基于全加速度计的旋转弹姿态测量技术

发布时间：2020-06-05 11:57

【摘要】：在当今世界军事化水平蓬勃发展的大趋势下,更高精度、成本更低的制导炮弹成为研究的焦点。其中准确测量制导炮弹的姿态角是制导炮弹能否精确制导的一项关键技术。传统的姿态角测量主要使用陀螺仪与加速度计共同完成,但是在制导炮弹发射时存在大加速度的条件下,陀螺仪往往容易损坏,无法完成测姿。因此针对传统测姿方法存在的问题,只使用加速度计测量制导炮弹的姿态角是一种较好的方法。随着加速度计制造工艺的提高,加速度计具有低成本、低能耗、高精度、抗过载能力强等优点。在这种大背景下,本文对基于全加速度计的旋转弹姿态测量技术进行了深入的研究。首先,对空气弹道旋转弹进行了建模,并生成了理论的基准惯导数据。并针对九加速度计与十二加速度计安装构型,推导了运用全加速度计输出解算弹体角速度的各种方法,通过仿真进行验证,可知对数法和积分法解算弹体角速度精度较高,十二加速度计安装构型较九加速度计安装构型更适合旋转弹测姿系统。其次,针对全加速度计存在位置安装误差的问题,提出了一种改进的十二加速度计安装构型,以减小位置安装误差对解算角速度的影响,并推导了相应的误差公式。将传统十二加速度计构型与提出的改进十二加速度计构型进行比较,可以发现在加速度计位置安装误差相同时,改进构型可以提高弹体角速度的解算精度。最后,针对传统惯导中四阶龙格库塔算法、旋转矢量算法解算弹体姿态角误差随着时间积累的问题,研究了地磁与全加速度计组合测姿的方法解算弹体姿态角。经过分析和仿真,这种方法有效的抑制了姿态角解算误差的发散,在一定程度上提高了姿态角的解算精度。
【图文】：

制导炮弹,铜斑蛇,制导技术,惯导

现代炮弹沿着较低成本、较高精度、携带方便、发射距离更远的方向发展，因此现代炮弹将会逐渐取代传统火炮在未来战争中发挥着巨大作用[2]随着各国现代炮弹信息化和精准化水平的提高，研制精度更高、成本更低等高性能的弹药迫在眉睫，在经历过一战之后，一种将新型制导技术应用到传统火炮上的制导炮弹受到了各国军事的青睐。这种制导炮弹是一种将精确制导技术和普通火炮发射距离远等优点相结合的炮弹，这样就可以极大的提高普通火炮的命中精度，具体分析这种炮弹的特点，主要有：跟导弹相比较，制导炮弹并不需要专用的导弹平台进行发射，而是像普通炮弹一样使用简易的炮弹发射装置发射，这样在战争中更加方便迅速，，同时它的制造成本也非常低；跟普通弹药相比较，这种炮弹不仅可以准确打击静止的敌方目标，而且对于运动中的目标其打击精度也较高[3]。其中这类炮弹最具代表性的主要有美国自主研制的 155mm“铜斑蛇”制导炮弹、前苏联研究的代号为“红土地”152mm 制导炮弹、英国大量使用的“默林(灰背隼)”81mm 末制导迫击炮弹、法国研制的名为“鹈鹕”的制导增程炮弹等等[4][5]，其中铜斑蛇与红土地制导炮弹如下图 1所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ765.3

【参考文献】