末敏弹多传感器姿态测量技术研究

发布时间：2020-08-25 08:12

【摘要】：末敏弹的姿态信息是末敏弹引战配合的重要参数。为了设计和制造出智能化的末敏弹,精确测量末敏弹的稳态扫描姿态参数必不可少,本文在以往单传感器末敏弹姿态测量的基础上,基于地磁、陀螺仪和加速度计传感器设计了一种弹载多传感器姿态测量系统,采用ARM微处理器对多传感器姿态信息进行数据融合处理,同时采用气压计进行落速的辅助测量,从而为新型末敏弹的性能优化提供设计依据。基于末敏弹工作过程中地磁场不变的假设,首先研究了基于地磁的末敏弹姿态解算方法,通过仿真的方法对地磁姿态解算方法进行了验证,分析了地磁姿态测量中可能存在的误差,并根据椭圆假设法对其进行误差补偿。同时,运用四元数法研究了了陀螺仪、加速度计的组合姿态解算方法。在此基础上,设计了多传感器数据融合的卡尔曼滤波器,将地磁信息和陀螺仪、加速度信息融合,组合解算末敏弹的姿态,通过仿真分析,融合后的姿态角误差远小于单传感器的测量结果。最后,通过高塔实验进一步验证了多传感器姿态测量系统的精度和可靠性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410.6
【图文】：

示意图,测量系统,末敏弹,惯性组件

结果精度较好。在末敏弹作用过程中的很小范围内，ＧＰＳ高达几米的误差无法逡逑到达测量要求［３９］。本文拟采用地磁和由加速度计、陀螺仪组成的ＭＥＭＳ惯性组件组合逡逑测量姿态，落速则依靠气压计间接测量。逡逑２．１总体方案设计逡逑由前人在末敏弹气动性的仿真结果可知，本文所使用的末敏弹的稳态扫描参数为：逡逑扫描角２８度、扫描角速度４ｒｅｖ／ｓ、落速１０ｍ／ｓ１４（）１。针对末敏弹研制过程中稳态扫描系统逡逑高塔投放试验的姿态测量需求，，采用非实时解算姿态的方法，以保证测量系统的测量逡逑精度。首先，在末敏弹稳态下落过程中，弹载系统测量末敏弹的姿态数据。落地后，通逡逑过串口读取传感器的原始数据，然后在ＰＣ机上运用姿态解算算法求解末敏弹的稳态扫逡逑描参数。因此，末敏弹多传感器测量系统可分为两大部分：弹载测量系统、ＰＣ机数据逡逑处理。其中弹载测量系统可分为：ＭＥＭＳ惯性组件模块给出三轴加速度、三轴角速度，逡逑地磁模块给出三轴磁场强度，气压计模块给出高度；ＰＣ机处理部分可分为：数据读取，逡逑数据处理部分。系统功能总体示意图如２．１所示。逡逑

末敏弹,气压计,地磁,模拟弹

本次实验只是为了测试弹载测量系统的测量准确性和可靠性而进行的简化实验，实验采逡逑用于高塔上抛洒有伞末敏弹的实验方式，来模拟末敏弹稳态扫描这一过程，希望对这一逡逑过程进行姿态检测。实验采用图２．２中的末敏弹，旋转伞并未在图中表现出来。逡逑图２．２实验用末敏弹（１．地磁模块，２．气压计、惯导模块，３电源仓）逡逑在模拟弹内部装有配重，用来模拟真实末敏弹，尽量保证整个抛洒过程与实际炮射逡逑末敏弹一致，弹载测量系统分两部分分别安装于末敏弹内部，陀螺仪的姿态角计算需要逡逑利用加速度计来校准累积误差，在末敏弹的稳态扫描过程中，弹体上除了旋转轴，都存逡逑在一个离心力，这会影响陀螺仪的姿态角输出，为了减小误差，陀螺仪的安装与悬挂轴逡逑一致；地磁传感器的安装为了减少铁磁性弹体对磁场的屏蔽效果，加强地磁传感器对外逡逑界磁场敏感度，选择固定于弹体后端铝制后盖上，具体安装位置如图２．２所示１为地磁逡逑模块的安装位置

测量系统,末敏弹

【参考文献】