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基于磁传感器组合的旋转弹体姿态测试方法研究

【摘要】: 各种弹丸飞行姿态参数的获取无论是对弹丸的设计、弹丸空气动力学的研究还是对引信的设计都有着重要的意义,因此准确测试弹丸飞行姿态数据对加快武器研究进度和提高武器性能意义重大。 随着地磁理论的不断完善以及传感器、微处理器和解算算法的日趋成熟,利用磁探测技术测量弹丸地磁场的各个信号分量,通过计算可以获得弹丸的空间姿态,并以其隐蔽性好、可靠性高、抗干扰能力强、具有抗高过载能力和误差不随时间积累等优点成为了当前测姿和导航研究领域的一个热点。 本文设计了以磁传感器组合为主的组合测姿的方案,用于测量旋转弹体的姿态。进行了传感器的布阵及相应的算法研究,在仿真的基础上完成了系统的软硬件设计,对研制的测量组合进行了半实物仿真,验证了本文设计方案的有效性,对磁传感器测量组合的实用化进行了有益的尝试。同时,针对存在线加速度的弹体探讨了磁/微惯性传感器的kalman滤波器设计,并通过仿真验证了滤波器的性能。具体包括以下内容: (1)提出了两种应用于高转速弹体姿态测量的方案,这两种方案均适用于有线加速度的载体,并且具有无需知道地磁场强度、只需要标量运算、不受光线天气限制等特点。 (2)设计了适用于弹载和转台实验的实时数据采集系统,应用于转台实验时,可采用无线通信、实时传输的模式,应用于弹载测试时可采用数据存储、事后回收的模式。 (3)分析了磁传感器测量组合的误差源,并着重讨论了软硬铁效应补偿措施。对于有条件进行天向翻滚的应用场合,采用了十二位置不对北的标定方法,并通过转台实验验证了此方法对软硬铁效应补偿的效果。 (4)对姿态测量系统的电磁兼容性进行了设计,采用小波分析技术对地磁测量信号进行预处理以便为姿态解算提供有价值的前端数据。利用转台进行了半实物实验并对转台实验数据进行了解算和分析,结果表明解算姿态角与理想姿态角相比误差在1。内。 (5)探讨了磁传感器/微惯性器件的kalman滤波器的设计,尤其是对于有摇摆和线加速度的弹体,通过仿真验证了所设计的kalman滤波器的性能,并对两种滤波器进行了比较。

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