[发明专利]一种基于地磁要素的飞行弹体旋转姿态测量方法

权利要求书

1.一种基于地磁要素的飞行弹体旋转姿态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据B_z的数学特性解决B_y的多值问题：

当求B_z极值的俯仰角θ_j，在俯仰角θ和偏航角ψ之间，B_zj的极值只有一个；ψ不变时，极值点的俯仰角θ_j为一个常量；

如果则如果则则B_y＝0；

a＝cosIcos(D-ψ)，b＝sinI，其中I为磁倾角、D为磁偏角、ψ为偏航角；

2)求出基准角φ₀

经过前期研究，得到φ₀的思路为：

投影矢量B，B为地磁矢量在弹体横截面上的投影矢量，在第一象限，即基准角B_x＞0并且B_y≥0时：

3)求出滚动角φ_i

前期研究，根据不同的φ₀，φ_i有：

4)根据B_y的正负取值解决俯仰角θ多值问题：

利用磁阻传感器3个敏感轴的电压输出和由于与φ无关，根据oz轴磁测电压值的变化，求出俯仰角θ；

当B_y≥0时

当B_y＜0时

5)迭代修正跟踪偏航角ψ

在滚动角为零度时，观察B_x的磁测值的变化，如果变化不大，说明偏航角ψ随弹体飞行变化不大；如果变化明显，就需要修正ψ，使得B_x和相互逼近，形成一种收敛迭代逼近过程，从而B_x及式中的a参数得到修正，进一步提高解算精度，d＝cosIsin(D-ψ)；

由于B_x＝cosI sin(D-ψ)，偏向角ψ不变时，B_x是常数；B_x在滚动角φ＝0时的磁测值为：

得到差值及误差公式：

根据式求极值，在极值点或零点，滚动角φ和基准角φ₀有明确的对应关系；

得：

得到拟解算数学模型：

2.根据权利要求1所述的基于地磁要素的飞行弹体旋转姿态测量方法，其特征在于，采用直角坐标系，O为观测点，x’轴指向北，y’轴指向东，z’轴向下；为O点地磁场的总磁感应强度矢量，在x’，y’与z’轴上的投影分别为X’，Y’与Z’；H为在水平面上的投影；水平强度矢量H偏离地理北方向的角度D称为磁偏角，磁偏角也就是磁子午面与地理子午面的夹角；并规定磁偏角向东偏为正，向西偏为负；偏离水平面的角度I称为磁倾角，总磁场下倾为正，上仰为负；I、D、X’、Y’、Z’、H和这七个物理量称为地磁场的要素，用来描述地磁场的特征。

3.根据权利要求2所述的基于地磁要素的飞行弹体旋转姿态测量方法，其特征在于，弹体横截面飞行坐标系和弹体轴oz轴组成右手直角坐标系；oy在弹体轴的铅垂面内且垂直于oz轴向下，ox位于弹体的横截面与水平面的交线上对应磁阻传感器另一敏感轴；B为地磁矢量在此横截面上的投影矢量，φ₀为B矢量与y轴之间的夹角，称为基准角，φ^，为B矢量和滚动中y’轴之间的夹角，φ为滚动角。

4.根据权利要求3所述的基于地磁要素的飞行弹体旋转姿态测量方法，其特征在于，滚动角关系式，φ的象限不同，表达式形式有所变化：

B_x、B_y和B_z根据弹体飞行地点的地磁要素和坐标变换得到关系式：

其中：I为磁倾角、D为磁偏角、B^T为地磁矢量的模、θ为俯仰角、ψ为偏航角；

飞行横截面滚动坐标系中，B矢量在滚动坐标系上的投影为：

用理论值和分别标定、校正其测量值和修正3路地磁信号放大倍数误差的影响；于是在没有弹体情况下，把(1)式表达成(4)式：

在θ、ψ及地磁要素不变的情况下，基准角φ₀或是一个常量，这样根据式(4)完备的计算出滚动角φ；

根据地磁模型分析，磁倾角I、磁偏角D在小地域内变化很小，对B_x和B_y或基准角φ₀的值影响很小，对滚动角计算的误差忽略不计；但弹体在实际飞行中，它的θ、ψ是不断变化的，式(4)中的B_x和B_y是不确定的；

B_x和B_y是俯仰角θ、偏航角ψ的函数；无法从磁测数据中得到B_x和B_y，就不能得到基准角φ₀；拟采取如下解决途径求解B_x和B_y：

磁倾角I、磁偏角D、偏航角ψ不考虑变化，为求解的初始条件；

根据式(2)，求解公式为：

设a＝cosI cos(D-ψ)，b＝sinI，d＝cosI sin(D-ψ)，写成(5)式

磁倾角I为-10°—+70°，偏航角ψ为-11°30’—15°，a值范围为(-1,1)，b值范围为[-0.173645,0.93969]；

设：得：