一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法

本发明涉及制导炮弹空中对准领域，具体涉及一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法。

背景技术：

1、制导炮弹作为典型的精确制导武器，通过火炮、电磁炮等平台高速发射，需要承受高过载、高转速等恶劣条件。制导炮弹发射时通常采用弹体高速旋转方案，进入有控段后再控制弹体消旋稳定或低速旋转，惯性导航系统要在发射后在空中重新进行对准。在空中对准时，位置、速度和俯仰角、偏航角等初值可以直接从装定的弹道数据或卫星接收机测量数据中获得。然而，由于发射过程中弹体旋转具有随机性，无法获得滚转角初始值。因此，弹体初始滚转角辨识是旋转制导炮弹空中对准研究领域的技术难点.

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，包括如下步骤：

4、s1、制导炮弹升空后弹体保持滚转角稳定状态，对弹体陀螺仪y轴或者z轴测量数据进行低通滤波得到常值漂移，滤除常值漂移进而得到陀螺仪测量数据的正弦信号；

5、s2、对陀螺仪测量数据的正弦信号进行移相得到i路和q路两路输出，并分别通过低通滤波器进行滤波得到移相后的i路和q路相位差信号；

6、s3、设计科斯塔锁相环，利用弹体陀螺仪x轴的测量数据作为科斯塔锁相环的中心频率，将i路和q路输出的相位差信号作为输入信号输入科斯塔锁相环，输出相位信号；

7、s4、利用反三角函数对输出的相位信号计算得到弹体滚转角。

8、进一步的，所述s1中陀螺仪测量数据的正弦信号表示为：

9、

10、其中，ω(t)为弹体陀螺仪y轴或z轴t时刻测量数据的正弦信号，为弹体陀螺仪y轴或z轴的t时刻的测量数据，b为弹体陀螺仪y轴或z轴测量数据滤波处理得到的常值漂移，为t时刻弹体的俯仰角速度，ωc为压控振荡器中心频率，γ0为弹体初始滚转角。

11、进一步的，所述s2中对陀螺仪测量数据的正弦信号进行移相得到i路和q路两路输出分别表示为：

12、

13、其中，zi(t)为移相后的i路输出，si(t)为i路倍频项，zq(t)为移相后的q路输出，sq(t)为q路倍频项，为t时刻弹体的俯仰角速度，ωc为压控振荡器中心频率，γ0为弹体初始滚转角，为初始滚转角相位。

14、进一步的，所述s3中科斯塔锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，其中，所述鉴相器的两个输入端分别连接至i路和q路的输出端，所述鉴相器依次连接环路滤波器和压控振荡器，所述压控振荡器的输出作为相位信号的输出端，同时连接至鉴相器构成闭环。

15、进一步的，所述s3中鉴相器的输出表示为：

16、

17、其中，e(t)为t时刻鉴相器的输出，γ0为弹体初始滚转角，为初始滚转角相位。

18、进一步的，所述s3中压控振荡器的数学模型表示为：

19、

20、其中，为t时刻滚转角相位，uc(t)为t时刻相位差信号，uvco(t)为t时刻锁相环输出的相位差信号，ωc为压控振荡器的中心频率，k为压控振荡器的灵敏度。

21、进一步的，所述s4中输出的弹体滚转角表示为：

22、

23、其中，为滚转角相位，为初始滚转角相位，ωc为压控振荡器的中心频率，t为时间。

24、本发明具有以下有益效果：

25、基于科斯塔斯锁相环的思想，针对vco做出了符合制导炮弹的实际使用情况的改进。将弹体纵轴陀螺仪的实时数据作为ωc的值，实现对vco中心灵敏度的调节，有效避免了陀螺常漂等因素对锁相环辨识滚转角时的不良影响。

技术特征：

1.一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s1中陀螺仪测量数据的正弦信号表示为：

3.根据权利要求1所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s2中对陀螺仪测量数据的正弦信号进行移相得到i路和q路两路输出分别表示为：

4.根据权利要求1所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s3中科斯塔锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，其中，所述鉴相器的两个输入端分别连接至i路和q路的输出端，所述鉴相器依次连接环路滤波器和压控振荡器，所述压控振荡器的输出作为相位信号的输出端并同时反馈到所述鉴相器与输入信号进行比较。

5.根据权利要求4所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s3中鉴相器的输出表示为：

6.根据权利要求5所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s3中压控振荡器的数学模型表示为：

7.根据权利要求1所述的基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，其特征在于，所述s4中输出的弹体滚转角表示为：

技术总结
本发明公开了一种基于三轴陀螺仪的制导炮弹滚转角辨识方法，将弹体y轴或者z轴陀螺仪测量数据作为科斯塔锁相环的输入信号，弹体x轴方向上的陀螺仪测量数据ω<subgt;x</subgt;作为锁相环VCO的中心频率ω<subgt;c</subgt;，待到锁定后的输出弹体滚转角的相位，最后对锁相环输出的正弦信号求反三角函数即可求得滚转角本发明基于科斯塔斯锁相环的思想，针对VCO做出了符合制导炮弹的实际使用情况的改进。将弹体纵轴陀螺仪的实时数据作为ω<subgt;c</subgt;的值，实现对VCO中心灵敏度的调节，规避了滚转角速度不稳定造成的影响。

技术研发人员：陈凯,杨睿华,王磊,贺杨,房琰,梁文超,曾诚之
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15