WO2011035497A1 - 定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置 - Google Patents

定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置 Download PDF

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张合
程翔
丁立波
张祥金
李豪杰
马少杰
王志明
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    • F42B15/00—Self-propelled projectiles or missiles, e.g. rockets; Guided missiles
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B4/00—Fireworks, i.e. pyrotechnic devices for amusement, display, illumination or signal purposes
    • F42B4/06—Aerial display rockets

Definitions

  • the invention relates to a detection technology for a firework bomb, in particular to a rolling angle detecting method for a directional firework projectile and a detecting device thereof.
  • An object of the present invention is to provide a method for detecting a roll angle of a directional fire-fighting projectile and a detecting device thereof, which can cause a firework bullet to detonate at an optimum corner to produce a special effect fireworks.
  • Step 6 Determine whether the launch condition changes. If it has not changed, continue to set and fire the firework bomb. Otherwise, return to step 1 to re-determine the relevant parameters of the fireworks launch.
  • the missile carrying portion comprises a hybrid microprocessor, a magnetic detecting circuit, a set signal processing circuit, and a receiving coil, wherein the magnetic detecting circuit comprises a two-dimensional magnetoresistive sensor, a set reset circuit, a two-stage differential amplifying circuit, and a low-pass filter circuit;
  • the set signal sent by the receiving coil receiving ground portion is transmitted to the set signal processing circuit for processing, and the output end of the set signal processing circuit is connected to the second input end of the hybrid microprocessor, and the processed set signal is transmitted to the mixing.
  • the microprocessor is stored and stored; the set reset circuit is connected to the two-dimensional magnetoresistive sensor, and is set and reset.
  • the two-dimensional magnetoresistive sensor senses the ground magnetic field and outputs a voltage signal, and the signal is amplified by the two-stage differential amplifying circuit and transmitted to
  • the low-pass filter circuit performs low-pass filtering, and the output end of the low-pass filter circuit is connected to the first input end of the hybrid microprocessor, and the output end of the hybrid microprocessor is connected to the other input end of the differential amplifier circuit, which is a two-stage differential A second stage differential amplifying circuit in the amplifying circuit provides a reference signal, a hybrid micro A second output terminal in the form of digital or analog position deviation is transmitted to the attitude control means.
  • Fig. 3 is a view showing the composition of the ejection portion and the input and output thereof in the roll angle detecting device of the directional type of fire-breathing bomb of the present invention.
  • the calculation formula is: sin ⁇ 0 COS /I COS ⁇ - ⁇ J - COS C'Q sin ⁇ , , Step 4, Fireworks
  • the magnetic detection circuit detects the geomagnetic signal, and calculates the phase of the geomagnetic signal
  • Step 5 calculate the deviation of the detonation azimuth, and continuously output the deviation signal to the attitude control device. When the azimuth deviation is 0, it is the required detonation direction;
  • the information processing single chip 102 processes the above data and converts it into an analog signal through the D/A conversion circuit built in the information processing single chip 102, and the analog signal is output to the modulation circuit in the set circuit via the port c, and the signal is modulated and amplified.
  • the energy and the set signal are transmitted through the set coil 104; the input device 101 may be a keyboard.

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Description

定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装置 技术领域
本发明涉及一种用于焰火弹的检测技术， 特别是一种定向型焰火弹的滚 转角检测方法及其检测装置。 背景技术
随着焰火技术的发展， 各种新型焰火弹不断涌现， 其中定向型焰火弹需 要在给定的滚转姿态下作用， 才能给出所需的特殊效果。 传统导弹的姿态检 测与控制虽然很成熟， 但其姿态检测所用的陀螺成本很高， 系统复杂， 并不 适用于焰火弹的滚转姿态检测。 发明内容
本发明的目的在于提供一种定向型焰火弹的滚转角检测方法及其检测装 置， 使焰火弹能在最佳的转角起爆， 打出特殊效果的焰火。
实现本发明目的的技术解决方案为： 一种定向型焰火弹的滚转角检测方 法， 包括以下步骤：
步骤 1、确定并输入焰火弹发射的经度^、纬度^和焰火弹的射角 、射 向 和起爆转角《;
步骤 2、 计算当地的磁倾角 1和磁偏角
步骤 3、 计算相对上方的基准角 A和起爆相位 并将起爆相位 0装定到 焰火弹上后装弹发射；
步骤 4、 焰火弹发射后， 弹载部分开始工作， 磁探测电路检测地磁信号， 并且计算地磁信号的相位 ；
步骤 5、 计算起爆方位的偏差， 并将偏差信号连续输出给姿态控制装置， 当方位偏差为 0时， 即为所需要的起爆方位；
步骤 6、 判断发射条件是否改变， 若未改变则继续装定并发射焰火弹， 否 则返回步骤 1重新确定焰火弹发射的相关参数。
一种定向型焰火弹的滚转角检测方法的检测装置， 包括地面部分和弹载 部分， 地面部分包括信息处理单片机及输入装置、 外置 flash存储器和装定电 路， 所述装定电路包括调制电路、 功率放大电路和装定线圈， 信息处理单片 机通过输入端接收输入装置输入的焰火弹发射的相关参数， 并通过端口査询 事先储存在外置 flash存储器中的地磁信息数据库， 信息处理单片机对上述数 据进行处理后通过信息处理单片机内置的 D/A转换电路转换成模拟信号， 模 拟信号经端口输出给装定电路中的调制电路， 该信号经调制和功率放大后， 通过装定线圈发送能量和装定信号；
弹载部分包括混合式微处理器、 磁探测电路、 装定信号处理电路、 接收 线圈， 其中磁探测电路包括二维磁阻传感器、 置位复位电路、 两级差分放大 电路、 低通滤波电路； 所述接收线圈接收地面部分发出的装定信号传输给装 定信号处理电路进行处理， 装定信号处理电路的输出端连接混合式微处理器 的第二输入端， 将处理后的装定信号传输给混合式微处理器并储存； 置位复 位电路与二维磁阻传感器相连， 对其进行置位复位， 二维磁阻传感器感受地 磁场并输出电压信号， 该信号经两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电 路进行低通滤波， 低通滤波电路的输出端连接混合式微处理器的第一输入端， 混合式微处理器的输出端与差分放大电路的另一个输入端相连接， 为两级差 分放大电路中的第二级差分放大电路提供基准信号， 混合式微处理器第二输 出端以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置。
本发明与现有技术相比， 其显著优点： 1 ) 检测方法中无须积分即可直接 检测起爆方位的偏差， 无累积误差； 2)在检测过程中只需输入经纬度和射角、 射向及起爆转角， 地面部分就能够计算出滚转角检测所需的起爆相位； 3 ) 起 爆相位可以在发射前进行感应装定； 4)检测装置体积小， 电路简单， 成本低， 具有很强的抗冲击性能。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 附图说明
图 1是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测方法流程图。
图 2 是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中地面部分组成及其输 入输出示意图。
图 3 是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中弹载部分组成及其输 入输出示意图。
图 4 是本发明的定向型焰火弹的滚转角检测装置中弹载部分中弹载装定 接收线圈及电路位置示意图。
图 5是滚转角检测时各角关系示意图。 具体实施方式：
结合图 1，本发明的一种定向型焰火弹的滚转角检测方法，包括以下步骤: 步骤 1、确定并输入焰火弹发射的经度^、纬度^和焰火弹的射角 、射 向 和起爆转角
步骤 2、计算当地的磁倾角 和磁偏角 ε；计算当地的磁倾角 和磁偏角 ε 是采用査询数据库并插值的方法实现的；
步骤 3、 计算相对上方的基准角 和起爆相位 并将起爆相位 0装定到 焰火弹上， 并且装弹发射； 相对上方的基准角 ^。由磁倾角 相对磁北的射向 φ - ε 和 焰 火 的 射 角 三 个 量 计 算 得 到 ， 计 算 公 式 为 ： sin θ0 COS /I COS^ - ^J - COS C'Q sin λ , , 步骤 4、 焰火弹发射后， 弹载部分开始工作， 磁探测电路检测地磁信号， 并且计算地磁信号的相位；计算地磁信号的相位 β是根据公式 β = tan"1 得到 的， 其中 α、 έ是磁探测电路 A/D变换后的信号； 步骤 5、 计算起爆方位的偏差， 并将偏差信号连续输出给姿态控制装置， 当方位偏差为 0时， 即为所需要的起爆方位； 起爆方位的偏差为
步骤 6、 判断发射条件是否改变， 若未改变则继续装定并发射焰火弹， 否 则返回步骤 1重新确定焰火弹发射的相关参数。
结合图 2、 图 3， 本发明的一种定向型焰火弹的滚转角检测装置， 包括地 面部分和弹载部分， 地面部分包括信息处理单片机 102及输入装置 101、 外置 flash存储器 103和装定电路， 所述装定电路包括调制电路、 功率放大电路和 装定线圈 104，信息处理单片机 102通过输入端 a接收输入装置 101输入的焰 火弹发射的相关参数， 并通过端口 b査询事先储存在外置 flash存储器 103中 的地磁信息数据库， 该数据库根据国际地磁参考场 IGRF编制。信息处理单片 机 102对上述数据进行处理后通过信息处理单片机 102内置的 D/A转换电路 转换成模拟信号，模拟信号经端口 c输出给装定电路中的调制电路， 该信号经 调制和功率放大后， 通过装定线圈 104 发送能量和装定信号； 上述输入装置 101可以为键盘。
弹载部分包括混合式微处理器 303、磁探测电路、装定信号处理电路 301、 接收线圈 202， 其中磁探测电路包括二维磁阻传感器 302、 置位复位电路、 两 级差分放大电路、 低通滤波电路； 所述接收线圈 202 接收地面部分发出的装 定信号传输给装定信号处理电路 301进行处理， 装定信号处理电路 301 的输 出端连接混合式微处理器 303的第二输入端 e，将处理后的装定信号传输给混 合式微处理器 303并储存； 置位复位电路与二维磁阻传感器 302相连， 对其 进行置位复位， 二维磁阻传感器 302 感受地磁场并输出电压信号， 该信号经 两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电路进行低通滤波， 低通滤波电路 的输出端连接混合式微处理器 303的第一输入端 d，混合式微处理器 303的输 出端 g 与两级差分放大电路的另一个输入端相连接， 为两级差分放大电路中 的第二级差分放大电路的两通道分别提供基准信号， 混合式微处理器 303 第 二输出端 f以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置，从而对弹体 进行姿态控制。
本发明地面部分向弹载部分的装定在发射前进行。 当装定线圈 104 靠近 位于弹载部分外体 201上部环形槽内的接收线圈 202时， 弹载部分的装定信 号处理电路 301通过接收线圈 202的电磁感应， 首先接收装定线圈 104传输 过来的能量， 储存在储能电容中， 电压足够时激活混合式微处理器 303。 该混 合式微处理器 303激活后， 把装定线圈 104传输的装定信号经装定信号处理 电路 301进行数字化还原， 并存储到混合式微处理器 303内部的 flash存储器 中。 结合图 4， 弹载部分的电路板 203整体采用灌封材料 204灌封， 提高抗冲 击能力。
焰火弹发射后， 弹载部分开始工作。 其工作过程为： 置位复位电路首先 对二维磁传感器 302进行置位复位， 此后二维磁传感器 302感受地磁场的赤 道平面投影 Beff， 输出的 aQ、 是微弱信号， 经两级差分放大后得到适合混 合信号微处理器 303内置 A/D变换的信号 a、 Vb， 为了修正磁传感器输出的 零磁电平的差异， 第二级采用混合信号微处理器 303 内置 D/A的结果作为基 准电位， 且两通道独立。 混合信号微处理器 303对信号 α、 έ进行 A/D变换 后做二变量的反正切， 得到信号相位 = tan— 1 由图 5可知， 当传感器敏感 轴 a指向点①时， 该通道的信号为 0， 相位为 0; 而指向点③时， 信号为最大 值， 相位为 90° ; 指向点②时， 焰火弹的滚转方位角为 0， 信号相位为基准角 ο ; 对于指向点④的任意位置， β = Φ0 + ϊ， - ø即为起爆方位的方位偏差， 可直接数字输出或经 D/A变换后输出， 用于滚转姿态控制， 当指向点⑤时， = 0时即为焰火弹所需的起爆方位。 弹载部分的定姿原理是： 在焰火弹的有效射程内， 地磁的磁感应强度 Β 变化甚微， 可以认为是恒定磁场， 发射点的磁倾角和磁偏角等磁参量也就可 以认为是整个弹道的磁参量。 焰火弹的有效弹道为弹道的直线段， 焰火弹发 射后， 弹丸的赤道平面在空间的方向将保持基本不变， 此时铅锤面与弹丸赤 道平面的交线也将保持不变， 取弹轴上方部分为弹丸的滚转方位基准。 磁感 应强度在该赤道平面上的投影 Beff也保持不变，当磁阻传感器随同弹丸一起转 动时， Beff在二维传感器方向上的两正交分量 Ba、 Bb将发生变化。 而分量 Ba 的相位 就是基准角 ^。与相对滚转方位基准面转过的滚转角 之和。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
设焰火弹的发射地点为南京新街口， 其纬度为： 北纬 32°03'08.65"， 经度 为： 东经 118°46'43.5 Γ， 则其磁倾角为 48.0979°， 磁偏角为 -4.77377°。 设射向 为正东， 即 = 90°， 射角为 = 75°， 则可算得 。 = 11.79°。 若焰火弹所需的起 爆转角为《 = 90°， 则所需的起爆方位为 0 = 101.79°。 当测得的 ^ = 90°时， 角度 还缺 11.79°， 还需由姿态控制装置使焰火弹再顺时针转 11.79°。 当信号相位 = 101.79°时， 此时焰火弹正好为起爆所需方位。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种定向型焰火弹的滚转角检测方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤 1、 确定并输入焰火弹发射地的经度^、 纬度^和焰火弹的射角 、 射向 及起爆转角《;
步骤 2、 计算当地的磁倾角 1和磁偏角£ ;
步骤 3、 计算相对上方的基准角 A和起爆相位 并将起爆相位 0装定到 焰火弹上后装弹发射；
步骤 4、 焰火弹发射后， 弹载部分开始工作， 磁探测电路检测地磁信号， 并且计算地磁信号的相位
步骤 5、 计算起爆方位的偏差， 并将偏差信号连续输出给姿态控制装置， 当方位偏差为 0时， 即为所需要的起爆方位；
步骤 6、 判断发射条件是否改变， 若未改变则继续装定并发射焰火弹， 否 则返回步骤 1重新确定焰火弹发射的相关参数。
2、根据权利要求 1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于， 步骤 2计算当地的磁倾角 和磁偏角 £是采用査数据库并插值的方法实现的。
3、根据权利要求 1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于， 步骤 3 中相对上方的基准角 ^。由磁倾角 相对磁北的射向 和焰火的射 角 三个量计算得到， 计算公式为： A = tan
Figure imgf000008_0001
起爆相位 =
4、根据权利要求 1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于， 步骤 4计算地磁信号的相位 是根据公式 = tan- 1 得到的， 其中 Va、 Vb是 磁探测电路 A/D变换后的信号。
5、根据权利要求 1所述的定向型焰火弹的滚转角检测方法，其特征在于， 步骤 5起爆方位的偏差为 _ 。
6、一种基于权利要求 1所述定向型焰火弹的滚转角检测方法的检测装置， 其特征在于， 包括地面部分和弹载部分， 地面部分包括信息处理单片机 [102] 及输入装置 [101]、外置 flash存储器 [103]和装定电路， 所述装定电路包括调制 电路、 功率放大电路和装定线圈 [104]， 信息处理单片机 [102]通过输入端 [a]接 收输入装置 [101]输入的焰火弹发射的相关参数， 并通过端口 [b]査询事先储存 在外置 flash存储器 [103]中的地磁信息数据库，信息处理单片机 [102]对上述数 据进行处理后通过信息处理单片机 [102]内置的 D/A 转换电路转换成模拟信 号， 模拟信号经端口 [c]输出给装定电路中的调制电路， 该信号经调制和功率 放大后， 通过装定线圈 [104]发送能量和装定信号；
弹载部分包括混合式微处理器 [303]、 磁探测电路、 装定信号处理电路 [301]、 接收线圈 [202]， 其中磁探测电路包括二维磁阻传感器 [302]、 置位复位 电路、 两级差分放大电路、 低通滤波电路； 所述接收线圈 [202]接收地面部分 发出的装定信号传输给装定信号处理电路 [301]进行处理， 装定信号处理电路 [301]的输出端连接混合式微处理器 [303]的第二输入端 [e]， 将处理后的装定信 号传输给混合式微处理器 [303]并储存； 置位复位电路与二维磁阻传感器 [302] 相连，对其进行置位复位，二维磁阻传感器 [302] 感受地磁场并输出电压信号， 该信号经两级差分放大电路放大后传输给低通滤波电路进行低通滤波， 低通 滤波电路的输出端连接混合式微处理器 [303]的第一输入端 [d]， 混合式微处理 器 [303]的输出端 [g]与两级差分放大电路的另一个输入端相连接， 为两级差分 放大电路中的第二级差分放大电路提供基准信号， 混合式微处理器 [303]第二 输出端 [f]以数字或模拟的形式将方位偏差传输给姿态控制装置。
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