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用于旋转弹的横滚 角的计算方法

阅读：356发布：2020-05-11

专利汇可以提供用于旋转弹的横滚角的计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出了一种用于旋转弹的横滚角的计算方法，包括：建立弹体坐标系和导航坐标系；控制旋转弹的弹体根据所述弹体坐标系和导航坐标系以预设弹体姿态角转动；根据所述弹体转动的弹体姿态角建立旋转矩阵，并根据所述旋转矩阵计算所述旋转弹的旋转弹姿态矩阵；设置地磁在参考系中的投影，根据所述地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角。本发明以地磁计算横滚角的方法，可使测量范围较大，不会产生漂移，提高了测量精度。，下面是用于旋转弹的横滚角的计算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，建立弹体坐标系和导航坐标系；
步骤S2，控制旋转弹的弹体根据所述弹体坐标系和导航坐标系以预设弹体姿态角转动；
步骤S3，根据所述弹体转动的弹体姿态角建立旋转矩阵，并根据所述旋转矩阵计算所述旋转弹的旋转弹姿态矩阵；
步骤S4，设置地磁在参考系中的投影，根据所述地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角。
2.如权利要求1所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，所述弹体坐标系定义为：X轴表示横滚轴，Y轴表示俯仰轴，Z轴表示偏航；所述导航坐标系定义为北东地坐标系。
3.如权利要求1所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述弹体姿态角为弹体按照以下顺序转动时的角度：绕所述Z轴转动的角度ψ，绕所述Y轴转动的角度θ，绕所述X轴转动的角度Φ。
4.如权利要求1所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述旋转矩阵为(c1，c2，c3)，
根据绕z轴转动ψ角，计算得到
根据绕y轴转动θ角，计算得到
根据绕x轴转动Φ角，计算得到
5.如权利要求4所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据所述旋转矩阵计算所述旋转弹的旋转弹姿态矩阵，包括如下步骤：
根据所述旋转矩阵将参考体系变化至载体系，cnb＝c3c2c1；
然后计算所述旋转弹姿态矩阵Cbn为：
其中，
6.如权利要求5所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据所述地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角Φd为：
Φd＝arctan(yb/zb)，
其中，
其中，为地磁在参考系中的投影。
7.如权利要求6所述的用于旋转弹的横滚角的计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据地磁计算旋转弹横滚角，包括如下步骤：Φ1＝Φ_1-k×(Φg-Φd)，其中，Φ1为修正后的横滚角，Φ_1为上一次计算到的横滚角Φ1，Φg为弹体绕X轴转动横滚角度，Φg＝(Φ，θ，ψ)，k为预设系数。
8.如权利要求7所述的用于旋转弹的横滚角的机算方法，其特征在于，k的取值范围为
0.4～0.6。

说明书全文

用于旋转弹的横滚 角的计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及旋转弹技术领域，特别涉及一种用于旋转弹的横滚角的计算方法。

背景技术

[0002] 旋转弹空中绕弹轴旋转，如何测量旋转弹的横滚角是目前需要解决的技术问题。这是由于目前的陀螺仪的测量范围较低，在旋转弹上难以适应。此外，由于陀螺仪本身的漂移，在经过长期累积后会对姿态产生较大影响，导致误差。

发明内容

[0003] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

[0004] 为此，本发明的目的在于提出一种用于旋转弹的横滚角的计算方法，以地磁计算横滚角的方法，可使测量范围较大，不会产生漂移，提高了测量精度。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于旋转弹的横滚角的计算方法，包括如下步骤：

[0006] 步骤S1，建立弹体坐标系和导航坐标系；

[0007] 步骤S2，控制旋转弹的弹体根据所述弹体坐标系和导航坐标系以预设弹体姿态角转动；

[0008] 步骤S3，根据所述弹体转动的弹体姿态角建立旋转矩阵，并根据所述旋转矩阵计算所述旋转弹的旋转弹姿态矩阵；

[0009] 步骤S4，设置地磁在参考系中的投影，根据所述地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角。

[0010] 进一步，所述弹体坐标系定义为：X轴表示横滚轴，Y轴表示俯仰轴，Z轴表示偏航；所述导航坐标系定义为北东地坐标系。

[0011] 进一步，在所述步骤S2中，所述弹体姿态角为弹体按照以下顺序转动时的角度：绕所述Z轴转动的角度ψ，绕所述Y轴转动的角度θ，绕所述X轴转动的角度Φ。

[0012] 进一步，在所述步骤S3中，所述旋转矩阵为(c1，c2，c3)，

[0013] 根据绕z轴转动ψ角，计算得到

[0014] 根据绕y轴转动θ角，计算得到

[0015] 根据绕x轴转动Φ角，计算得到

[0016] 进一步，在所述步骤S3中，根据所述旋转矩阵计算所述旋转弹的旋转弹姿态矩阵，包括如下步骤：

[0017] 根据所述旋转矩阵将参考体系变化至载体系，

[0018] 然后计算所述旋转弹姿态矩阵为：

[0019]

[0020] 其中，

[0021]

[0022]

[0023]

[0024]

[0025] 进一步，在所述步骤S4中，根据所述地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角Φd为：

[0026] Φd＝arctan(yb/zb)，

[0027] 其中，

[0028]

[0029] 其中，为地磁在参考系中的投影。

[0030] 进一步，在步骤S4中，根据地磁计算旋转弹横滚角，包括如下步骤：Φ1＝Φ_1-k×(Φg-Φd)，其中，Φ1为修正后的横滚角，Φ_1为上一次计算到的横滚角Φ1，Φg为弹体绕X轴转动横滚角度，Φg＝(Φ，θ，ψ)，k为预设系数。

[0031] 进一步，k的取值范围为0.4～0.6。

[0032] 根据本发明实施例的用于旋转弹的横滚角的计算方法，根据本发明实施例的用于旋转弹的横滚角的计算方法，以地磁计算横滚角的方法，可使测量范围较大。由于地磁是矢量，因此不会产生漂移，提高了测量精度。并且地磁的成本低于陀螺仪，因此以地磁计算横滚角的方法，可降低整个产品的生产成本。

[0033] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明

[0034] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0035] 图1为根据本发明实施例的用于旋转弹的横滚角的计算方法的流程图。

具体实施方式

[0036] 下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0037] 如图1所示，本发明实施例的用于旋转弹的横滚角的计算方法，包括如下步骤：

[0038] 步骤S1，建立弹体坐标系和导航坐标系。

[0039] 具体地，坐标系建立如下：弹体坐标系定义为：X轴表示横滚轴，对应前方；Y轴表示俯仰轴，对应右方；Z轴表示偏航，对应下方。导航坐标系定义为北东地坐标系。

[0040] 步骤S2，控制旋转弹的弹体根据弹体坐标系和导航坐标系以预设弹体姿态角转动。

[0041] 弹体姿态角为弹体按照以下顺序转动时的角度：绕Z轴转动的角度ψ，绕Y轴转动的角度θ，绕X轴转动的角度Φ。

[0042] 步骤S3，根据弹体转动的弹体姿态角建立旋转矩阵，并根据旋转矩阵计算旋转弹的旋转弹姿态矩阵。

[0043] 弹体转动按照绕偏航轴(Z轴)转动ψ，俯仰轴(Y轴)转动θ，横滚轴(X轴)转动Φ的顺序转动时，旋转矩阵为(c1，c2，c3)，

[0044] 根据绕z轴转动ψ角，计算得到

[0045] 根据绕y轴转动θ角，计算得到

[0046] 根据绕x轴转动Φ角，计算得到

[0047] 基于此，根据旋转矩阵计算旋转弹的旋转弹姿态矩阵，包括如下步骤：

[0048] 首先，根据旋转矩阵将参考体系变化至载体系，

[0049]

[0050] 然后，计算旋转弹姿态矩阵为：

[0051]

[0052] 进一步，可以根据上述旋转弹姿态矩阵计算弹体姿态角为：

[0053]

[0054]

[0055]

[0056] 步骤S4，设置地磁在参考系中的投影，根据地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角。

[0057] 根据地磁在参考系中的投影、旋转矩阵和旋转弹姿态矩阵计算横滚角Φd为：

[0058] Φd＝arctan(yb/zb)，

[0059] 其中，

[0060]

[0061] 其中，为地磁在参考系中的投影。

[0062] 进一步，在步骤S4中，根据地磁计算旋转弹横滚角，包括如下步骤：Φ1＝Φ_1-k×(Φg-Φd)，其中，Φ1为修正后的横滚角，Φ_1为上一次计算到的横滚角Φ1，Φg为弹体绕X轴转动横滚角度，Φg＝(Φ，θ，ψ)，k为预设系数。

[0063] 进一步，k的取值范围为0.4～0.6。

[0064] 根据本发明实施例的用于旋转弹的横滚角的计算方法，以地磁计算横滚角的方法，可使测量范围较大。由于地磁是矢量，因此不会产生漂移，提高了测量精度。并且地磁的成本低于陀螺仪，因此以地磁计算横滚角的方法，可降低整个产品的生产成本。

[0065] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0066] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

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