基于磁传感器弹箭姿态解算影响因素研究

发布时间：2020-05-22 10:21

【摘要】：因地磁具有诸多优点,而被用于弹箭姿态测量。但使用地磁测量弹箭姿态过程中,存在各种因素会影响弹箭姿态测量精度,主要包括弹箭姿态解算方法以及磁测数据误差,本文对这些影响磁测姿态因素进行了分析和研究。依据三轴磁阻传感器测量弹箭姿态原理,建立求解弹箭俯仰角以及滚转角的数学模型。并根据弹箭飞行过程中偏航角变化小特点,设计了基于牛顿迭代法的姿态解算算法。通过对静态姿态和全弹道姿态数据仿真验证姿态解算方法,仿真结果表明当偏航角已知时,俯仰角和滚转角的解算结果与理论值基本一致,并且具有较少的迭代步骤,证明了解算方法准确性和实时性。并对偏航角数据不准确对姿态解算的影响进行了分析,结果表明偏航角误差为5°时,俯仰角解算结果最大解算误差为1°左右,滚转角最大解算误差为2.7°左右,仍具有较高的解算精度。对地磁数据测量影响因素进行了分析,包括传感器自身误差、传感器安装误差、弹体铁磁误差。建立了传感器自身误差模型、传感器安装误差模型以及弹体硬磁材料误差模型。由于弹体软磁材料造成的误差随着弹体姿态的改变会发生变化,为建立弹体软磁材料的误差模型,本文使用ANSYS磁场仿真软件从磁屏蔽角度分析弹体软磁误差的规律。通过理论计算与软件仿真不同磁导率与壁厚的无限长圆柱腔的磁屏蔽系数,结果表明两者之间误差最大为4%左右,证明了 ANSYS仿真计算磁屏蔽具有一定的准确度。通过对弹轴与磁场方向不同夹角的三维磁场仿真,得到磁场数据随夹角变化规律为一椭球,据此建立了铁磁材料误差模型。根据上述的误差模型建立了磁测数据的椭球综合误差模型,并通过椭球系数进行误差补偿。为验证上述的理论结果,本文设计了磁测弹箭姿态系统,通过测试三组不同姿态角的磁测数据,表明了磁测数据满足上述椭球误差模型。并根据补偿后磁测数据进行姿态解算,解算结果与理论结果基本一致,验证了姿态解算方法。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ410;TJ7

【参考文献】

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本文编号：2675855