Phương pháp xác định góc định hướng của tên lửa chống tăng B72, sử dụng cảm biến vi cơ điện tử MEMS

Bài viết trình bày phương pháp xác định góc quay quanh trục dọc của tên lửa chống tăng B72 bằng cách sử dụng thuật toán dẫn đường quán tính trên cơ sở các cảm biến vi cơ điện tử MEMS.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp xác định góc định hướng của tên lửa chống tăng B72, sử dụng cảm biến vi cơ điện tử MEMSTên lửa & Thiết bị bay PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG CỦA TÊN LỬA CHỐNG TĂNG B72, SỬ DỤNG CẢM BIẾN VI CƠ ĐIỆN TỬ MEMS Nguyễn Đình Duy*, Lê Tuấn Anh, Phạm Khắc Lâm, Phan Thế Sơn Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp xác định góc quay quanh trục dọc của tên lửa chống tăng B72 bằng cách sử dụng thuật toán dẫn đường quán tính trên cơ sở các cảm biến vi cơ điện tử MEMS. Thuật toán mới cho phép xác định các góc định hướng của tên lửa, trong đó có góc cren (góc quay xung quanh trục dọc) với độ chính xác cao, có khả năng ứng dụng trên các tên lửa quay quanh trục dọc với tần số lớn (lên đến 20Hz), tiến tới thay thế cơ cấu xác định góc quay của tên lửa B- 72 sử dụng con quay cơ khí truyền thống.Từ khóa: INS; MEMS; Con quay. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tên lửa chống tăng B72 là tên lửa điều khiển một kênh, nó có hai loa phụt vàmột máy lái nên để điều khiển được thì đạn phải quay quanh trục dọc trong quátrình bay để luân phiên sử dụng cơ cấu lái cho hai mặt phẳng. Tín hiệu điều khiểnphát liên tục qua dây dẫn nhưng tên lửa nhận tín hiệu tầm hay hướng để chấp hànhlà phụ thuộc vào vị trí của cánh lái đang nằm ngang (tầm) hay dọc (hướng). Đểnhận biết vị trí góc của tên lửa trong khi quay, người ta sử dụng một con quay babậc tự do có kết cấu khung các đăng [1], [2]. Tuy nhiên xu hướng phát triển các thiết bị trên khoang của các thiết bị bay ngàynay trong đó có các tên lửa điều khiển một kênh như tên lửa chống tăng, tên lửaphòng không tầm thấp, đạn pháo, đạn phản lực bắn dàn được đặc trưng bởi thờigian bay ngắn (dưới 2 phút), chịu quá tải điều khiển lớn, là người ta sử dụng các hệthống định vị và dẫn đường mà các phần tử nhạy cảm của chúng không có kết cấukhung các đăng [4]. Thay vào đó là người ta sử dụng các cảm biến quán tính vi cơđiện tử để xác định các tham số góc của tên lửa trong quá trình bay. Trong thời gian qua, tại Viện KHCSQS đã triển khai một số đề tài nghiên cứuứng dụng các cảm biến quán tính vi cơ điện tử MEMS cho các phương tiện chuyểnđộng nói chung cũng như cho các thiết bị bay nói riêng, trong đó có đề tài «Nghiêncứu thiết kế, chế tạo bộ tọa độ góc trên cơ sở ứng dụng MEMS cho tên lửa mộtkênh kiểu B72 » của đồng chí Nguyễn Đức Thuận mà ở đó, tác giả đưa ra cơ sở đểxác định vị trí góc của tên lửa trong khi bay dựa trên sự phụ thuộc của hình chiếuvéc tơ gia tốc trọng trường lên trục gia tốc kế vào góc quay [7]. Cách tính này tuyđơn giản nhưng có một khuyết điểm là gia tốc kế không đo gia tốc tuyệt đối củavật thể chuyển động mà đo gia tốc biểu kiến, tức là hiệu của gia tốc tuyệt đối và giatốc trọng trường:    a  w g (1)trong đó a là gia tốc biểu kiến (số chỉ của gia tốc kế), w – gia tốc tuyệt đối của vậtthể chuyển động, g – gia tốc trọng trường. Vì thế việc xác định góc cren của tênlửa dựa vào sự phụ thuộc hình chiếu gia tốc trọng trường lên trục gia tốc kế vàogóc quay của tên lửa chỉ đúng trong trường hợp tên lửa chuyển động không gia tốchoặc với gia tốc cố định. Khi đó, trên cơ sở chỉ số của gia tốc kế, chúng ta mới táchđược gia tốc chuyển động tuyệt đối của tên lửa ra để lấy thông tin về gia tốc trọng164 N. Đ. Duy, …, P. T. Sơn, “Phương pháp xác định góc định hướng ... vi cơ điện tử MEMS.”Nghiên cứu khoa học công nghệtrường. Tên lửa B72 trong quá trình bay, gia tốc theo các trục ngang có giá trị đángkể so với gia tốc trọng trường và chúng thay đổi chứ không cố định. Vì thế để xácđịnh chính xác các tham số góc của tên lửa trong quá trình bay không phụ thuộcvào gia tốc chuyển động của tên lửa, chúng ta cần xây dựng được thuật toán chứkhông thể đơn thuần dựa vào sự phụ thuộc hình chiếu gia tốc trọng trường lên trụcgia tốc kế vào góc quay của tên lửa. Bài báo tập trung xây dựng thuật toán dẫn đường quán tính, sử dụng sơ đồ phânchia để xác định các góc định hướng của tên lửa B72, trong đó có góc cren trên cơsở thông tin từ các cảm biến vi cơ điện tử. Đồng thời so sánh độ chính xác củathuật toán phân chia này so với thuật toán BINS truyền thống. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT2.1. Hệ tọa độ và vận tốc góc của tên lửa Để xác định các góc định hướng của tên lửa B72 ta sử dụng các hệ tọa độ sau: Hình 1. Hệ tọa độ xác định vị trí góc của tên lửa. Oi X iYi Z i - Hệ tọa độ quán tính: tâm Oi trùng với tâm trái đất, các trục Oi X i ,OiYi nằm trên mặt phẳng xích đạo, trục Oi Z i hướng thẳng đứng lên trên. Og X g Yg Z g - Hệ tọa độ địa lý: tâm Og trùng với trọng tâm tên lửa, trụcOg X g hướng về phía cực bắc, trục Og Yg hướng thẳng đứng lên trên, trụcOg Z g hướng về phía đông. OX bYb Z b - Hệ tọa độ liên kết với tên lửa: tâm O trùng với trọng tâm tên lửa. Vịtrí của hệ tọa độ liên kết so với hệ tọa độ địa lý đượ ...