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车载平台下的无依托瞄准关键技术研究

【摘要】:车载导弹初始发射阶段方位测量对于提高命中精度具有重要意义。然而,由于载车整体结构设计、设备展开流程、人员操作水平等因素,使得现有瞄准设备及其牵连机构结构复杂,展开时间较长。对于现有以无依托方式完成初始方位瞄准的测量设备进行设计优化、提升适应性、自动化及机动水平,是当前靶场装备升级努力的方向。本文以车载固连平台下的无依托光电瞄准设备应用为背景,基于自准直测量、陀螺寻北原理,针对车载条件下的自准直仪数据处理、寻北仪数据处理等关键技术开展研究,建立了姿态补偿模型,完成了系统、单机的误差分析,开展了无依托瞄准仿真分析和实验验证,论文的主要研究工作和成果如下:(1)提出并建立了车载条件下无依托瞄准姿态补偿模型。针对倾斜条件下无依托瞄准要求,通过三维分析的方法,将车载条件及主要误差纳入统一的模型中进行分析和仿真,通过坐标变换建立车体姿态倾斜状态下目标棱镜、自准直仪、寻北仪方向向量真值,将真值提供给补偿模型进行解算,在解算过程中代入设备单元误差,得到测量估值,从理论上验证了3°倾斜范围内无依托瞄准设备与载车固连方式下保精度测量的可行性;(2)建立了自准直仪数据处理及解算的数学模型,提出了自准直图像基于振动主频同步采样的方法。根据振动条件下自准直光斑图像漂移特性,利用加速度计输出的原始模拟信号,通过滤波、整形提取振动主频分量,并转变为与载车振动同步的数字逻辑,触发相机在振动平衡位置进行光斑采样,辅以对成像积分时间的适应性设置,以较低的帧频获取平衡位置清晰的光斑图像用于计算,减小了系统开销,减弱了平台振动对自准直仪数据漂移的影响。对自准直仪测量模型进行了仿真分析,完成了精度实验,实现了车载条件下光测角的保精度测量,测量标准差为2.6"(1σ);(3)建立了寻北仪数据处理及解算的数学模型,提出了陀螺和加速度计基于振动主频均值滤波的方法。在陀螺、加速度计原始采样信号漂移的时频特性分析的基础上,利用与载车振动同步的数字逻辑信号,对原始陀螺、加速度计原始采样数字信号进行周期均值处理,消除了振动引起的加速度计、陀螺信号大幅度漂移的现象,以稳定的数值作为北向角和倾斜角解算的输入。通过球面分析的方法,提出了倾斜状态下陀螺和转角的姿态补偿方法,对于寻北仪测量模型进行了仿真分析,完成了寻北仪北向角度测量实验,实现了车载条件下寻北仪的保精度测量,测量标准差为33"(1σ);(4)提出了车载无依托瞄准系统改进设计方案,开展了自准直仪、寻北仪的系统结构的适应性设计,完成了瞄准设备样机的集成与调试,搭建了无依托瞄准系统实验,并进行了实验验证,系统样机对目标棱镜的方位测量精度为37"(1σ)。车载无依托瞄准系统决定了机动弹道导弹发射初始定向精度,直接影响打击精度,有着重要战略意义。本文针对车载平台无依托瞄准涉及的主要关键技术:自准直数据处理、寻北仪数据处理以及二者集成情况下的姿态补偿模型进行了分析、建模和仿真,为车载平台下无依托瞄准设备的保精度测量奠定了基础,并完成了样机的设计制作,为后续发射系统的升级换代奠定了工程基础。

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