[发明专利]一种快速确定空间轴对称刚体目标姿态角的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速确定空间轴对称刚体目标姿态角的方法，属于空间目标识别领域。

背景技术

目标运动不仅包括了平动，还有平动之外的振动和转动等小幅度运动（也叫微动）。目标自身的转动过程会对应相应的微多普勒频率，利用微多普勒频率进行目标识别是空间目标探测研究的一项重要内容，各国都给予了极大的关注。自V.C.Chen提出微多普勒的概念以来，针对典型微动模型的研究已取得了很大的进展，目前基于微多普勒特征的目标识别技术也主要建立在典型微动类型上而进行。在实际应用中，空间目标的类型多种多样，其运动形式也复杂多变，这使得仅从典型微动特征上难以实现精确的目标识别，近年来，微动特性与目标惯性参数的关系的研究开始得到专家们的关注，而这一研究可以突破具体微动类型的限制，使得基于微动特性的雷达目标识别的适用性进一步提高。

姿态角就是目标转动过程中其本体坐标系相对雷达参考坐标系的三个坐标轴转过的角度，是目标转动的一种外在表现。在目标微动特性研究中，需要通过目标的姿态角来仿真目标的微多普勒频率。而姿态角的计算过程中需要利用椭圆函数，计算进动姿态角中还需要利用第三类非完全椭圆积分，计算过程中有很大的运算量，时间长，不能快速得到目标的姿态角，因此无法快速进行空间目标的识别。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对求解空间轴对称刚体目标姿态角时存在的运算量巨大，不能快速得到目标的姿态角的不足，提供快速确定空间轴对称刚体目标姿态角的方法，根据雅克比椭圆函数的原理式，通过利用已知的约束条件进行公式化简，能够快速得到目标的姿态角。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在已知空间轴对称刚体目标转动惯量（I_x＝I_y≥I_z）和初始旋转角速度w_x0,w_y0，w_z0的前提下，在求解姿态角的过程中，针对空间轴对称刚体目标的特点，不再使用雅克比椭圆函数进行求解，而是从其原理出发，化简雅克比椭圆函数，直接得出正弦幅度雅克比椭圆函数sn，余弦幅度雅克比椭圆函数cn，Δ幅值雅克比椭圆函数dn的表达式。同时在计算进动姿态角时，化简第三类非完全椭圆积分。具体包括以下步骤：

（1）根据空间轴对称刚体目标的X、Y、Z轴的转动惯量I_x,I_y,I_z和X、Y、Z轴的初始旋转角速度w_x0,w_y0,w_z0，得到目标运动动能T和总角动量H，其中三个转动惯量I_x,I_y，I_z之间满足约束条件I_x＝I_y≥I_z；

（2）确定三角函数频率参数ε、椭圆的模k、第三类非完全椭圆积分输入参数n；

（3）根据雅克比椭圆函数化简得到sn,cn,dn的最简表达式；

（4）根据sn,cn,dn得到目标的旋转角速度；

（5）化简第三类非完全椭圆积分表达式；

（6）得到三个姿态角的简化表达式。

所述步骤（1）中，计算运动动能T和总角动量H是因为这两个量是研究微动特性与目标惯性参数的基础参数，只有知道这两个参数，才能往下进行其他的计算。具体计算公式为：