火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火箭彈道處理與顯示技術(shù)，特別是火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與 濾值方法，適用于火箭在無(wú)動(dòng)力段飛行過(guò)程中依據(jù)已有測(cè)量數(shù)據(jù)(至少一組位置速度矢量 或者兩組時(shí)間位置或時(shí)間速度矢量），計(jì)算其瞬時(shí)入軌參數(shù)，然后進(jìn)行彈道數(shù)據(jù)外推以及對(duì) 后續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)過(guò)濾，采用高精度的定軌方法生成的彈道外推結(jié)果和濾值結(jié)果 精度較傳統(tǒng)方法有很大提升。
【背景技術(shù)】
[0002] 在火箭飛行過(guò)程中，根據(jù)其飛行特點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)有發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)處于無(wú)動(dòng)力飛行的滑 行段，以保證火箭關(guān)鍵飛行動(dòng)作能在測(cè)控范圍內(nèi)進(jìn)行和節(jié)省火箭燃料。當(dāng)火箭處于測(cè)控范 圍外時(shí)，無(wú)法獲取其飛行彈道數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)的顯示需求，必須對(duì)火箭彈道進(jìn)行補(bǔ)彈 道，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)處于測(cè)控范圍內(nèi)的速度作為其處于測(cè)控范圍外的速度，理論彈道作 為其處于測(cè)控范圍外的彈道，顯示效果及精度較差。在測(cè)控范圍內(nèi)由于測(cè)控設(shè)備的不穩(wěn)定 性，會(huì)出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)異常點(diǎn)，如何對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾也是彈道處理的一個(gè)重要部分。在此背 景下，我們提出一種火箭無(wú)動(dòng)力飛行段基于航天器定軌方法的彈道外推及濾值方法，顯著 提升了彈道顯示的效果和精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種火箭在無(wú)動(dòng)力飛行段的彈道數(shù)據(jù)外推及測(cè)量數(shù)據(jù)異常 點(diǎn)過(guò)濾方法，方法概括:根據(jù)一組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或者兩組位置/速度矢量數(shù)據(jù)，計(jì)算 其瞬時(shí)入軌開(kāi)普勒參數(shù)，然后根據(jù)軌道參數(shù)外推該時(shí)刻以后的彈道數(shù)據(jù)。根據(jù)多組外推數(shù) 據(jù)按照可信度加權(quán)，計(jì)算出彈道數(shù)據(jù)結(jié)果，該結(jié)果可以用于彈道的顯示以及實(shí)時(shí)測(cè)量彈道 數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)過(guò)濾。
[0004] -種火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法，包括：
[0005] (1)從火箭飛行過(guò)程中的已有測(cè)量數(shù)據(jù)中選用一組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)(包含時(shí) 間、位置矢量、速度矢量)或者兩組位置/速度數(shù)據(jù)(包含時(shí)間、位置/速度矢量），計(jì)算火箭無(wú) 動(dòng)力段入軌的軌道根數(shù)；
[0006] (2)根據(jù)步驟(1)計(jì)算出的軌道根數(shù)外推以后某一時(shí)刻t的彈道數(shù)據(jù)(包含時(shí)間、位 置矢量、速度矢量)；
[0007] (3)另選若干組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或位置/速度數(shù)據(jù)重復(fù)步驟(1)，根據(jù)步驟(2) 外推與步驟(2)相同時(shí)刻t的彈道數(shù)據(jù)；
[0008] (4)根據(jù)步驟(3)外推獲得的時(shí)刻t的多組彈道數(shù)據(jù)，按照可信度加權(quán)方法(彈道數(shù) 據(jù)外推時(shí)間差越小，可信度權(quán)值越高)計(jì)算出時(shí)刻t的最終的彈道數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為顯示和異常 點(diǎn)過(guò)濾基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0009] (5)根據(jù)彈道數(shù)據(jù)外推時(shí)間差確定外推數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)差〇，按照3〇對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行異常點(diǎn)過(guò)濾，如果在范圍內(nèi)則認(rèn)為該測(cè)量數(shù)據(jù)有效，將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出彈道，如果在 誤差范圍外，則過(guò)濾實(shí)時(shí)測(cè)量該數(shù)據(jù)，將步驟(4)的計(jì)算結(jié)果作為測(cè)量數(shù)據(jù)值，輸出彈道。 [0010]本發(fā)明方法的特點(diǎn)：此方法利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后的無(wú)動(dòng)力飛行段受力相對(duì)簡(jiǎn) 單，進(jìn)行短時(shí)間彈道外推時(shí)僅需要考慮地球引力影響從而能夠計(jì)算出入軌的參數(shù)，通過(guò)彈 道外推和異常點(diǎn)過(guò)濾方法，避免了將飛行數(shù)據(jù)延后處理，從而實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)射實(shí)時(shí)彈道數(shù)據(jù) 處理。通過(guò)多組數(shù)據(jù)的可信度加權(quán)處理，能夠降低測(cè)量設(shè)備所帶來(lái)的系統(tǒng)誤差和偶然誤差。 [0011]通過(guò)本發(fā)明的方法處理后，可以顯著提升彈道顯示的效果和精度。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程圖；
[0013] 圖2為未經(jīng)過(guò)過(guò)濾的傳統(tǒng)補(bǔ)彈道數(shù)據(jù)的二維曲線圖；
[0014]圖3為未經(jīng)過(guò)過(guò)濾的傳統(tǒng)補(bǔ)彈道數(shù)據(jù)的三維曲線圖；
[0015]圖4為經(jīng)過(guò)本發(fā)明計(jì)算得到的彈道數(shù)據(jù)的三維曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明方法具體包括：
[0017] (1)選用一組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或者兩組位置/速度數(shù)據(jù)計(jì)算無(wú)動(dòng)力段入軌的 軌道根數(shù)Kep:其中可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)指在彈道曲線中，數(shù)據(jù)較為平滑，不屬于異常點(diǎn)的 數(shù)據(jù)，可以由外部其它數(shù)據(jù)處理部件提供。
[0018] 通過(guò)一組彈道測(cè)量數(shù)據(jù)(r，V)計(jì)算軌道根數(shù)r表示位置矢量，V表示速度矢量。
[0019 ] a、計(jì)算面積速度矢量h以及它的模h: h = r X V;
[0020] b、計(jì)算過(guò)渡矢量W=h/h;
[0021] c、計(jì)算軌道傾角i
，1、1^12分別為過(guò)渡矢量_似、￥、2方向 的分量；
[0022] d、計(jì)算升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω;
[0023] e、計(jì)算過(guò)程值半通經(jīng)p，其中GMe為萬(wàn)有引力常量與地球質(zhì)量之積；
[0024] f、計(jì)算軌道半長(zhǎng)軸a;
_;r，v分別表示r和V的模，如果計(jì)算的結(jié)果是 標(biāo)量，那么r和V都是標(biāo)量，也就是r和V的模，除了步驟a，b，其它都是采用標(biāo)量計(jì)算；
[0025] g、計(jì)算過(guò)程值平運(yùn)動(dòng)角速度η
[0026] h、計(jì)算軌道偏心率e
[0027] i、計(jì)算偏近點(diǎn)角E;
[0028] j、計(jì)算平近點(diǎn)角 M;M = E-esinE
[0029] k、計(jì)算煒度幅角u;
x，y，z分別表示位置矢量r在x、y、z方
向的分量；
[0030] 1、計(jì)算真近點(diǎn)角V;
[0031] m、計(jì)算近地點(diǎn)幅角ω =u-v;
[0032] (2)根據(jù)計(jì)算出的軌道根數(shù)外推以后某時(shí)刻的彈道數(shù)據(jù)
[0033] 通過(guò)軌道根數(shù)Kep(a，e，i，Ω，ω，Μ)以及與瞬時(shí)初軌時(shí)間差A(yù)t計(jì)算位置速度值 (r,v)：
[0034] a、計(jì)算中間值P、Q;
[0040] (3)選用其他可信測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)（1)步驟，根據(jù)(2)外推同一時(shí)刻的彈道數(shù)據(jù)點(diǎn)（t， Γ?,νι)；
[0041] (4)根據(jù)(2)和(3)步驟外推的多個(gè)同時(shí)刻彈道數(shù)據(jù)結(jié)果，按照可信度加權(quán)方法(時(shí) 間差越小，可信度權(quán)值越高）計(jì)算出最終的彈道數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為顯示和異常點(diǎn)過(guò)濾基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (t,r,v) ；r= Zkin1V= Zkivi
[0042] (5)根據(jù)彈道數(shù)據(jù)外推時(shí)間差確定外推數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)差〇，按照3〇對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行異常點(diǎn)過(guò)濾，如果在范圍內(nèi)則認(rèn)為該測(cè)量數(shù)據(jù)有效，如果在誤差范圍外，則過(guò)濾該數(shù)據(jù) 點(diǎn)，并將(4)步驟計(jì)算結(jié)果作為測(cè)量值。
[0043] 通過(guò)圖2-圖3可明顯得出本發(fā)明的效果：由圖2、圖3可知，在測(cè)控設(shè)備跟蹤即將結(jié) 束時(shí)，獲取的彈道數(shù)據(jù)質(zhì)量比較差，而且在跟蹤結(jié)束后無(wú)法獲取新的彈道數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的 補(bǔ)彈道方法生成的彈道數(shù)據(jù)誤差比較大，顯示效果差；由圖4可知，經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理的彈道 數(shù)據(jù)比較平滑，數(shù)據(jù)精度高，能夠滿(mǎn)足火箭無(wú)動(dòng)力飛行段測(cè)控盲區(qū)彈道顯示需求。以上說(shuō)明 火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法是有效的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法，包括如下步驟： (1) 從火箭飛行過(guò)程中的已有測(cè)量數(shù)據(jù)中選用一組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或者兩組位 置/速度數(shù)據(jù)，計(jì)算火箭無(wú)動(dòng)力段入軌的軌道根數(shù)； (2) 根據(jù)步驟(1)計(jì)算出的軌道根數(shù)外推以后某一時(shí)刻t的彈道數(shù)據(jù)； (3) 另選若干組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或位置/速度數(shù)據(jù)重復(fù)步驟（1)，根據(jù)步驟(2)外推 與步驟(2)相同時(shí)刻t的彈道數(shù)據(jù)； (4) 根據(jù)步驟(3)外推獲得的時(shí)刻t的多個(gè)彈道數(shù)據(jù)，按照可信度加權(quán)方法計(jì)算出時(shí)刻t 的最終的彈道數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為顯示和異常點(diǎn)過(guò)濾基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； (5) 根據(jù)彈道數(shù)據(jù)外推時(shí)間差確定外推數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)差按照3〇對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行 異常點(diǎn)過(guò)濾，如果在范圍內(nèi)則認(rèn)為該測(cè)量數(shù)據(jù)有效，將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出彈道，如果在誤差 范圍外，則過(guò)濾實(shí)時(shí)測(cè)量該數(shù)據(jù)，將步驟(4)的計(jì)算結(jié)果作為測(cè)量數(shù)據(jù)值，輸出彈道。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法，其特征在于:所述 可f目度加權(quán)方法具體依據(jù)是:時(shí)間差越小，可彳目度權(quán)值越1? D
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種火箭發(fā)射無(wú)動(dòng)力飛行段彈道外推與濾值方法，根據(jù)一組可信的彈道測(cè)量數(shù)據(jù)或者兩組位置/速度矢量數(shù)據(jù)，計(jì)算其瞬時(shí)入軌開(kāi)普勒參數(shù)，然后根據(jù)軌道參數(shù)外推該時(shí)刻以后的彈道數(shù)據(jù)。根據(jù)多組外推數(shù)據(jù)按照可信度加權(quán)，計(jì)算出彈道數(shù)據(jù)結(jié)果，該結(jié)果可以用于彈道的顯示以及實(shí)時(shí)測(cè)量彈道數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)過(guò)濾。采用本發(fā)明的火箭無(wú)動(dòng)力飛行段基于航天器定軌方法的彈道外推及濾值方法，顯著提升了彈道顯示的效果和精度。
【IPC分類(lèi)】G01C21/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105588568
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510917868
【發(fā)明人】胡杰, 劉劍鋒, 白起光, 何孝港, 羅啟富, 唐琦杰, 王英杰, 張鵬超, 陳錦平, 彭漁露
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63791部隊(duì)
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日