卧式声定位系统定位误差源分析及标调装置设计

发布时间：2020-11-03 14:35

　　 双三角卧式声定位系统尽管已经被用于弹着点的坐标定位,但其定位精度仍然满足不了越来越高的测试需求。本文从基于双三角被动声定位原理出发,尝试系统分析双三角卧式声定位系统定位过程中的误差因素,并对其进行理论分析与实验研究,为高精度声定位装置的研制奠定基础。系统研究了双三角卧式声定位系统定位过程中的误差源及其误差特性。探讨数学解算模型和弹丸章动角对定位精度的影响;仿真分析了风速与风向对定位精度的影响。仿真分析了弹丸入射角度(方位角与俯仰角)引入的定位误差,确定了定位精度允许范围内的最大入射角;仿真分析了激波信号速度衰减对系统定位精度的影响;探讨传感器、信号调理电路及特征点提取判断对定位精度的影响,并设计了验证试验,确定了误差范围。设计误差源实验研究平台,搭建实验测试系统。选择驻极体式声传感器作为激波信号测量传感器,设计对应的信号调理电路,实现对传感器输出信号的滤波、放大及整形处理;基于FPGA与MSP430设计了时差数据提取模块、存储及通信模块,实现了激波信号的采集、计算、存储及远程无线发送功能;基于Labview设计了上位机实时控制以及显示界面。利用误差源实验研究平台,实验研究了激波信号测量传感器的一致性以及滤波电路、放大电路和整形电路的相关参数对定位精度的影响。研究了双三角卧式声定位系统的标调方法,并设计了对应的标调装置。设计了高频声波发生装置,通过波形转换、修正、放大等处理,驱动发生装置产生声信号,用于传感器及系统电路的特性进行分析。设计了模拟坐标信号发生装置,模拟激波来临时六路时间信号,用于除传感器部分的系统的性能分析与测试。研究了弹道与虚拟测试靶面的垂直度控制方法,并设计了对应的调控装置,减小了实验时的由于测试靶架安装的不正确引起的定位误差的影响。设计风速、入射角度、激波衰减实验,用于验证其仿真分析的正确性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ06
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外发展现状
    1.3 双三角卧式声定位系统存在的问题
    1.4 本文主要工作
2 双三角卧式声定位系统定位原理及定位装置组成分析
    2.1 弹丸激波信号特性分析
    2.2 双三角卧式声定位系统定位原理
    2.3 双三角卧式声定位系统装置组成分析
    2.4 本章小结
3 双三角卧式声定位系统定位误差源分析
    3.1 定位误差源分析
        3.1.1 激波信号的产生与传递存在的误差因素
        3.1.2 传感器采集激波信号引入的定位误差
        3.1.3 信号调理整形及特征点判读引入的误差
        3.1.4 数学解算模型及入射角度对定位误差的影响
    3.2 解算模型对定位精度的影响
        3.2.1 双三角卧式声定位系统解算模型分析
        3.2.2 激波信号实际传播情况
        3.2.3 解算模型引入定位误差原因分析
    3.3 弹丸结构对双三角卧式声定位系统定位精度的影响
    3.4 风速对双三角卧式声定位系统定位精度影响
        3.4.1 含矢量风约束方程推到
        3.4.2 矢量风对报靶精度影响分析
    3.5 激波衰减对定位精度的影响
    3.6 方向角与俯仰角对定位精度的影响
        3.6.1 存在方向角的模型建立
        3.6.2 方向角对定位误差影响仿真分析
        3.6.3 存在俯仰角的模型建立
        3.6.4 俯仰角对定位误差影响仿真分析
    3.7 传感器、信号调理电路及特征值判读对定位误差的影响
        3.7.1 传感器对定位误差的影响
        3.7.2 调理电路对定位误差的影响
        3.7.3 特征点判读及时间差提取引入的定位误差
        3.7.4 传感器、调理电路及特征点判读引入定位误差大小分析
    3.8 误差源的统计分析
    3.9 本章小结
4 误差源实验研究平台搭建
    4.1 传感器及配合组件选型
        4.1.1 传感器型号选择
        4.1.2 传感器配合组件选型
    4.2 误差源验证平台电路及程序设计
        4.2.1 模拟电路设计
        4.2.2 数字电路设计
        4.2.3 上位机程序设计
        4.2.4 电路对定位误差影响验证
    4.3 安装支架设计
    4.4 本章小结
5 双三角卧式声定位系统标调方法研究及标调装置设计
    5.1 传感器及系统电路参数调试方法
        5.1.1 传感器及系统电路低频特性调试方法研究
        5.1.2 传感器及系统电路高频特性调试方法研究及调试装置设计
    5.2 模拟坐标测试装置设计
    5.3 弹道垂直度控制方法研究
    5.4 本章小结
6 实验研究
    6.1 风速对大口径弹丸定位精度影响研究
        6.1.1 大口径弹丸射击实验数据
        6.1.2 拟合弹道线求取实际坐标值
        6.1.3 系统定位密集度计算
        6.1.4 大口径弹丸定位风速修正
    6.2 入射角度对定位精度影响实验研究
    6.3 激波信号衰减对定位系统影响实验研究
    6.4 本章小结
7 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
致谢
参考文献

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本文编号：2868708