一種航天器測(cè)量盲區(qū)補(bǔ)彈道方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及航天測(cè)控速度時(shí)間彈道的處理方法，利用有限狀態(tài)機(jī)在有測(cè)量數(shù)據(jù)和 無測(cè)量數(shù)據(jù)彈道之間的快速動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)盲區(qū)前最后測(cè)量的彈道，推算測(cè)量盲區(qū)的彈道。 通過該方法使整條全程彈道平滑連續(xù)，顯著提升了彈道顯示效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航天器發(fā)射任務(wù)中，由于航區(qū)較長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行不間斷跟蹤，導(dǎo)致速度時(shí) 間彈道在測(cè)量盲區(qū)時(shí)沒有數(shù)據(jù)可供顯示，同時(shí)在信號(hào)消失和信號(hào)捕獲時(shí)，由于信號(hào)的不穩(wěn) 定性，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無。其結(jié)果就是數(shù)據(jù)中間斷裂，且在斷裂點(diǎn)附近數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不規(guī) 律間斷點(diǎn)，極大的影響顯示效果和美觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是根據(jù)測(cè)量盲區(qū)彈道處理的不足，造成現(xiàn)實(shí)效果差。本發(fā)明根據(jù)航 天器在測(cè)量盲區(qū)時(shí)，正好處于外大氣層無動(dòng)力飛行段，使得補(bǔ)彈道的計(jì)算模型大大簡(jiǎn)化，同 時(shí)利用測(cè)量設(shè)備布設(shè)特點(diǎn)和飛行時(shí)的時(shí)間驅(qū)動(dòng)特性，制定合適的補(bǔ)彈道策略，可W實(shí)現(xiàn)對(duì) 航天器測(cè)量盲區(qū)彈道的補(bǔ)償。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 1)建立測(cè)量盲區(qū)彈道數(shù)學(xué)模型
[0006] 在航天器飛行過程中，是先進(jìn)入無動(dòng)力飛行段后再進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)。航天器在無動(dòng) 力飛行段，一般已出大氣層。假設(shè)航天器只受引力影響，將補(bǔ)彈道數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為X = X〇+Vt 的一階模型；當(dāng)航天器進(jìn)入無動(dòng)力飛行段后，采用一FIFO(先進(jìn)先出）隊(duì)列累計(jì)最近30個(gè)點(diǎn) 的速度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的飛行時(shí)間；當(dāng)進(jìn)入盲區(qū)后，基于所述累計(jì)的30個(gè)點(diǎn)，利用一階多項(xiàng)式最 小二乘算法外推盲區(qū)的速度，公式如下：
[0008] 其中帕。）^ = 0，1，...，口}為口階正交多項(xiàng)式簇，口^1)表示第1個(gè)采樣時(shí)刻第非介 正交多項(xiàng)式的值，^11采樣間隔為11的第1個(gè)速度測(cè)量數(shù)據(jù)，11為擬合段落的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)(本 發(fā)明中為30)，與為外推盲區(qū)的速度數(shù)據(jù)期望值，h為采樣間隔(本發(fā)明中為0.1) J取經(jīng)驗(yàn)值 3。
[0009] 正交多項(xiàng)式簇按照如下公式計(jì)算：
[0011] 2)采用有限狀態(tài)機(jī)控制是否采用步驟I)外推盲區(qū)的速度。
[0012] 其中基于有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)控制過程如下：
[0013] 由于飛行時(shí)的時(shí)間驅(qū)動(dòng)特性，為保證數(shù)據(jù)顯示的正確性，在每一個(gè)周期內(nèi)都需要 判斷是否滿足補(bǔ)彈道條件，過程較復(fù)雜，邊界條件較多。通過使用有限狀態(tài)機(jī)，將整個(gè)彈道 顯示分解為4種狀態(tài)，步驟如下：
[0014] 定義所有狀態(tài)集的集合A= (X，I，0，N)，其中：
[0015] X:是航天器當(dāng)前所處狀態(tài)的集合，本方法將狀態(tài)定義為SO，Sl，S2，S3四個(gè)狀態(tài)，其 中：
[0016] SO:初始狀態(tài)，點(diǎn)火起飛之前所處狀態(tài)；
[0017] Sl:正常飛行狀態(tài)，有設(shè)備跟蹤，不需要彈道修補(bǔ)，；
[0018] S2:進(jìn)入無動(dòng)力段，數(shù)據(jù)累積狀態(tài)，并且此時(shí)有測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，可W進(jìn)行數(shù)據(jù)累積；
[0019] S3:彈道修補(bǔ)狀態(tài)，進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)，數(shù)據(jù)停止，開始修補(bǔ)彈道；
[0020] I:是有限狀態(tài)機(jī)入事件集合，代表指示和確認(rèn)的一類事件，本發(fā)明中事件包括eO， 61，62,63,64，其中：
[0021 ] eO:初始化帖達(dá)到；
[0022] e 1:航天器起飛，現(xiàn)雌數(shù)據(jù)達(dá)到；
[0023] e2:進(jìn)入滑行段；
[0024] e3:進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)超過2s時(shí)間；
[0025] e4:航天器出測(cè)量盲區(qū)；
[0026] 0:是有限狀態(tài)機(jī)中的輸出事件集合，指在動(dòng)作函數(shù)中建立并發(fā)出的請(qǐng)求和回復(fù)類 事件；
[0027] N:是所有能推動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的動(dòng)作函數(shù)，在本發(fā)明中存在N: I XX^O，X的映射關(guān)系；
[0028] 當(dāng)火箭處于某個(gè)狀態(tài)收到事件消息時(shí)，有限狀態(tài)機(jī)工作的情況可描述為:輸出的 彈道數(shù)據(jù)在輸入的激勵(lì)下，根據(jù)判據(jù)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)狀態(tài)，用W回復(fù)收到的事件消息（圖3)。
[0029] 使用本發(fā)明專利實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)彈道方法，邏輯清晰，禪合性低，且利于后期根據(jù)用戶需 求，隨意增加邊界條件。未采用補(bǔ)彈道算法和采用本發(fā)明的方法進(jìn)行彈道的效果對(duì)比，如圖 1和圖2所示。
【附圖說明】
[0030] 圖1未采用補(bǔ)彈道算法的效果圖；
[0031] 圖2采用本方法補(bǔ)彈道后的效果圖；
[0032] 圖3有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0033] 圖4有限狀態(tài)機(jī)面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)類圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 1、狀態(tài)分解
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的方法，將補(bǔ)彈道的過程分解為4種狀態(tài)。形成表1所示的狀態(tài)變化表， 轉(zhuǎn)換條件表示當(dāng)前狀態(tài)在滿足轉(zhuǎn)換條件后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)，如果不滿足，則保持當(dāng)前狀 態(tài)。
[0038] 狀態(tài)定義后，在各自的狀態(tài)內(nèi)對(duì)輸入激勵(lì)進(jìn)行處理，在滿足轉(zhuǎn)換條件后跳轉(zhuǎn)到下 一狀態(tài)。狀態(tài)與狀態(tài)之間形成閉環(huán)，在狀態(tài)機(jī)的管理下自動(dòng)執(zhí)行，狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖4所示， 每個(gè)狀態(tài)內(nèi)均有數(shù)據(jù)處理結(jié)果輸出。
[0039] 2、滑行段數(shù)據(jù)累計(jì)
[0040] 1)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體和相關(guān)變量 struct. SLPoinl { float time.';:
[0041] 'float speed: } Std: ;1 ist(st.Poi打t> history貼ta;
[0042] 2)保存當(dāng)前數(shù)據(jù) if (hi StoryData. sizeO <二孤） //小于30個(gè)點(diǎn)，進(jìn)斤數(shù)據(jù)累計(jì) hist'oryD過ta, push-b過ck(data) el's 白
[0043] { //大于30個(gè)點(diǎn)，進(jìn)巧數(shù)據(jù)累計(jì)同時(shí)，移除第-一個(gè)巧 'historFD過.ta. pus'h_b'ac.k. (dat盤)； historFData. pop front ()： }
[0044] 3、計(jì)算數(shù)學(xué)模型系數(shù) double Qupt (int i, Int j)
[0045] {
[0046] .if'(j==0) :re化rn I.日.； else if(J==T) { double 化二 '(mn+l.)'杏mh/2. 0; 'double ti 二.I舉田h; retur打 ti-tp';' el Se lot k = j-1; in't k'2 = k她： double h2 = ,mb*mh; double 打2 =' m'n材肌； return G'uptCi，I)杳Gupt (i, k) - k2*(n2-k2)噸2端叩t(i，k-l)/4. 0/(4. , } } double Guxs (int j'_, prS jwcRancIomError & a) 過0.加 l,e S=O, 0.; for (inI 1=1 ； i<='m打；i++) 廣 'I S +二 Gupt (i, j)啦過; .do址Ie X 二 I...Q;. for(int I=-J; K=j; 1++) { I 半二（mn-1); ) double fz 二 mcj[2本j]*mcj[2奪 1+1]味苗': double fm 二 pow(mcj[j]，4)半 X '本 pow(rah, 2*j): return fz / fm; double GunliQnt p, pr'SjwcR島ndomErr口r & 訝，ijvt I) {
[0047] Q-ASSERT (p〈nm-l); double S = 〇：.0;： fQr(int j:='0; j<=p;: J++) { S += Gnxs (j,泣)舉 Gupt (i* J)： } retur打 s;
[004引其中double Gupt(int i，int j);/7第i個(gè)采樣時(shí)刻，第j階正交多項(xiàng)式的值，i = 1,2,. . .，n, j = 0,l,. . . ,P(階）
[0049] double Guxs(int j ,prSjwcRandomError&a);//返回第j階的最小二乘多項(xiàng)式系 數(shù)，a為測(cè)量序列，^' = 〇，1，...，口(階）
[(K)加 ]double GunKint p,prSjwcRandomE;r;ror&a,int i);//返回測(cè)量序列a的第i點(diǎn)的 擬合值，P為義用的擬合階數(shù)，曰為測(cè)重序列，j二0,1,... ,P(階），i二1,2,... ,n
[0051] 4、有限狀態(tài)機(jī)控制實(shí)現(xiàn)
[0052] 有限狀態(tài)采用面對(duì)象的方式構(gòu)建，由狀態(tài)基類派生成4個(gè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)，然后交給狀態(tài) 機(jī)進(jìn)行管理，狀態(tài)機(jī)和狀態(tài)類定義如下：
[0053] 1)狀態(tài)機(jī)定義
[0054] template<class entity_type>
[0化5] class Sl:ateMachine
[0化6] {
[0化7] private:
[005引 //變量定義
[0059] public:
[0060] //更新狀態(tài)
[0061] void update()；
[0062] //改變狀態(tài)
[0063] void chan邑estate(State<entity_type〉*pNewState);
[0064] //返回到之前狀態(tài)
[0065] void revertToPreviousState()；
[0066] //判斷有限狀態(tài)機(jī)是否處于某個(gè)狀態(tài)
[0067] bool isInState(const State<entity_type>&st)；
[00側(cè)};
[0069] 2)狀態(tài)類的定義
[0070] Icraplalo 〈class cnlily_lypc> class Stale public: /7初始化狀態(tài) virtual void Tn11(entity type杏）二0; /7進(jìn)入該狀態(tài) 。 virtual vo i d En tor(on Ii ty_iypc杳）二0; /y執(zhí)行該狀態(tài) virtual void Execute (entity type求.)二0: /7退出該狀態(tài) virtual void Exi I (entity Iype奉)二0;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種航天器測(cè)量盲區(qū)補(bǔ)彈道方法，其特征在于，包括： 1) 建立測(cè)量盲區(qū)彈道數(shù)學(xué)模型在航天器無動(dòng)力飛行段，假設(shè)航天器只受引力影響，將 補(bǔ)彈道數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為一階模型；當(dāng)航天器進(jìn)入無動(dòng)力飛行段后，采用一FIFO隊(duì)列累計(jì)最 近30個(gè)點(diǎn)的速度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的飛行時(shí)間；當(dāng)進(jìn)入盲區(qū)后，基于所述累計(jì)的30個(gè)點(diǎn)，采用最小 二乘法外推盲區(qū)的速度； 2) 采用有限狀態(tài)機(jī)控制是否采用步驟1)外推盲區(qū)的速度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種航天器測(cè)量盲區(qū)補(bǔ)彈道方法，其特征在于:所述有限狀態(tài)機(jī) 過程為將整個(gè)彈道顯示分解為4種狀態(tài)，步驟如下： 定義集合4=〇，1，0少），其中： X:是航天器當(dāng)前所處狀態(tài)的集合，將狀態(tài)定義為SO，SI，S2，S3四個(gè)狀態(tài)，其中： SO:初始狀態(tài)，點(diǎn)火起飛之前所處狀態(tài)； Sl:正常飛行狀態(tài)，有設(shè)備跟蹤，不需要彈道修補(bǔ)； S2:進(jìn)入無動(dòng)力段，數(shù)據(jù)累積狀態(tài)，并且此時(shí)有測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)累積； S3:彈道修補(bǔ)狀態(tài)，進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)，數(shù)據(jù)停止，開始修補(bǔ)彈道； I:是有限狀態(tài)機(jī)中的輸入事件集合，代表指示和確認(rèn)的一類事件，本文中事件包括e〇， el，〇2,63,64，其中： e0:初始化幀達(dá)到； e 1:航天器起飛，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)達(dá)到； e2:進(jìn)入滑行段； e3:進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)超過2s時(shí)間； e4:航天器出測(cè)量盲區(qū)； 〇:是有限狀態(tài)機(jī)中的輸出事件集合，指在動(dòng)作函數(shù)中建立并發(fā)出的請(qǐng)求和回復(fù)類事 件； N:是系統(tǒng)中所有能推動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的動(dòng)作函數(shù)，存在N: I X X-0，X的映射關(guān)系。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種航天器測(cè)量盲區(qū)補(bǔ)彈道方法，其特征在于:所述最小二 乘法外推盲區(qū)的速度的公式如下：其中{pj(i)，j = 〇，l，. . .，p}為P階正交多項(xiàng)式簇，Pj(i)表示第i個(gè)采樣時(shí)刻第j階正交 多項(xiàng)式的值，a,采樣間隔為h的第i個(gè)速度測(cè)量數(shù)據(jù)，η為擬合段落的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，％:為外 推盲區(qū)的速度數(shù)據(jù)期望值，h為采樣間隔，j為經(jīng)驗(yàn)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航天器測(cè)量盲區(qū)補(bǔ)彈道方法，利用有限狀態(tài)機(jī)在有測(cè)量數(shù)據(jù)和無測(cè)量數(shù)據(jù)彈道之間的快速動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)盲區(qū)前最后測(cè)量的彈道，推算測(cè)量盲區(qū)彈道的速度。通過該方法使整條全程彈道平滑連續(xù)，顯著提升了彈道顯示效果。使用本發(fā)明專利實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)彈道方法，邏輯清晰，耦合性低，且利于后期根據(jù)用戶需求，隨意增加邊界條件。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105528488
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510923355
【發(fā)明人】彭漁露, 何孝港, 陳錦平, 劉劍鋒, 王百彥, 王晟, 崔健, 李超, 楊曉波, 羅啟富
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63791部隊(duì)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日