att använda den beräknade tippvinkeln, 9, för att beräkna den absoluta vinkelftñrändringen, genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns tippkomponent. att GNC-systemet är anordnat att beräkna en girvinkel, \|/, där GNC-systemet är anordnat att använda den beräknade girvinkeln, ty, for att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkrafi som styr 5 10 15 20 25 30 35 536 846 anfallsvinkelns girkomponent, ß, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant. att GNC-systemet är anordnat att beräkna en girvinkel, W, där GNC-systemet är anordnat att använda den beräknade girvinkeln, w, för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms girkomponent, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponenternas resultant.
FÖRDELAR OCH EFFEKTER MED UPPFINNINGEN Utifrån föreslagen metod kan information från en GPS-mottagare, ett rollgyro samt en skattning av anfallsvinkel användas för att beräkna rollvinkeln. Roll-, tipp- och girvinkel tillsammans med en GPS-mottagare ger en komplett sensorinforrnation för ett GNC-system. Det går således att konstruera ett komplett GNC-system nyttjande endast ett gyroskop vilket medför kostnadsbesparing och förenkling av konstruktion, minskad fysisk storlek på navigationssystemet och även ett mer robust system jämfört med ett konventionellt GNC-system med tre gyroskop. I en alternativ lösning kan information från en GPS-mottagare, ett rollgyro samt den på styranordningen verkande styrkraften användas för att beräkna rollvinkeln.
FIGURFÖRTECKNING Uppfmningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till de bifogade figurerna där: Fig. 1 visar blockschema för beräkning av rollvinkeln i ett första utförande i fallet att anfallsvinkeln skattas utifrån den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent respektive den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent enligt uppfinningen.
Fig. 2 visar blockschema för beräkning av rollvinkeln i ett andra utförande i fallet att styrkraftens riktning och storlek skattas utifrån hastighetsvektoms tippkomponent respektive hastighetsvektoms girkomponent enligt uppfinningen.
Fig. 3 visar en projektil utförd med rollvinkelbestämning enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 536 846 DETALJERAD UTFÖRANDEBESKRIVNING I Fig. 1 visas ett blockschema över ett reducerat GNC-system 1 innefattande ett guidance-system 2 ett navigeringssystem 3 och ett styrsystem 4. Styrsystemet 4 styr styrdon i form av fenor eller canarder. På projektilen verkande Aerodynamik 4' påverkar projektilen i projektilens bana. Förändringar på projektilen påverkar informationen från sensorer 5, så som exempelvis rollgyro 6, GPS-mottagare 7 samt anfallsvinkelmätare betecknad som ot-ß-mätare 8. Uppmätt information från sensorerna 5 är indata för beräkning av rollvinkel.
I Fig. 2 visas ett blockschema över ett reducerat GNC-system 1' innefattande ett guidance-system 2 ett navigeringssystem 3' och ett styrsystem 4. Styrsystemet 4 styr styrdon i form av fenor eller canarder. På projektilen verkande Aerodynamik 4' påverkar projektilen i proj ektilens bana. Förändringar på proj ektilen påverkar informationen från sensorer 5', så som exempelvis rollgyro 6 och GPS-mottagare 7.
Uppmätt information från sensorema 5 är indata för beräkning av rollvinkel.
I F ig. 3 visas figur över styrbar projektil 9 utförd med GNC-system innefattande rollvinkelbestämning enligt uppfinningen. I figuren visas ett för projektilen kroppsfast koordinatsystem Ä Y och Z, en hastighetsvektor V samt anfallsvinklarna ot samt ß, där ot symboliserar anfallsvinkelns tippkomponent samt ß symboliserar anfallsvinkelns girkomponent. Tippkomponenten för anfallsvinkeln är således förändringen i det plan som spänns upp av X-axeln och Z-axeln och girkomponenten för anfallsvinkeln är förändringen i det plan som spänns upp av X-axeln och Y-axeln och där planet vinklats längs Y-axeln av vinkeln ot. I figuren visas projektilens fenor i form av canardfenor 10.
Genom att mäta rollvinkel (roll), girvinkel (yaw), tippvinkel (pitch) samt aktuella koordinater med ett radiobaserat positioneringssystem fås ett komplett GNC-system i ett första utförande vilket visas i figur 1. Den radiobaserade positioneringsmottagaren, som kan vara en GPS-mottagare 7, en mottagare för radarinvisning eller annan radiobaserad positioneringsutrustning, är utförd för att mottaga positioneringsinformation och därmed även kunna beräkna hastighetsinformation. Rollvinkelhastighet kan uppmätas med gyroskop 6, företrädesvis ett så kallat rategyro som mäter rollvinkelhastighet.
Rollvinkelhastighet kan även mätas med magnetometer eller på armat sätt. Anfallsvinkel uppmäts med eller skattas med en i proj ektilen innefattande a-ß-mätare 8.
Anfallsvinklama betecknas ot samt ß, där ot symboliserar anfallsvinkelns tippkomponent samt ß symboliserar anfallsvinkelns girkomponent, visat i figur 3. 10 15 20 25 30 536 846 Det i projektilen monterade GNC-systemet l, där GNC står för Guidance, Navigation samt Control, mäter aktuella mätvärden från sensorer, beräknar och prognostiserar banan för att nå mot mål och styr och reglerar de reglerdon eller aktuatorer och därmed de styrdon som proj ektilen är utrustad med. Navigeringssystemet 3 (Navigation) ger styrsystemet 4 information om projektilens aktuella position och hastighet. Guidance- systemet 2 bestämmer och beräknar fjredragen väg till mål och dämied önskad förändring avseende hastighet, rotation och/eller acceleration för att följa den beräknade vägen till målet. Styrsystemet 4 (Control) styr och reglerar de krafter som styr projektilen, krafterna verkställs med exempelvis aktuatorer, motorer eller servon som i sin tur förflyttar eller på annat sätt påverkar styrdon i form av fenor/roder eller styrcanarder lO för att styra projektilen utifrån den av Guidance-systemet 2 beräknade vägen mot målet. Styrsystemet 4 ansvarar även för att hålla projektilen stabil under dess bana från utskjutningsanordning till mål.
Projektilen är utrustad med canarder/fenor 10 eller andra styrdon för att styra projektilen i proj ektilens bana mellan utskjutningsanordning och mål. Då projektilen styrs för att ändra kurs mäts förändringen av hastighetsvektorn Vi förhållande till en prognostiserad ballistisk bana. Förändringarna återkopplas i en styralgoritm och jämförs med börvärdet på styrsignalema för utstyrning av anfallsvinkeln. Förändring avseende hastighetsvektom Vuppmätes med sensor för rollvinkelhastighet, som mäter rotationshastighet, och det radiobaserade positioneringssystemet, som ger hastighet relativt det markfasta koordinatsystemet.
Med indata rollhastighet, hastighetsförändring relativt det markfasta koordinatsystemet samt prognostiserad anfallsvinkelförändring kan rollvinkeln beräknas. Beräkning sker företrädesvis med olika former av filterfunktioner. Beräkningen sker i projektilens navigeringssystem 3. Resultatet är att ett komplett GNC-system uppnås genom att såväl rollvinkel, tippvinkel samt girvinkel kan beräknas samt att position och hastighet utifrån det markfasta koordinatsystemet kan mätas med det radiobaserade positioneringssystemet.
Beräkning av tippvinkel, 6, sker genom summering av den av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta hastighetskomponentemas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, o., enligt sambandet: 10 15 20 25 536 846 9 z arctan + a dar vx, vy samt v: ar hastighetsvektoms komponenter.
Jvy + vy Beräkning av girvinkel, w, sker genom subtraktion av skattningen av den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, från den av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta hastighetskomponenternas resultant ~ v . .. ~ enligt sambandet: 1/1 z arctaní-y) - ß där vx samt vy ar hastighetsvektoms V X komponenter.
Beräkning av rollvinkel, (p, sker genom summering av den absoluta vinkelförändringen for hastighetsvektorn med viktning av medelvärdet av anfallsvinkelskattningen.
Beräkning av medelvärdet av anfallsvinkelskattningen motsvarar medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, och den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, a. Absolutvärdet av rollvinkeln fås således av sambandet: MR H I WAN] _ arctaní- (ß[k]+ ß[k _ 11+ +ß[k - n + 11+ ß[k - 14)). "l " 'l ” a[k]+a[k-1]+...+a[k-n+1]+a[k-nl Beräkning av den absoluta vinkelforändringen för hastighetsvektom motsvarar resultantvinkeln av hastighetsvektoms tippvinkelförändring och hastighetsvektoms girvinkelförändring enligt sambandet: (pAbsye, = arctaníflyF-FJ .
DIFF Där hastighetsvektorns girvinkelförändring, där k och n är tídssteg, beräknas enligt Sambandet: Won-vf ik] = Ww/ [kl _ V/Ve/ [k _ nl' Där hastighetsvektoms girvinkeln, xpvd, beräknas enligt sambandet: r//yy = arctaníïï) VX där vx samt vy är hastighetsvektoms komponenter.
Samt där hastighetsvektoms tippvinkelforändring beräknas på samma sätt som girvinkelforändringen men med kompensation for gravitationen enligt sambandet: -(v,lk~"l+g-fl-TS) ,lvy[k~n]2 +vy[k-n]2 Û,),,,,, = ólye, [k]- arctan där vx, vy samt v, är 10 15 20 25 30 536 846 hastighetsvektoms komponenter, g är gravitationen, k och n är tidssteg och T s är sampeltid.
Där hastighetsvektoms tippvinkel, Svd, beräknas enligt sambandet: 19,6, = arctan där vx, vy samt v, är hastighetsvektoms komponenter. vf +vj Beräkningarna utföres företrädesvis med filterfunktioner men även på andra tillämpliga sätt inkluderande tabeller (lookup table), estimeringar eller på andra sätt. Företrädesvis sker beräkning i någon form av programmerbart system innefattande en mikroprocessor, signalprocessor eller annan elektronik för beräkning.
Ett andra utförande av GNC-system 1 ', exempelvis för projektiler som genererar styrkrafter utan att en anfallsvinkel skapas, visas i figur 2. I det andra utförandet av GNC-systemet l' kan rollvinkel bestärmnas utifrån hastighetsvektorns tippkomponent respektive hastighetsvektorns girkomponent. Med indata rollhastighet, hastighetsförändring relativt det markfasta koordinatsystemet samt hastighetsvektoms girkomponent och hastighetsvektoms tippkomponent kan rollvinkeln beräknas.
Beräkning sker företrädesvis med olika former av filterfunktioner. Beräkningen sker i projektilens navigeringssystem 3 '_ Resultatet är att ett komplett GNC-system uppnås genom att såväl rollvinkel, tippvinkel och girvinkel kan beräknas samt att position och hastighet utifrån det markfasta koordinatsystemet kan mätas med det radiobaserade positioneringssystemet.
Exempel på projektil med GNC-system tillämpande metod för rollvinkelbestämning är en rollstabiliserad 155 mm artillerigranat försedd med fyra styrcanarder, GPS- mottagare, antällsvinkelbestämning samt gyro för uppmätning av rollvinkel.
ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Uppfinningen är inte begränsad till de speciellt visade utföringsforrnerna utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.
Det inses exempelvis att antalet, storleken, materialet och formen av de i metoden för bestämning av rollvinkel och GNC-systemet ingående elementen och detaljerna 10 536 846 anpassas efter det eller de system och övriga konstruktionsegenskaper som for tillfället föreligger.
Det inses att ovan beskrivna metod for bestämning av rollvinkel och/eller navigationssystem kan tillämpas for i princip alla farkoster och system innefattande flygplan, projektiler och missiler. 11

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 536 846 PATENTKRAV Metod för rollvinkelbestämning av styrbar och huvudsakligen eller delvis rollstabil projektil innefattande styrsystem, radiobaserad positíoneringsmottagare samt sensor för mätning av rollvinkelhastighet kännetecknad av att följande steg innefattas; (a) påverkan av projektilens aktuatorer genom det i projektilen innefattande styrsystemet för manövrering av proj ektilen; (b) estimering av en första signal, projektilstyrkraften, utifrån det i projektilen innefattande styrsystemet; (c) mätning av en andra signal, projektilens hastighet relativt ett markfast koordinatsystem, med den i projektilen monterade radiobaserade positioneringsmottagaren; (d) mätning av en tredje signal, rotationshastigheten, med den i projektilen monterade sensom för rollvinkelhastighet; (e) beräkning av en rollvinkel genom summering av den absoluta vinkelförändringen med viktning av en vinkelskattning där den absoluta vinkelförändringen och vinkelskattningen beräknas utifrån den första, andra och tredje signalen, estimerad proj ektilstyrkraft, uppmätt projektilhastighet samt uppmätt rotationshastighet samt att den absoluta vinkelförändringen är en absolut vinkelförändring för minst en hastighetsvektor. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 1, kännetecknad av att den absoluta vinkelförändringen sätts att motsvara resultantvinkeln av projektilhastighetsvektorns tippvinkelförändring och proj ektilhastighetsvektoms girvinkelförändring. Metod för rollvinkelbestämning enligt något av krav 1 - 2, kännetecknad av att vinkelskattningen uppfattas som ett medelvärde av en anfallsvinkelskattning. Metod för rollvinkelbestämning enligt något av krav 1 - 2, kännetecknad av att vinkelskattningen uppfattas som ett medelvärde av en styrkraftsvinkelskattning. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 3, kännetecknad av att medelvärdet av anfallsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns 12 10 15 20 25 30 10. ll. 536 846 girkomponent, ß, och den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, ot. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 4, kännetecknad av att medelvärdet av styrkraftsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns girkomponent, och den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns tippkomponent. Metod for rollvinkelbestämning enligt något av föregående krav, kännetecknar! av att beräkning sker med filtrering. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 2, kännetecknad av att tippvinkel, 6, som används för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, beräknas genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, ot. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 2, kännetecknad av att tippvinkel, 6, som används för att beräkna den absoluta vinkelfórändringen, beräknas genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns tippkomponent. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 2, kännetecknad av att girvinkel, ul, som används för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, beräknas genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponenternas resultant. Metod för rollvinkelbestämning enligt krav 2, kännetecknad av att girvinkel, w, som används för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, beräknas genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms girkomponent, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponenternas resultant. 13 10 15 20 30 35 12. 14. 15. 16. 536 846 GNC-system (1) för styrbar proj ektil innefattande styrsystem (4), radiobaserat positioneringssystem, sensor för mätning av rollvinkelhastighet för bestämning av rollvinkel kännetecknad av att; (a) det i GNC-systemet (1) innefattande styrsystemet för manövrering av proj ektilen är anordnat att påverka proj ektilens aktuatorer; (b) det i GNC-systemet (l) innefattande styrsystemet är anordnat att estimera en första signal, projektilstyrkraft; (c) den i GNC-systemet (1) monterade radiobaserade positioneringsmottagaren är anordnad att mäta en andra signal, projektilens hastighet relativt ett markfast koordinatsystem; (d) den i GNC-systemet (1) monterade sensorn för rollvinkelhastighet är anordnad att mäta en tredje signal, rotationshastighet; (e) GNC-systemet (1) är anordnat att beräkna, utifrån den första, andra och tredje signalen, estimerad projektilstyrkraft, uppmätt projektilhastighet samt uppmätt rotationshastighet, en rollvinkel genom summering av den absoluta vinkelförändringen med viktning av en vinkelskattning. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 12, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat så att den absoluta vinkelförändringen sätts att motsvara resultantvinkeln av projektilhastighetsvektoms tippvinkelförändring och projektilhastighetsvektorns girvinkelförändring. GNC-system (1) för styrbar proj ektil enligt något av krav 12 - 13, kännetecknad av att GNC-systemet (1) är anordnat att uppfatta vinkelskattningen som ett medelvärde av en anfallsvinkelskattning. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt något av krav 12 - 13, kännetecknad av att GNC-systemet (1) är anordnat att uppfatta vinkelskattningen som ett medelvärde av en styrkraftsvinkelskattning. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 14, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat att uppfatta att medelvärdet av anfallsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den projektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, och den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, a. 14 10 15 20 25 30 17. 18. 19. 20. 21. 22. 536 846 GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 15, kännetecknad av att GNC- systemet (l) är anordnat att uppfatta att medelvärdet av styrkraftsvinkelskattningen antas svara mot medelvärdet av resultantvinkeln av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns girkomponent, och den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms tippkomponent. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt något av krav 12 - 17, kännetecknad av att GNC-systemet (1) är anordnat att beräkna med filtrering. GNC-system (1) för styrbar proj ektil enligt något av krav 12 - 18, kännetecknad av att sensor för mätning av rollvinkelhastighet är ett gyroskop (6)- GNC-system (1) för styrbar projektil enligt något av krav 12 - 19, kännetecknad av att den radiobaserade positioneringsmottagaren är en GPS- mottagare (7). GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 13, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat att beräkna en tippvinkel, 6, där GNC-systemet (1) är anordnat att använda den beräknade tippvinkeln, 6, för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponentemas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som styr anfallsvinkelns tippkomponent, a. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 13, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat att beräkna en tippvinkel, 6, där GNC-systemet (1) är anordnat att använda den beräknade tippvinkeln, 6, för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom summering av de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponenternas resultant och skattning av den proj ektilstyrkraft som styr hastighetsvektoms tippkomponent. GNC-system (1) för styrbar projektil enligt krav 13, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat att beräkna en girvinkel, w, där GNC-systemet (1) är anordnat att använda den beräknade girvinkeln, xp, för att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft 15 24. 536 846 som styr anfallsvinkelns girkomponent, ß, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta proj ektilhastighetskomponentemas resultant. GNC-system (1) for styrbar projektil enligt krav 13, kännetecknad av att GNC- systemet (1) är anordnat att beräkna en girvinkel, ty, där GNC-systemet (1) är anordnat att använda den beräknade girvinkeln, xp, for att beräkna den absoluta vinkelförändringen, genom subtraktion av skattningen av den projektilstyrkraft som styr hastighetsvektorns girkomponent, från de av det radiobaserade positioneringssystemet uppmätta projektilhastighetskomponenternas resultant. 16
SE1130087A 2011-09-20 2011-09-20 Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil SE536846C2 (sv)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1130087A SE536846C2 (sv) 2011-09-20 2011-09-20 Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil
EP12833569.2A EP2758741B1 (en) 2011-09-20 2012-09-13 Method and gnc system for determination of roll angle
ES12833569.2T ES2656243T3 (es) 2011-09-20 2012-09-13 Método y sistema GNC para la determinación del ángulo de giro
RS20171326A RS57579B1 (sr) 2011-09-20 2012-09-13 Postupak i gnc sistem za određivanje ugla valjanja / ugla nagiba
US14/345,791 US9354028B2 (en) 2011-09-20 2012-09-13 Method and GNC system for determination of roll angle
PCT/SE2012/000135 WO2013043097A1 (en) 2011-09-20 2012-09-13 Method and gnc system for determination of roll angle
PL12833569T PL2758741T3 (pl) 2011-09-20 2012-09-13 Sposób i system naprowadzania, nawigacji i sterowania (gnc - guidance, navigation, control) do wyznaczenia kąta obrotu
HRP20171887TT HRP20171887T1 (hr) 2011-09-20 2017-12-05 Postupak i gnc sustav za određivanje kuta valjanja

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1130087A SE536846C2 (sv) 2011-09-20 2011-09-20 Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1130087A1 SE1130087A1 (sv) 2013-03-21
SE536846C2 true SE536846C2 (sv) 2014-09-30

Family

ID=47914669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1130087A SE536846C2 (sv) 2011-09-20 2011-09-20 Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9354028B2 (sv)
EP (1) EP2758741B1 (sv)
ES (1) ES2656243T3 (sv)
HR (1) HRP20171887T1 (sv)
PL (1) PL2758741T3 (sv)
RS (1) RS57579B1 (sv)
SE (1) SE536846C2 (sv)
WO (1) WO2013043097A1 (sv)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2518676B (en) * 2013-09-28 2019-04-10 Quartix Ltd Telematics system and associated method
CN106595623A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 中北大学 一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法
US11175115B2 (en) * 2017-01-05 2021-11-16 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Determination of guided-munition roll orientation
CN113110539B (zh) * 2021-04-13 2023-09-15 西安航天动力技术研究所 一种基于鸭舵的弹/箭三通道控制方法及控制装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE425618B (sv) * 1978-02-22 1982-10-18 Bofors Ab Anordning for bestemning av lodriktning
US4831544A (en) * 1985-12-28 1989-05-16 Tokyo Keiki Co., Ltd. Attitude and heading reference detecting apparatus
US5406489A (en) * 1992-07-10 1995-04-11 Unisys Corporation Instrument for measuring an aircraft's roll, pitch, and heading by matching position changes along two sets of axes
US5442560A (en) * 1993-07-29 1995-08-15 Honeywell, Inc. Integrated guidance system and method for providing guidance to a projectile on a trajectory
DE19520115A1 (de) * 1995-06-01 1996-12-05 Contraves Gmbh Verfahren zum Bestimmen der Rollage eines rollenden Flugobjektes
US6163021A (en) 1998-12-15 2000-12-19 Rockwell Collins, Inc. Navigation system for spinning projectiles
US6820025B2 (en) * 2000-10-30 2004-11-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for motion tracking of an articulated rigid body
JP3818140B2 (ja) * 2001-12-04 2006-09-06 株式会社デンソー 乗員保護用の車両傾斜角検出装置
US6556896B1 (en) * 2002-01-10 2003-04-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnetic roll rate sensor
US6573486B1 (en) * 2002-02-22 2003-06-03 Northrop Grumman Corporation Projectile guidance with accelerometers and a GPS receiver
US6592070B1 (en) * 2002-04-17 2003-07-15 Rockwell Collins, Inc. Interference-aided navigation system for rotating vehicles
US6779752B1 (en) * 2003-03-25 2004-08-24 Northrop Grumman Corporation Projectile guidance with accelerometers and a GPS receiver
US6883747B2 (en) * 2003-03-28 2005-04-26 Northrop Grumman Corporation Projectile guidance with accelerometers and a GPS receiver
US6889934B1 (en) * 2004-06-18 2005-05-10 Honeywell International Inc. Systems and methods for guiding munitions
SE527769C2 (sv) 2004-10-28 2006-05-30 Bofors Defence Ab Förfarande och anordning för bestämning av rollvinkel
GB2429128B (en) * 2005-08-08 2009-03-11 Furuno Electric Co Apparatus and method for carrier phase-based relative positioning
US7388538B1 (en) * 2005-08-18 2008-06-17 Th United States of America as represented by the Secretary of the Army System and method for obtaining attitude from known sources of energy and angle measurements
US7566027B1 (en) * 2006-01-30 2009-07-28 Alliant Techsystems Inc. Roll orientation using turns-counting fuze
US7328104B2 (en) * 2006-05-17 2008-02-05 Honeywell International Inc. Systems and methods for improved inertial navigation
JP4724163B2 (ja) * 2007-09-14 2011-07-13 株式会社豊田中央研究所 車体速度推定装置
US8047070B2 (en) * 2009-09-16 2011-11-01 Raytheon Company Fast response projectile roll estimator
US8779971B2 (en) * 2010-05-24 2014-07-15 Robert J. Wellington Determining spatial orientation information of a body from multiple electromagnetic signals
US8344303B2 (en) * 2010-11-01 2013-01-01 Honeywell International Inc. Projectile 3D attitude from 3-axis magnetometer and single-axis accelerometer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013043097A1 (en) 2013-03-28
PL2758741T3 (pl) 2018-03-30
EP2758741A4 (en) 2015-06-03
EP2758741B1 (en) 2017-11-08
SE1130087A1 (sv) 2013-03-21
US9354028B2 (en) 2016-05-31
ES2656243T3 (es) 2018-02-26
EP2758741A1 (en) 2014-07-30
HRP20171887T1 (hr) 2018-03-23
US20140306055A1 (en) 2014-10-16
RS57579B1 (sr) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8200452B2 (en) Attitude-angle detecting apparatus and attitude-angle detecting method
JP6388661B2 (ja) 慣性航法装置
CN105606094B (zh) 一种基于mems/gps组合系统的信息条件匹配滤波估计方法
KR20170067138A (ko) 관성 항법 시스템
EP3213034B1 (en) Inertial navigation system with compensation of roll scale factor error
EP2960743B1 (en) Flight vehicle autopilot
WO2020114293A1 (zh) 基于磁测滚转的旋转弹炮口初始参数测量方法
SE536846C2 (sv) Metod och GNC-system för bestämning av rollvinkel hos en projektil
EP2634061A2 (en) Vehicle attitude control system
de Celis et al. Hybridized attitude determination techniques to improve ballistic projectile navigation, guidance and control
US9347750B2 (en) Determination of angle of incidence
WO2018107733A1 (zh) 一种用于飞艇的控制方法和装置
CN107084645A (zh) 狙击步枪用激光制导子弹
JP6409625B2 (ja) 車両位置算出装置
WO2020142126A2 (en) Imuless flight control system
JP6632727B2 (ja) 角度計測装置
JP2006207945A (ja) 誘導飛翔体
JP6454857B2 (ja) 姿勢検出装置及び姿勢検出方法
US20230242281A1 (en) Rocket control system and method of controlling landing operation of rocket
JP2525072B2 (ja) 飛翔体誘導装置の初期化方法
Wahyudi et al. Design of multi-sensor IMU for land vehicle
CN113687096A (zh) 一种基于嵌入式大气数据系统的侧风估算方法
RU2007123758A (ru) Способ формирования траектории полета спускаемого аэробаллистического летательного аппарата с заданным пространственным профилем при наведении в последовательность опорных точек
JPH0460396A (ja) 慣性航法装置