一种高动态载体环境力测量方法与流程

本发明属于高动态载体测量技术领域，具体涉及一种高动态载体环境力测量方法。

背景技术

载体姿态的精确测量对其自身的姿态稳定、运动控制具有重要意义。本申请所阐述的高旋载体为：自旋速度30～50转/秒(甚至更高)的载体，如弹丸、高速钻探机构等。与非自旋或低速自旋载体相比，高旋载体俯仰和偏航通道之间的耦合效应(如马格努斯效应、陀螺效应等)，使其具有特殊的运动学和动力学特性，具体表现为锥运动及其它附加运动。这些复杂运动导致载体姿态角相互耦合，出现诱导误差，加剧载体的姿态测量误差发散，从而严重影响高旋载体的导航、制导与控制。

对于小型探空火箭、气象火箭、巡飞器、制导炮弹、制导子弹、载入飞行器等的这类高动态载体，环境力数据的精确获取，对其自身的姿态稳定、运动控制意义重大。

专利号为：，发明名称为：一种高动态载体环境力测量装置，该专利申请提供了一种高动态载体环境力测量装置，弥补传统环境力测量装置不能够适应上述条件的缺点，具有结构简单、启动速度快、功耗低、体积小、稳定性强、测量精度高的优点，特别适用于高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域，如石油钻井、高旋弹体、盾构挖掘等环境下。但该专利并未详细论述具体的测试步骤与流程，仅是对通用环境力测量装置的一种拓展，测试耗时长，精度受环境影响大。

目前在公开文献中，多以高速旋转弹为背景，研究的这种测量方法，但大多针对制导炮弹，其测量时间是在制导段开始，在该过程中，其转速、过载、速度已明显降低，如文献《高旋弹用惯性测量系统多量程传感器组合设计》、《基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法》等，但均未详细给出具体测量方法，仅是在理论上进行了验证。。

本发明主要应用在高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域。本发明能够弥补了传统环境力测量方法耗时长、受环境影响大的缺点，优化了测试流程，提高了测量精度，大大缩短了高动态载体的设计周期，为高动态载体的总体设计提供了依据。特别适用于高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域，如石油钻井、高旋弹体、盾构挖掘等环境下。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服传统环境力测量方法耗时长、受环境影响大的缺点缺点，提出一种高动态环境力测量方法，该方法给出了高动态环境力测量的步骤，有助于科研人员熟悉高动态载体的工作机理，从而缩短高动态载体的设计周期，节约了总体设计的开发时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高动态载体环境力测量方法，包括以下步骤：

步骤1，利用卫星定位装置测试当地经纬度；

步骤2，系统自检；

步骤3，利用地球磁场模型计算当地地磁信息，并对载体内部测量装置磁强计进行地面校准；

步骤4，对载体内部加速度计进行校准；

步骤5，接通电源，开始静态低速测试；

步骤6，检测高速运动状态，进行动态高速测试；

步骤7，实时监控高动态载体传感器回传数据；

步骤8，获取落点数据回收载体，回读测试数据；

步骤9，进行数据反演，生成高动态载体飞行过程中的全时段环境力数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的高动态载体环境力测量方法，利用高动态载体环境力测量装置进行测量，能够反演出高动态载体飞行过程中的加速度、角速度和地磁变化信息，为高动态载体的综合设计奠定了基础；

(2)本发明提供的高动态载体环境力测量方法通过对测量步骤的优化设计，简化了测试流程，缩短了测试时间；

(3)本发明提供的高动态载体环境力测量方法可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出高动态载体的设计经验，从而归纳形成设计的规范和标准。

附图说明

图1为高动态载体测量方法流程图

具体实施方式

本发明提供的高动态载体环境力测量方法的流程如图1所示，具体如下：

步骤1，利用卫星定位装置测试当地经纬度

利用卫星定位装置，如gps、北斗等定位装置，测量高动态载体发射地点的地理信息，主要包括当地经度、纬度和高度信息。

步骤2，系统自检

打开电源，进行系统自检，包括：载体内部的高动态载体环境力测量装置、地面设备、电源等组件的设备自检，并进行数据回传测试。

步骤3，利用地球磁场模型计算当地地磁信息，并对载体内部测量装置磁强计进行地面校准

地磁场在大尺度范围是随地区、时间和高度变化的，但是在一个确定时间和地点，地磁场的变化在弹体飞行区域范围是可以忽略的。已155mm榴弹这类高动态载体为例，其高度范围12000m，飞行距离55000m。在发射之前，根据已知的射向、风向、高度、经度、纬度等射击诸元后，可利用国际地磁参考场(igrf11)对该实验区域范围内的地磁场模型进行计算，得到该载体在飞行过程中的理论磁场变化情况。将载体固定在简易标定台上，利用经纬仪测得的北向信息，使载体飞行轴向与东向重合并保持水平。绕其飞行轴向使载体旋转一周，实时记录测量装置输出数据，将三轴地磁数据记为：mx，k、my，k、mz，k，矢量表示为m，k为采样时刻标志；将三轴加速度计数据记为：fx，k，fy，k，fz，k，矢量表示为f。

假设采集到的数据为n个，分别找到这n个数据中三个轴向的最大值和最小值，记为max(m)和min(m)，求取地磁零位，记为zero(m)，求解如下：

求解地磁平均值，如下：

将计算的零位和平均值装载进测量装置中，完成对磁强计的校准。

步骤4，对载体内部加速度计进行校准

假设采集到的数据为n个，分别找到这n个数据中三个轴向的最大值和最小值，记为max(f)和min(f)，求取加速度计零位，记为zero(f)，求解如下：

求解加速度计平均值，如下：

将计算的零位和平均值装载进测量装置中，完成对加速度计的校准。

步骤5，接通电源，开始静态低速测试

接通系统电源，系统处于低速测试状态，数据采集周期为1hz。

步骤6，检测高速运动状态，进行动态高速测试

当高动态载体发射后，系统工作于高速测试状态，数据采集周期为10khz。

步骤7，实时监控高动态载体传感器回传数据

利用地面数据接收站，接收高动态载体环境力测量装置的实时测量数据。

步骤8，获取落点数据回收载体，回读测试数据

根据回传的落点数据，对高动态载体进行数据回收。接通高动态环境力测量装置，回读高密度记录数据。

步骤9，进行数据反演，生成高动态载体飞行过程中的全时段环境力数据

结合实时回传数据和回读的高密度数据，对高动态载体的环境力数据进行反演，将10hz数据进行二次曲线拟合，将点进行加密，密度增大10倍，生产100khz数据。结合计算的理论地磁场模型，将100khz进行误差统计与分析，最后生成高动态载体环境力数据。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。