Thuật toán xử lý số liệu phục vụ tích hợp hệ thống điều khiển hỏa lực cho CPPK 37MM 2N bắn trong hành quân

§iÒu khiÓn & Tù ®éng hãa<br /> <br /> <br /> ThuËt to¸n xö lý sè liÖu Phôc vô<br /> tÝch hîp hÖ thèng ®iÒu khiÓn háa lùc<br /> Cho cppk 37mm 2n b¾n trong hµnh qu©n<br /> TRẦN NGỌC BÌNH, NGUYỄN VŨ<br /> Tóm tắt: ViÖc n©ng cao tÝnh c¬ ®éng cho c¸c tr©n ®Þa PPK hiÖn nay lµ mét nhiÖm vô<br /> trong viÖc c¶i tiÕn hÖ thèng ®iÒu khiÓn háa lùc. Rót ng¾n thêi gian chuÈn bÞ ®ång bé trËn ®Þa<br /> lµ mét gi¶i ph¸p thÝch hîp ®Ó gi¶i quyÕt nhiÖm vô nµy. §Ó thùc hiÖn ®­îc gi¶i ph¸p nµy cÇn<br /> x©y dùng thuËt to¸n x¸c ®Þnh h­íng c¸c ®­êng ng¾m cña ph¸o còng nh­ cña ®µi quan s¸t trªn<br /> c¬ së mét sè sensor tÝch hîp thªm. B¸o c¸o sÏ tr×nh bµy vÒ mét gi¶i ph¸p x¸c ®Þnh gãc tÇm vµ<br /> gãc h­íng cña ®­êng ng¾m trong ®iÒu kiÖn bÖ cña ®µi quan s¸t còng nh­ bÖ ph¸o kh«ng n»m<br /> ë tr¹ng th¸i th¨ng b»ng trªn c¬ së sö dông c¸c gãc ¬le vµ ma trËn cosin ®Þnh h­íng.<br /> Từ khóa: Gãc ¬le, Ma trËn cosin ®Þnh h­íng, HÖ thèng ®iÒu khiÓn háa lùc.<br /> <br /> 1. Më ®Çu<br /> C¸c CPPK 37mm 2N bè trÝ trong trËn ®Þa ®Òu ®­îc hiÖu chØnh chÝnh x¸c c¸c tham sè<br /> phôc vô ®Ó trËn ®Þa ®­îc ®ång bé nh­ lÊy th¨ng b»ng cho ®µi quan s¸t vµ ph¸o, ®o ®¹c chÝnh<br /> x¸c ®­êng ®¸y, lÊy ®ång bé h­íng cho toµn bé trËn ®Þa [1]. ViÖc hiÖu chØnh chÝnh x¸c c¸c<br /> tham sè nµy ®¶m b¶o cho toµn bé trËn ®Þa ph¸o, tuy nhiªn ®ßi hái mét thêi gian t­¬ng ®èi<br /> lín. §Ó n©ng cao tÝnh c¬ ®éng cho c¸c trËn ®Þa ph¸o ®ßi hái ph¶i rót ng¾n thêi gian chuÈn bÞ<br /> trËn ®Þa nh­ng vÉn ®¶m b¶o tÝnh ®ång bé cña hÖ thèng. ViÖc sö dông sensor ®o nghiªng vµ la<br /> bµn ®iÖn tö sÏ cho phÐp gi¶i quyÕt nhiÖm vô ®Þnh h­íng cho ®­êng ng¾m theo ph­¬ng n»m<br /> ngang, cßn viÖc bï ®é nghiªng cho c¸c gãc tÇm vµ gãc h­íng ë vÞ trÝ bÊt kú sÏ ®­îc thùc<br /> hiÖn nhê thuËt to¸n bï ®é nghiªng ®­îc tr×nh bµy trong c¸c néi dung d­íi ®©y.<br /> 2. C¸c hÖ täa ®é sö dông<br /> Gãc h­íng vµ tÇm cña ph¸o ®­îc x¸c ®Þnh trong hÖ täa ®é mÆt ®Êt, lµ hÖ täa ®é cã t©m<br /> n»m ë t©m quay cña ph¸o cã trôc h­íng vÒ phÝa b¾c theo ph­¬ng n»m ngang, trôc<br /> h­íng vÒ phÝa ®«ng theo ph­¬ng n»m ngang cßn trôc vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng<br /> vµ t¹o víi c¸c trôc , mét tam diÖn thuËn.<br /> V× h­íng vµ tÇm cña nßng ph¸o quay xung quanh ®Õ ph¸o, ®ång thêi ®Õ ph¸o ®­îc ®Æt<br /> víi c¸c gãc nµo ®ã so víi hÖ täa ®é mÆt ®Êt. ChÝnh v× vËy, ®Ó x¸c ®Þnh ®­îc gãc h­íng vµ<br /> gãc tÇm cña ph¸o trong hÖ täa ®é mÆt ®Êt, cÇn x¸c ®Þnh hÖ täa ®é cña ®Õ ph¸o vµ hÖ täa ®é<br /> nßng ph¸o. HÖ täa ®é ®Õ ph¸o lµ hÖ täa ®é cã t©m n»m ë t©m quay cña ph¸o, cã trôc<br /> song song víi trôc däc vµ h­íng vÒ phÝa tr­íc cña ph¸o, trôc vu«ng gãc víi trôc<br /> n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøc cña ph¸o vµ h­íng lªn trªn, trôc n»m trong mÆt ph¼ng<br /> ngang, vu«ng gãc víi trôc vµ t¹o víi c¸c trôc , mét tam diÖn thuËn.<br /> HÖ täa ®é nßng ph¸o lµ hÖ täa ®é cã trôc song song víi trôc cña nßng ph¸o, trôc<br /> n»m trong mÆt ph¼ng , vu«ng gãc víi trôc vµ h­íng lªn trªn, trôc<br /> vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng vµ t¹o víi c¸c trôc , thµnh mét tam diÖn<br /> thuËn.C¸c gãc ¬le cña hÖ täa ®é so víi hÖ täa ®é ®­îc x¸c ®Þnh b»ng<br /> c¸c gãc tÇm vµ gãc h­íng t­¬ng ®èi cña nßng ph¸o so víi ®Õ ph¸o b»ng c¸ch g¾n c¸c<br /> sensor ®o gãc lªn ®Õ ph¸o vµ bÖ quay tÇm vµ quay h­íng. C¸c gãc nµy ký hiÖu lµ - gãc<br /> quay cña trôc so víi trôc vµ - gãc quay cña trôc so víi trôc . Gãc quay<br /> theo trôc b»ng “0” v× trôc n»m trong mÆt ph¼ng vµ trªn ph¸o kh«ng cã c¬<br /> cÊu ®iÒu khiÓn quay nghiªng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100 T. N. B×nh, N. Vò, "ThuËt to¸n xö lý… cho CPPK 37mm 2N b¾n trong hµnh qu©n."<br /> Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 1. HÖ täa ®é mÆt ®Êt, hÖ täa ®é ®Õ H×nh 2. HÖ täa ®é ®Õ ph¸o, hÖ täa ®é nßng<br /> ph¸o vµ c¸c gãc ¥le gi÷a hai hÖ täa ®é. ph¸o vµ c¸c gãc ¥le liªn hÖ gi÷a hai hÖ täa ®é.<br /> C¸c gãc ¬le cña hÖ täa ®é so víi hÖ täa ®é ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c<br /> sensor g¾n trªn bÖ ph¸o. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc gãc quay theo trôc ta sö dông la bµn ®iÖn<br /> tö; ®Ó x¸c ®Þnh gãc quay theo trôc ta sö dông sensor ®o nghiªng (Inclinometer) ®Æt<br /> däc theo trôc ; ®Ó x¸c ®Þnh gãc quay theo trôc ta ®Æt sensor ®o nghiªng däc theo<br /> ∗ ∗<br /> trôc (ë ®©y vµ lµ c¸c trôc míi cña hÖ täa ®é sau khi thùc hiÖn<br /> phÐp quay). Nh­ vËy b»ng c¸c sensor cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c gãc ¬le gi÷a hÖ täa ®é ®Õ<br /> ph¸o víi hÖ täa ®é mÆt ®Êt. Ta ký hiÖu lµ gãc quay theo trôc , lµ gãc quay theo<br /> ∗ ∗<br /> trôc vµ lµ gãc quay theo trôc . Nh­ vËy gãc chØ lµ sè bï cña la bµn ®iÖn tö,<br /> vµ lµ gi¸ trÞ gãc nghiªng do sensor ®­a ra.<br /> 3. X¸c ®Þnh gãc cña nßng ph¸o<br /> trong hÖ to¹ ®é mÆt ®Êt<br /> §Ó x¸c ®Þnh gãc quay cña nßng ph¸o so víi hÖ täa ®é mÆt ®Êt, cÇn x©y dùng c¸c ma<br /> trËn cosin ®Þnh h­íng gi÷a hÖ täa ®é ®Õ ph¸o víi hÖ täa ®é mÆt ®Êt ký hiÖu lµ , vµ ma<br /> trËn cosin ®Þnh h­íng gi÷a hÖ täa ®é nßng ph¸o víi hÖ täa ®é ®Õ ph¸o, ký hiÖu lµ .<br /> C¸c ma trËn cosin ®Þnh h­íng nµy ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau [2], [3]:<br /> <br /> −<br /> = − + + (1)<br /> + − − +<br /> −<br /> = − (2)<br /> 0<br /> Tõ (1) vµ (2) nhËn ®­îc ma trËn cosin ®Þnh h­íng gi÷a hÖ täa ®é nßng ph¸o vµ hÖ täa<br /> ®é mÆt ®Êt nh­ sau:<br /> <br /> = ∗ = (3)<br /> <br /> ë ®ã, c¸c phÇn tö cña ma tr©n<br /> x¸c ®Þnh nh­ sau:<br /> = j − − j<br /> = j +<br /> = j + − j<br /> = − j + j −<br /> + j + j<br /> = − j + j +<br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 101<br />  §iÒu khiÓn & Tù ®éng hãa<br /> <br /> = j − j +<br /> + j + j<br /> = j + j +<br /> − j + j<br /> = − −<br /> = −<br /> − − +<br /> Sau khi x¸c ®Þnh ®­îc c¸c phÇn tö cña ma trËn , c¸c gãc ¥le ®­îc x¸c ®Þnh nh­<br /> sau [2]:<br /> ⎧ = −<br /> ⎪<br /> = ( ) (6)<br /> ⎨<br /> ⎪ = −<br /> ⎩<br /> ë ®ã, lµ gãc h­íng cña nßng ph¸o, lµ gãc tÇm cña nßng ph¸o vµ lµ gãc nghiªng<br /> cña nßng ph¸o.<br /> Trong c«ng thøc (4), khi = 0 th× = 90 hoÆc = 270 .<br /> Trong tr­êng hîp nµy x¸c ®Þnh nh­ sau:<br /> ∆ = −( + )<br /> (7)<br /> ∆ = −( + )<br /> ế ∆ < ∆<br /> = (8)<br /> ế ∆ > ∆<br /> BiÓu thøc (7) vµ (8) ®­îc sö dông cho mäi gãc . Víi ý nghÜa vËt lý cña gãc tÇm, sÏ<br /> n»m trong kho¶ng tõ -300 ®Õn 900.<br /> 4. VÝ dô minh häa<br /> Gi¶ sö chØ sè cña la bµn ®iÖn tö lµ 300, chØ sè cña c¸c sensor ®o nghiªng lµ 30 vµ 20, ta cã:<br /> = −30 = 3 = 2<br /> Gi¶ sö gãc quay t­¬ng ®èi cña nßng ph¸o so víi ®Õ lµ: = 70 , = 25 .<br /> Khi ®ã, c¸c phÇn tö cña ma trËn cosin ®Þnh h­íng liªn quan ®Õn x¸c ®Þnh c¸c gãc ¥le<br /> vµ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau:<br /> = cos(−30 ) cos(3 ) cos(70 ) cos(25 ) − (3 ) (70 ) (25 )<br /> − (−30 ) cos(3 ) (70 ) = 0.730<br /> = −cos(−30 ) cos(3 ) sin(70 ) cos(25 ) + (3 ) (70 ) (25 )<br /> − (−30 ) cos(3 ) (70 ) = −0.545<br /> = −cos(−30 ) cos(3 ) sin(25 ) + (3 ) (2 ) = 0.367323<br /> Tõ c¸c phÇn tö trªn ta cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c gãc ¥le vµ nh­ sau:<br /> 0.545<br /> = − = = 36.744<br /> 0.730<br /> = ( )= (0.367323) = 21.55<br /> <br /> <br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Nh­ vËy, b»ng ph­¬ng ph¸p bæ sung c¸c sensor ®o h­íng vµ ®o gãc nghiªng cho ®Õ<br /> ph¸o, sö dông ma trËn cosin ®Þnh h­íng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c gãc ¥le, viÖc x¸c ®Þnh gãc cña<br /> <br /> <br /> <br /> 102 T. N. B×nh, N. Vò, "ThuËt to¸n xö lý… cho CPPK 37mm 2N b¾n trong hµnh qu©n."<br /> Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ<br /> <br /> nßng ph¸o trong hÖ täa ®é mÆt ®Êt ®· ®­îc thùc hiÖn. §iÒu nµy cho phÐp triÓn khai hÖ<br /> thèng ®iÒu khiÓn háa lùc mét c¸ch nhanh chãng, cã thÓ bá qua kh©u lÊy th¨ng b»ng chÝnh<br /> x¸c cho ph¸o, ®ång thêi trong tr­êng hîp ph¸o b¾n, c¸c gãc ¥le cña ®Õ ph¸o bÞ thay ®æi, ta<br /> còng kh«ng cÇn ph¶i lÊy th¨ng b»ng l¹i cho ph¸o. §iÒu nµy cho phÐp triÓn khai c¸c trËn ®Þa<br /> ph¸o b¾n trong hµnh qu©n.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Gi¸o tr×nh thao t¸c sö dông cPPK 37mm - 2N cã trong trang bÞ khÝ tµi ®iÒu khiÓn háa<br /> lùc CTV - M, Qu©n chñng Phßng kh«ng kh«ng qu©n, (2006).<br /> [2]. NguyÔn V¨n Chóc, Lª Anh TuÊn, Ph¹m Phó Th¾ng “ThuËt to¸n ®Þnh h­íng cña hÖ<br /> thèng dÉn ®­êng qu¸n tÝnh sö dông tham sè Rodrig – Hamilton”, T¹p chÝ nghiªn cøu<br /> khoa häc kü thuËt vµ c«ng nghÖ qu©n sù, sè 5, (2003).<br /> [3]. NguyÔn Sü Long, “X©y dùng thuËt to¸n x¸c ®Þnh tham sè dÉn ®­êng vµ luËt ®iÒu khiÓn<br /> cho mét líp thiÕt bÞ bay hµnh tr×nh ®èi h¶i, LuËn ¸n TiÕn sÜ kü thuËt, Hµ Néi, (2013).<br /> ABSTRACT<br /> DATA PROCESSING ALGORITHM FOR THE INTEGRATION OF FIREPOWER<br /> CONTROL SYSTEM FOR LOW-ALTITUDE ANTI-AIRCRAFT ARTILLERY<br /> BATTLEFIELD IN MOVING CONDITIONS<br /> <br /> Improving the mobility for low-attitude anti-aircraft artillery battlefield is now a<br /> task in improving fire-control system. Shortening battlefield synchronization<br /> preparation time is a suitable solution to solve this task. To implement this solution<br /> we need to develop algorithms to determine the direction of the artillery sight as<br /> well as the observatory sight on the basis of a number of integrated sensors. The<br /> report presents a solution to determine the elevation angle and the azimuth angle of<br /> the sight in the condition that the observation base and artillery base are not in<br /> balance on the basis of using Euler angle and direction cosine matrix.<br /> Keywords: Euler angle, Direction Cosine matrix, Fire control system.<br /> <br /> Nhận bài ngày 15 tháng 03 năm 2014<br /> Hoàn thiện ngày 15 tháng 04 năm 2014<br /> Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 05 năm 2014<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: ViÖn Tù ®éng hãa KTQS - ViÖn KH&CN QS.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 103<br />