红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试理论与方法研究

发布时间：2020-07-09 17:25

【摘要】：随着智能化武器时代的到来,精确打击能力已经成为了决定现代战争胜负的关键因素之一。弹丸飞行姿态参数的准确测量是实现精确打击技术的重要研究内容。针对目前大量常规弹药智能化设计及改造的要求,采用多元化、新型化、低成本的组合测姿方式是姿态测试技术发展的必然趋势。红外与地磁复合姿态测试技术具有低成本、小体积、固态结构、高鲁棒性,无漂移和累积误差,不需要初始对准等优点,十分适用于弹丸姿态信息的获取。因此红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试理论与方法的研究,对我国常规弹药的精确化发展具有重要意义,在军事、民用等方面拥有广泛的应用前景。本文对地球红外辐射场的产生机理进行研究,建立了红外辐射姿态测量模型。对红外干扰与地磁误差来源进行深入分析,进行了弹上红外与地磁测量误差补偿方法研究。采用红外与地磁传感器组合,寻求合理的布阵方式及解算方法,设计了红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试系统。开展了半实物仿真实验研究,验证了红外与地磁复合姿态测试方法的有效性。论文具体包括以下内容:(1)在分析地球红外辐射场的组成及其产生机理的基础上,深入研究了红外辐射在大气中的传播规律,选择了 8～14微米大气窗口作为红外辐射研究波段。根据天空和大地之间的温度场分布,利用大气分层理论研究了地球红外辐射关于对地倾角的变化趋势。采用普朗克黑体辐射定律构建了弹载红外传感器的理论测量模型,提出了基于地球红外辐射场的姿态测试理论方法。(2)根据云层的红外辐射特性,采用灰体近似模型建立了云层干扰下的红外传感器测量误差模型。分析了山脉的红外辐射影响,构建了山脉干扰下的红外传感器测量误差模型。研究了云层和山脉干扰引起的姿态测量误差,对比了不同视场角红外传感器的信噪比。针对地球红外辐射场姿态测试方法存在的环境干扰因素,提出了基于信任度函数的多传感器加权融合算法,增强了红外姿态测试系统的抗背景干扰能力。(3)分析了弹上地磁传感器测量误差的来源,建立了针对静态干扰的地磁测量误差模型,设计了十二位置不对北法和基于递推最小二乘算法的静态误差补偿算法。根据旋转弹体在高速旋转情况下存在的涡流干扰磁场,构建了考虑动态干扰的地磁测量综合误差模型,提出了基于动态搜索策略的人工蜂群椭球拟合补偿算法。设计了地磁测量误差补偿实验,对比了静态补偿和动态补偿算法的优劣性。(4)针对常规红外传感器姿态解算方法中由于误差传递而引起的测姿误差问题,设计了分段交互的三轴红外传感器姿态优化解算算法,提高了横滚角的解算精度。提出了三正交磁传感器的交叉比值姿态解算算法,通过航向角修正和线性插值法进一步增强了算法的适用性。构建了红外与地磁复合的姿态解算模型,提出了基于新息正交性的自适应滤波切换估计算法,有效的提高了红外与地磁复合测姿系统对复杂环境的适应性。通过数值仿真分析,对比验证了各算法的有效性和可靠性。(5)根据旋转弹体姿态测试系统的要求,设计了一套弹上红外与地磁信号数据采集存储系统,对系统的一体化设计、传感器的最优选型以及各子模块构成进行了阐述。研制了红外与地磁复合姿态测试系统的半实物装置,对半实物装置进行了一系列性能测试。利用三轴转台模拟旋转弹体的姿态变化,开展了半实物仿真验证实验。实验结果表明,基于红外与地磁复合的姿态测试方法有效可行。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ410.6
【图文】：

制导炮弹

性导航系统（ＩＮＳ）组合制导，是一种全程自主式制导炮弹。逡逑图１．１神剑－ＸＭ９８２制导炮弹逡逑俄罗斯研制的红土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制导旋转弹，如图１．２所示。其制导原逡逑理为中段采用惯性制导，末端采用激光制导，利用两对相对垂直的鸭舵产生控制力，出逡逑炮口转速为６？１０ｒ／ｓ。弹径１５２ｍｍ，弹长１３０５ｍｍ，最大射程距离２０ｋｍ，目标命中率为逡逑９０％以上１８１。在作战中，搜寻目标设备应在距离０标地３？５ｋｍ附近位置进行０标搜索，逡逑确定目标的距离和方位后发射。逡逑图１．２红土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮弹逡逑迫击炮大多采用旋转体制，随着常规弹药智能化的不断发展，世界各国都在研究制逡逑导细迫击炮。其中比较具有代表性的是芙阿迮特技术系统公司研制的ＸＭ３９５精确制逡逑导迫击炮，弹径为１２０ｍｍ，最远射程可达１５ｋｍ，如图１．３所示１＇瑞典研发的红外制逡逑导“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精确制导迫击炮弹和俄罗斯的半主动激光制导的“格兰（Ｇｒａｎ）”逡逑边击炮弹均己被作战部队所装备。逦｜逡逑Ｉ逡逑图１．３邋ＸＭ３９５精确制导迫击炮逡逑反坦克导弹是旋转体制应用最为广泛的弹种之一。典型的型号有法国和德国联合研逡逑制的“米兰”、“霍特”等，我国的“红箭－７３”和“红箭－８”等反坦克导弹。红箭－８逡逑３逡逑

迫击炮,常规弹药,炮弹,旋转体

速在８ｒ／ｓ。射程根据发射平台的不同，最大可达４７ｋｍ。采用全球定位系统（ＧＰＳ）和惯逡逑性导航系统（ＩＮＳ）组合制导，是一种全程自主式制导炮弹。逡逑图１．１神剑－ＸＭ９８２制导炮弹逡逑俄罗斯研制的红土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制导旋转弹，如图１．２所示。其制导原逡逑理为中段采用惯性制导，末端采用激光制导，利用两对相对垂直的鸭舵产生控制力，出逡逑炮口转速为６？１０ｒ／ｓ。弹径１５２ｍｍ，弹长１３０５ｍｍ，最大射程距离２０ｋｍ，目标命中率为逡逑９０％以上１８１。在作战中，搜寻目标设备应在距离０标地３？５ｋｍ附近位置进行０标搜索，逡逑确定目标的距离和方位后发射。逡逑图１．２红土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮弹逡逑迫击炮大多采用旋转体制，随着常规弹药智能化的不断发展，世界各国都在研究制逡逑导细迫击炮。其中比较具有代表性的是芙阿迮特技术系统公司研制的ＸＭ３９５精确制逡逑导迫击炮，弹径为１２０ｍｍ，最远射程可达１５ｋｍ，如图１．３所示１＇瑞典研发的红外制逡逑导“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精确制导迫击炮弹和俄罗斯的半主动激光制导的“格兰（Ｇｒａｎ）”逡逑边击炮弹均己被作战部队所装备。逦｜逡逑Ｉ逡逑图１．３邋ＸＭ３９５精确制导迫击炮逡逑反坦克导弹是旋转体制应用最为广泛的弹种之一。典型的型号有法国和德国联合研逡逑制的“米兰”、“霍特”等，我国的“红箭－７３”和“红箭－８”等反坦克导弹。红箭－８逡逑

迫击炮,精确制导

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