不受弹体姿态影响的激光引信定高方法
【专利摘要】本发明一种不受弹体姿态影响的激光引信定高方法。所述方法所需的装置由三个激光测距单元与一个运算处理单元组成，安装于弹体内。三个测距单元发射的窄波束激光相交某点O，并向弹体下侧发射，其发出的三束激光窄波束不共面，两两夹角为θ，激光束在地面投射的光斑点分别为A、B、C，利用实测距离为OA、OB、OC以及四面体OABC的空间几何约束条件即可求得弹体距离地面的高度h。
【专利说明】不受弹体姿态影响的激光引信定高方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及武器弹药引战系统【技术领域】，具体来说就是一种空对面、面对面武器 弹药上激光引信实时测高技术。
【背景技术】
[0002] 激光引信定高技术是W激光测距为基础，实时确定武器弹药的飞行高度，在子母 弹定高开舱、云爆弹定高起爆及对地导弹定高起爆等方面应用广泛。
[0003] 为达到最佳杀伤效果，弹药的引信必须严格控制引爆的高度，通常的做法是在弹 体飞行中朝向地面一测安装激光测距装置，测量弹体距地的高度。但是武器弹药在飞行或 降落过程中其姿态受气流影响，使得激光测距装置发射的光束不能与地面垂直，从而导致 激光的光程大于其高度值，进而使引爆高度较设定高度降低。南京理工大学张孝云，江小华 针对伞降空炸子母弹，提出了激光测距与MEMS=轴加速度传感器测姿相结合修正激光引 信测高值的方法（《弹箭与制导学报》，第32卷第2期，《基于倾角的激光引信定高修正方 法》）。南京理工大学沈娜，张祥金针对无动力飞行器提出了一种激光脉冲测距与重力加速 度传感器复合测高的解决方案（《强激光与粒子束》，第23卷第12期，《引信用激光与加速 度传感器复合定高技术》）。W上两种方法，都是采用加速度传感器测量弹体姿态从而修正 激光测距值，但加速度传感器测量弹体姿态的精度不高，导致测高精度仅能达到2. 5米，不 能满足作战需求。张翼飞等人针对弹道导弹定高起爆的需求，提出一种基于弹体旋转的多 光路测高算法（《制导与引信》，第25卷第1期，《弹道导弹激光引信测高算法研究》）。国 外有些学者提出采用GPS技术进行弹体高度测量（1、《Performance of laser and radar ranging devices in adverse environmental condition》[J].《Journal of Field Robotics》，2009,26(9) :712-727;2、《Effect of target su;rfaces orientation on the range precision of laser detection and ranging systems》[J].《Journal of Applied Remote Sensing》，2009, 3 (33) : 559-564.)，但该种测高方法输出为海拔高度，必须依赖地 理信息才能够转化为相对高度，由此会引起较大误差。
[0004] W上引信测高方法中，张翼飞等人提出的多光路测高算法与本发明的技术最为接 近，该种测高方法采用多路共面激光束对地面照射，但是其缺点明显；根据文献《弹道导弹 激光引信测高算法研究》中公式（4)，必须要预知弹道导弹再入倾角，即弹轴与地面的夹角， 且必须在导弹发射前将其预置在引信的控制器中。对于常规的空对面导弹、伞降空炸子母 弹、无动力灵巧炸弹而言，弹轴与地面夹角并不能在发射前确定，所W该方法适用面较窄。 本发明采用多路非共面窄波束激光脉冲对地面照射，可W实时测量武器弹药据地面的相对 高度，及弹轴与地面的夹角。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提供一种能够在弹体姿态不确定的情况下，完成激光引信 的精确测高，实现对地攻击弹药定高起爆的不受弹体姿态影响的激光引信定高方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，包括激光测高 装置，所述激光测高装置包括设置在所述弹体内的=个激光测距单元，W及运算处理单 元；
[0007] 所述的激光引信定高方法包括；=个所述的激光测距单元向弹体下侧发射=束窄 波束激光，所述的=束激光束不在同一平面内，且所述的=束激光束相交于0点，所述的= 束激光束在地面投射的光斑点分别为A点、B点、C点，两两所述的激光束之间的夹角为0 ; [000引 S个所述激光测距单元分别测得0点至A点的距离数据OA、0点至B点的距离数 据OB W及0点至C点的距离数据OC，所述的激光测距单元将测得的所述的距离数据输出至 所述运算处理单元，所述运算处理单元基于四面体OABC的空间几何约束条件，运算处理单 元确定弹体距离地面的高度h。
[0009] 进一步地，确定弹体距离地面的高度h的方法具体包括如下步骤：
[0010] 计算由S束激光束在地面上的S个光斑点A点、B点、C点连线形成的S角形ABC 面积，计算公式如下：
[0011]
【权利要求】
1. 一种不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，包括激光测高装置，其特征在于：所 述激光测高装置包括设置在所述弹体内的三个激光测距单元，以及运算处理单元； 所述的激光引信定高方法包括：三个所述的激光测距单元向弹体下侧发射三束窄波束 激光，所述的三束激光束不在同一平面内，且所述的三束激光束相交于O点，所述的三束激 光束在地面投射的光斑点分别为A点、B点、C点，两两所述的激光束之间的夹角为0 ; 三个所述激光测距单元分别测得〇点至A点的距离数据0A、0点至B点的距离数据OB以及0点至C点的距离数据0C，所述的激光测距单元将测得的所述的距离数据输出至所述 运算处理单元，所述运算处理单元基于四面体OABC的空间几何约束条件，运算处理单元确 定弹体距离地面的高度h。
2. 根据权利要求1所述的不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，其特征在于：确定 弹体距离地面的高度h的方法具体包括如下步骤： 计算由三束激光束在地面上的三个光斑点A点、B点、C点连线形成的三角形ABC面积， 计算公式如下：
其中，Iitl为三束激光光束交点0到地面的垂直距离； h#为常数是弹体质心与0点在垂直方向的偏差，通过三个测距单元在弹体上的安装位 置所确定，0点若在质心之上方，则该偏差为正，0点若在质心之下方，则该偏差为正在为 负。
3. 根据权利要求1所述的不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，其特征在于：每两 束激光光束之间的夹角9大小由弹体的俯仰角、滚动角、测距单元性能以及弹体的结构确 定。
4. 根据权利要求1所述的不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，其特征在于：三个 所述的激光测距单元发射的激光为窄波束高重复频率脉冲激光；激光发射角小于r，三 个测距单元采取同步工作或者错时循环工作。
5.根据权利要求1所述的不受弹体姿态影响的激光引信定高方法，其特征在于：所需 的运算处理单元，运算处理单元为电子计算机，安装于弹体内，所述电子计算机为以下具有 运算控制功能的微型计算机、单片机、DSP、FPGA、CPLD、嵌入式系统。
【文档编号】G01C5/00GK104501770SQ201410725185
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】诸德放, 戴革林, 于伟, 孔凡成, 肖靖 申请人:诸德放