[发明专利]一种适用于高速旋转弹药的磁测姿态高精度解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速旋转弹药飞行姿态提取技术，具体是一种适用于高速旋转弹药的磁测姿态高精度解算方法。

背景技术

常规弹药制导化、灵巧化改造是国内外精确打击武器的发展重点。受常规弹药的高旋转、高过载等恶劣应用环境的限制，常规弹药飞行姿态的高精度提取成为常规弹药制导化的技术瓶颈。作为常规弹药飞行姿态的一种提取方法，磁测姿态解算方法是以地磁矢量作为测量基准，通过磁传感器在弹药内适当布阵，并由相关算法解算飞行姿态。在现有技术条件下，磁测姿态解算方法所采用的磁测姿态方程是非线性超越方程组，非线性超越方程组可采用弦截法、抛物线法和拟牛顿迭代法进行数值解算。其中，拟牛顿迭代法是求解非线性优化问题的最为有效的方法之一，但迭代初值决定了其解算的收敛性和实时性。具体而言，针对低速旋转弹药飞行姿态的提取，拟牛顿迭代法可以把前一解算点姿态作为当前解算迭代初值，这样能够把迭代过程引入收敛区，加快算法的收敛速度。但对于高速旋转弹药飞行姿态的提取，拟牛顿迭代法收敛缓慢甚至发散，因此其解算精度低。基于此，有必要发明一种全新的常规弹药飞行姿态提取技术，以解决现有常规弹药飞行姿态提取技术在提取高速旋转弹药飞行姿态时解算精度低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有常规弹药飞行姿态提取技术在提取高速旋转弹药飞行姿态时解算精度低的问题，提供了一种适用于高速旋转弹药的磁测姿态高精度解算方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种适用于高速旋转弹药的磁测姿态高精度解算方法，该方法是采用如下步骤实现的：a.采用三轴磁阻传感器、三轴加速度计和相应电子线路组成磁测姿态系统，并选定磁测姿态系统的导航参考坐标系和载体坐标系；然后根据磁测理论推写出磁测姿态系统的磁测姿态系统方程组； b.通过遗传算法在磁测姿态系统方程组的姿态区间内对磁测姿态系统方程组的根进行快速搜索，并得出磁测姿态系统方程组的姿态近似解；c.以得出的姿态近似解作为磁测姿态系统方程组在当前解算点的迭代初值，并采用拟牛顿迭代法求取磁测姿态系统方程组在当前解算点的姿态最优解；然后将磁测姿态系统方程组在当前解算点的姿态最优解作为磁测姿态系统方程组在后续解算点的迭代初值，由此求取磁测姿态系统在全部解算点的姿态最优解。 

所述步骤a中，选定地面发射坐标系作为磁测姿态系统的导航参考坐标系；选定前上右部坐标系作为磁测姿态系统的载体坐标系；

磁测姿态系统的姿态矩阵                                                为：

（1）；

磁测姿态系统的姿态矩阵、导航参考坐标系中的地磁分量、载体坐标系中的地磁分量之间的关系为：

                              （2）；

根据式（1）和式（2）推写出磁测姿态系统的磁测姿态系统方程组为：

    （3）；

式（1）-（3）中：为俯仰角，为偏航角，为横滚角；为载体坐标系中的地磁分量；为导航参考坐标系中的地磁分量。

所述步骤b中，采用遗传算法在磁测姿态系统方程组的姿态区间内对磁测姿态系统方程组的根进行快速搜索的具体步骤如下：

b1.选定遗传算法的初始种群，t=1，2，…，7；初始种群由7个染色体组成，且7个染色体分别作为俯仰角和横滚角的定义域对应8位二进制编码；

b2.计算初始种群中的每一个染色体的适应度函数：

                                    （4）；

当染色体作为俯仰角的定义域对应8位二进制编码时，

                  （5）；

当染色体作为横滚角的定义域对应8位二进制编码时，

      （6）；

当每一个染色体的适应度函数趋于稳定时，停止计算每一个染色体的适应度函数，并计算每一个染色体的概率：

                                       （7）；

式（4）-（7）中：为俯仰角，为偏航角，为横滚角；

b3.根据每一个染色体的概率从初始种群中随机选出染色体用于构成新种群：

                                （8）；