專利名稱：一種快速確定空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種快速確定空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角的方法，屬于空間目標識別領域。
背景技術：
目標運動不僅包括了平動，還有平動之外的振動和轉(zhuǎn)動等小幅度運動(也叫微動)。目標自身的轉(zhuǎn)動過程會對應相應的微多普勒頻率，利用微多普勒頻率進行目標識別是空間目標探測研究的一項重要內(nèi)容，各國都給予了極大的關注。自V.C.Chen提出微多普勒的概念以來，針對典型微動模型的研究已取得了很大的進展，目前基于微多普勒特征的目標識別技術也主要建立在典型微動類型上而進行。在實際應用中，空間目標的類型多種多樣，其運動形式也復雜多變，這使得僅從典型微動特征上難以實現(xiàn)精確的目標識別，近年來，微動特性與目標慣性參數(shù)的關系的研究開始得到專家們的關注，而這一研究可以突破具體微動類型的限制，使得基于微動特性的雷達目標識別的適用性進一步提高。姿態(tài)角就是目標轉(zhuǎn)動過程中其本體坐標系相對雷達參考坐標系的三個坐標軸轉(zhuǎn)過的角度，是目標轉(zhuǎn)動的一種外在表現(xiàn)。在目標微動特性研究中，需要通過目標的姿態(tài)角來仿真目標的微多普勒頻率。而姿態(tài)角的計算過程中需要利用橢圓函數(shù)，計算進動姿態(tài)角中還需要利用第三類非完全橢圓積分，計算過程中有很大的運算量，時間長，不能快速得到目標的姿態(tài)角，因此無法快速進行空間目標的識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題是針對求解空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角時存在的運算量巨大，不能快速得到目標的姿態(tài)角的不足，提供快速確定空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角的方法，根據(jù)雅克比橢圓函數(shù)的原理式，通過利用已知的約束條件進行公式化簡，能夠快速得到目標的姿態(tài)角。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是在已知空間軸對稱剛體目標轉(zhuǎn)動慣量(Ix = Iy ^ Iz)和初始旋轉(zhuǎn)角速度Wxtl, wy(l, Wz0的前提下,在求解姿態(tài)角的過程中,針對空間軸對稱剛體目標的特點，不再使用雅克比橢圓函數(shù)進行求解，而是從其原理出發(fā)，化簡雅克比橢圓函數(shù)，直接得出正弦幅度雅克比橢圓函數(shù)sn，余弦幅度雅克比橢圓函數(shù)cn，Δ幅值雅克比橢圓函數(shù)dn的表達式。同時在計算進動姿態(tài)角時，化簡第三類非完全橢圓積分。具體包括以下步驟(I)根據(jù)空間軸對稱剛體目標的x、Y、z軸的轉(zhuǎn)動慣量Ix，Iy, Iz和Χ、Υ、Ζ軸的初始旋轉(zhuǎn)角速度Wxtl, wy0, wz0,得到目標運動動能T和總角動量H，其中三個轉(zhuǎn)動慣量Ix，Iy, Iz之間滿足約束條件Ix = Iy≥Iz ;(2)確定三角函數(shù)頻率參數(shù)ε、橢圓的模k、第三類非完全橢圓積分輸入?yún)?shù)η ; (3)根據(jù)雅克比橢圓函數(shù)化簡得到sn，cn, dn的最簡表達式；(4)根據(jù)sn, cn, dn得到目標的旋轉(zhuǎn)角速度；
(5)化簡第三類非完全橢圓積分表達式；(6)得到三個姿態(tài)角的簡化表達式。所述步驟(I)中，計算運動動能T和總角動量H是因為這兩個量是研究微動特性與目標慣性參數(shù)的基礎參數(shù)，只有知道這兩個參數(shù)，才能往下進行其他的計算。具體計算公式為
權利要求
1.一種快速確定空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角的方法，其特征在于步驟如下 第一步，根據(jù)空間軸對稱剛體目標的X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動慣量Ix，Iy, Iz和X、Y、Z軸的初始旋轉(zhuǎn)角速度Wxtl, wy0, Wz0,得到目標運動動能T和總角動量H，其中三個轉(zhuǎn)動慣量Ix，Iy, Iz之間滿足約束條件Ix = Iy彡Iz,目標運動動能T和總角動量H的計算公式為 IrKoiO + W + (/) =IT(I),Xo (O + , (O + (O = H2(2) 其中式(I)和式(2)中t為時間變量;wx(l表示圍繞X軸旋轉(zhuǎn)的初始角速度分量，Wytl表示圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的初始角速度分量，Wz0表示圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的初始角速度分量； 第二步，確定三角響應函數(shù)頻率參數(shù)ε、橢圓的模k、第三類非完全橢圓積分輸入?yún)?shù)n，其中公式如下
全文摘要
一種快速確定空間軸對稱剛體目標姿態(tài)角的方法(1)根據(jù)已知目標轉(zhuǎn)動慣量(Ix＝Iy≥Iz)和初始旋轉(zhuǎn)角速度wx0,wy0,wz0確定目標運動動能T和總角動量H；(2)求解三角函數(shù)頻率參數(shù)ε，橢圓的模k，第三類非完全橢圓積分的橢圓參數(shù)n；(3)求解正弦幅度雅克比橢圓函數(shù)sn，余弦幅度雅克比橢圓函數(shù)cn，Δ幅值雅克比橢圓函數(shù)dn的最簡表達式；(4)求解空間剛體目標的三個旋轉(zhuǎn)角速度分量wx,wy,wz；(5)化簡第三類非完全橢圓積分公式(6)求解空間剛體目標的三個姿態(tài)角。采用本發(fā)明可以利用雅克比橢圓函數(shù)的計算原理比較快速地得出目標的旋轉(zhuǎn)角速度，進而獲得目標的姿態(tài)角，減少了運算量，大大縮短了計算機運算時間。
文檔編號G01C1/00GK102636150SQ20121013465
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者孫作為, 王俊, 王文光, 石家寧, 雷鵬 申請人:北京航空航天大學