[发明专利]一种基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测系统及方法，包括四个光敏管以及设置于弹体内的地磁测量模块、GPS模块及控制器，其中，地磁测量模块、GPS模块及控制器自上到下依次设置，其中，地磁测量模块位于弹体的弹头顶部，四个光敏管沿周向均匀内嵌于弹体的外壁内，其中，地磁测量模块的输出端、GPS模块的输出端及四个光敏管的输出端均与控制器的输入端相连接，该系统及方法能够实现弹体滚转角的检测，并且不使用陀螺仪及加速度计，同时结构简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种弹体滚转角检测系统及方法，具体涉及一种基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测系统及方法。

背景技术

可以完成制导任务的固定翼双旋弹是最近几年制导炮弹的研究热点，该类炮弹在传统的线膛炮或迫击炮上安置控制系统，使其具有导航能力，且较同应用下其他制导弹药成本更低。该类炮弹无动力装置，发射加速度超过10000g。

固定翼双旋弹的滚转角检测则是炮弹导航和轨迹控制的基础。滚转角检测一般使用陀螺仪和加速度计组合测量。但因为弹体的超高加速度，导致mems陀螺仪和加速度计会在发射的过程中损坏，而光纤陀螺仪因为价格过于昂贵，耐高加速度的加速度计成本也十分昂贵，违背了固定翼双旋弹设计的初衷。因此设计一种不使用陀螺仪和加速度计，并且结构简单、成本低廉的弹体滚转角检测技术十分关键。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测系统及方法，该系统及方法能够实现弹体滚转角的检测，并且不使用陀螺仪及加速度计，同时结构简单，成本低。

为达到上述目的，本发明所述的基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测系统包括四个光敏管以及设置于弹体内的地磁测量模块、GPS模块及控制器，其中，地磁测量模块、GPS模块及控制器自上到下依次设置，其中，地磁测量模块位于弹体的弹头顶部，四个光敏管沿周向均匀内嵌于弹体的外壁内，其中，地磁测量模块的输出端、GPS模块的输出端及四个光敏管的输出端均与控制器的输入端相连接。

地磁测量模块经放大电路及模数转换器与控制器相连接，控制器通过推挽电路与地磁测量模块相连接。

GPS模块通过RS422接口与控制器相连接。

光敏管经模数转换器与控制器相连接。

本发明所述的基于地磁和太阳光角的弹体滚转角检测方法包括以下步骤：

1)GPS模块获取弹体的速度信息，然后将弹体的速度信息发送至控制器中，控制器根据弹体的速度信息计算弹体的俯仰角α及偏航角β，光敏管采集太阳光照角度x，再将采集到的太阳光照角度x转换为光电流y，然后将所述光电流y发送至控制器中，控制器根据接收到光电流y、弹体的俯仰角α及偏航角β计算光敏管对地的最终滚转角φ；

2)地磁测量模块实时采集地磁矢量v，然后将采集到的地磁矢量v发送至控制器中，控制器对所述地磁矢量v进行去噪，得去噪后的地磁矢量X，然后根据去噪后的地磁矢量X计算弹体的滚转角θ；

3)控制器根据弹体的滚转角θ及光敏管对地的最终滚转角φ计算弹体的最终滚转角

太阳光照角度x与光电流y的对应关系为：

y＝Asin²ax

其中，α为缩放值，A＝1。

步骤1)的具体操作为：

截取每个光敏管的90°光照范围，再将四个光敏管检测得到的光电流波形依次进行组合，得组合波形，然后将该组合波形以峰值点及谷值点为间隔划分为8段波形，其中，每个光敏管对应两段波形,每段波形的角度基值设任一段波形的峰值及谷值分别为p及q，则有y＝sin²ax，求解a,得y＝sin²ax对应的拟合曲线；