冲击波测试仪姿态测量系统研究

发布时间：2021-02-22 18:31

　　为了准确评估楼宇、舱室、厂房或战舰等受限空间内爆炸冲击波的毁伤威力,消除由于测试仪的姿态改变造成的测试误差,设计了一种冲击波测试仪姿态测量系统及角度解算方法。通过MPU9250传感器采集因舱壁或墙壁的倒塌或形变引起测试仪姿态变化的原始数据,采用四元数法进行姿态变换,结合系数优化的卡尔曼滤波算法对姿态角进行融合,并进行验证。实验结果表明:基于卡尔曼滤波的数据融合算法可行,降低了解算误差,满足对测试装置姿态数据采集分析的需求,为后续研究冲击波在受限空间的传播规律提供了依据。 

【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

系统结构

坐标系

图3中的(a)图和(b)图分别是装置在静止状态下的0°位置和45°位置提取出的俯仰角的测量结果，其中，曲线1为角度装置测量值;曲线2为系统测量值;曲线3为卡尔曼滤波结果。表1和表2分别为测试仪在静止状态下0°和45°各抽取的5个点的数据，将角度测量装置所测到的值视为真实值，分别与系统测量结果和卡尔曼滤波结果进行比较，得出最大误差。如表1所示，在0°位置，可以看出系统测量与角度装置测量误差最大达±0.35°，经过卡尔曼滤波后，二者之间最大误差降低为±0.183°，可见精度得到了一定的提升;如表2所示，在45°位置，通过卡尔曼滤波，最大误差由0.43°降为0.21°，同样提升了测量精度。图4是装置在运动状态下测得的俯仰角，其中，曲线1为角度装置测量值;曲线2为系统测量值;曲线3为卡尔曼滤波结果。表3为测试仪在运动状态下抽取的5个点的数据。在运动过程中可能会有部分抖动，但对数据的精确分析几乎没有影响。从表3中可以看出，系统测量最大偏差在0.77°，经过滤波处理后，最大偏差在0.46°，精度得到了较大的提高。

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同炸药在圆筒装置内爆炸冲击波载荷传播规律与分布特性[J]. 王梓昂,翟红波,李芝绒,袁建飞,张玉磊.  弹箭与制导学报. 2019(01)
[2]测压装置外形对冲击波测试特性的影响及分析[J]. 葛竹,马铁华,杜红棉,任小军.  弹箭与制导学报. 2018(03)
[3]基于四元数和Kalman滤波器的多传感器数据融合算法[J]. 姜晓旭,冯彩群.  计量技术. 2017(05)
[4]基于MPU9250的无人机姿态信息采集及处理[J]. 何松,陈兴武.  福建工程学院学报. 2016(06)
[5]MPU9250传感器的姿态检测与数据融合[J]. 刘春阳,徐军领,程洪涛,王东方,薛玉君.  河南科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]封闭空间内爆炸冲击波超压计算模型及分布特性研究[J]. 柏小娜,李向东,杨亚东.  爆破器材. 2015(03)
[7]基于MEMS加速度计的倒置开关[J]. 丁永红,马铁华,祖静,尤文斌.  爆炸与冲击. 2013(03)
[8]飞行体姿态惯性测量技术综述[J]. 梁志剑,马铁华,范锦彪,曹咏弘.  探测与控制学报. 2010(05)
[9]两轮自平衡机器人惯性传感器滤波问题的研究[J]. 郜园园,阮晓钢,宋洪军,陈静.  传感技术学报. 2010(05)

硕士论文
[1]基于ARM的微惯性姿态测量系统平台设计[D]. 刘柱.哈尔滨工程大学 2018
[2]典型密闭装置内爆炸试验及其数值模拟[D]. 连赟猛.南京理工大学 2013



本文编号：3046393