高旋弹丸滚转角的磁测量误差建模及仿真试验研究
发布时间：2020-12-22 06:23
为解决炮射高旋弹丸的滚转角测量问题,本文研究了基于地磁的弹丸滚转角测量和精度检验方法,开展了弹载磁测量误差建模与校正、滚转角测量的系统误差建模仿真以及滚转角磁测量精度飞行试验验证等方面的研究。为了校正弹载磁测量的误差,通过分析误差来源,建立了包含传感器系统误差与弹体软硬磁干扰的线性磁测量模型;针对弹载磁测量环境下独立姿态的磁校正问题,提出了基于代数椭球拟合的线性磁校正方法,求解了基于对称矩阵假设的磁干扰系数矩阵。经单兵武器飞行试验验证,椭球拟合校正后磁测量总体误差小于0.5%。对比代数与几何椭球拟合的磁校正方法,由飞行试验数据得出:弹载磁测量环境下代数椭球拟合方法计算时间短、误差标准差小。为了检验对称矩阵假设下椭球拟合校正方法的单轴磁测量精度,进行了地面转台试验。试验结果表明,采用椭球拟合的方法比非独立姿态的磁校正方法最大多3%的误差。为了在降低试验成本的同时获得滚转角测量的整体精度,进行了基于地磁测量弹丸滚转角的系统误差仿真研究。由于修正弹药在飞行中存在无控和修正两种情况,所以分别在两种情况下研究单地磁和地磁与卫星组合两种方法的辅助角误差散布规律,并建立了辅助角误差模型。在无控飞行状...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３邸－１国产激光制导炮弹?图１．４国产ＷＳ－３５出口制导炮弹??公开资料显示，美国＂神剑＂制导炮弹、国产ＧＰ－１和ＷＳ－３５制导炮弹均采用了惯??＂＂
ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ公司生产的包含Ｈ轴地磁、Ｓ轴陀螺仪和Ｈ轴加速度计的消费级ＭＡＲＧ??（Ｍａｇｎｅｔｉｃ，?Ａｎｇｕｌａｒ?Ｒａｔｅ?ａｎｄ?Ｇｒａｖｉｔｙ）传感器芯片?ＭＰＵ９２５５脚仅有?３．〇ｘ３．〇ｘ?１．０ｍｍ?大??小，如图１．５所示；而Ａｎａｌｏｇ?Ｄｅｖｉｃｅｓ公司生产的十自由度（王轴地磁、Ｓ轴陀螺仪、??Ｈ轴加速度计和气压计）的战术级ＭＥＭＳＩＭＵ模块乂〇１５１６４８０＾３］仅有４７ｘ４４ｘｌ４ｍｍ大??小，如图１．６所示。包含地磁的测姿与导航技术在旋转弹丸、小型无人机口４’ｗ］、水下自??主机器人［３６，３７］、汽车［３８］、移动通信终端和行人导航［３９＂＾１］等方面也得到了显著的发展。??图１．５消费级９轴ＭＰＵ９２５５芯片?图１．６战术级１０轴ＡＤＩＳ化４８０模块??采用微惯性或卫星导航的弹载设备往往会增加磁传感器做辅助导航，因而基于组合??磁的姿态测量与导航方式在弹载设备中应用十分普遍。在下文中将针对基于地磁的炮射??弹丸姿态测量技术展开说明。??（１）国外地磁姿态测量技术研究概述??１９％年，瑞±与德国联合研制用于提高高旋火箭弹命中精度的参考轨迹校正控制??系统（ＣＯＲＥＣＴ）?［４２］，采用多天线卫星导航系统与地磁传感器测量滚转角的组合测量方??式，经飞行试验结果表明：在没有惯性设备辅助导航的校正精度满足预期设定。２００１年，??美国进行了组合磁的卫星与惯性测量单元系统的火箭弹飞行演示试验，获得了大量的??５??
针对Ｗ上提出的弹载测量误差校正及楠球拟合的数学方法问题、磁测量滚转角在修??正状态下的系统误差建模问题１＾及姿态测量精度考核的问题，通过误差建模、软件仿真、??地面试验及实弹飞行试验等手段完成Ｗ下工作，研巧肉容结构框图如图１．７所示。??炮射弹药的質智能化及灵?线性建模仿真ｒａｓｕｎ??Ｓ化研Ａ?Ｉ和试验Ｔ磁ｙＥ?Ｉ?ｌｌｇｗ??弹丸的导麵巧?Ｉ?楠球拟合巧＾对称磁干扰ｆ???ｆ－?１?矩阵假设的＾正精度研巧?法比较和地＾验Ｉ??少的姿态角视离?Ｉ；?＆；人＾统建模仿真讳丸醜??曙．，辕巧角测化．朽巧昂蘇纖撞验；??－封揖丸巧Ｉ?＇?Ａ?没?？＾．‘１．，＇，扣｜＇＇??己、若角鍵量Ｉ?！?辅助角系統误差建???Ｉ?＇?！??模和仿真?＾???１?：??卫星？?鱗道仿真■｛先验顏信息＾??图１．７研巧内容结构图??第一章，绪论。主要阐述本文研充的背景、对象和意义。介绍了国内外两种型号的??炮射精确制导弹药，ｙＸ及其姿态测量方法的研巧现状。阐述了炮射高旋弹丸磁测量的必??要性。针对该研究内容的Ｈ个重要组成部分：地磁测量校正方法、基于地磁的姿态测量??方法１＾及飞行试验的滚转角测量技术进行了文献综述。??第二章，建立地磁的弹丸滚转角测量模型及弹道联合仿真模型。概述了地磁场主要??组成部分及特性，选择适合弹载环境的测量芯片Ｗ及适用于计算机仿真的国际参考磁场??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔转鸭舵式弹道修正弹电磁执行机构工况研究[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(12)
[2]隔转鸭舵式弹道修正弹气动力工程模型与辨识[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(10)
[3]基于卫星/地磁组合的弹箭滚转姿态解算方法[J]. 苗劲松,翟英存,苟秋雄,陈德明,王琨. 弹箭与制导学报. 2014(05)
[4]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[5]全张量地磁梯度基准图构建及其组合导航方法[J]. 刘繁明,张迎发,钱东,姚建奇. 测绘学报. 2014(03)
[6]地磁导航技术的发展现状[J]. 李兴城,张慧心,张双彪. 飞航导弹. 2013(10)
[7]高速旋转弹飞行姿态磁测解算方法[J]. 龙达峰,刘俊,张晓明,李杰. 弹道学报. 2013(02)
[8]国外制导炮弹发展综述[J]. 白毅,仲海东,秦雅娟,夜乐萍. 飞航导弹. 2013(05)
[9]高转速弹丸磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法[J]. 马国梁. 南京理工大学学报. 2013(01)
[10]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
博士论文
[1]双旋弹飞行特性与制导控制方法研究[D]. 朱大林.北京理工大学 2015
[2]旋转弹体背景磁场模型和地磁姿态测试方法研究[D]. 向超.南京理工大学 2013
[3]旋转制导炮弹飞行弹道及控制系统设计方法研究[D]. 杨荣军.南京理工大学 2012
[4]脉冲末修迫弹弹道特性分析与控制方案设计[D]. 曹小兵.南京理工大学 2012
[5]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[6]基于磁传感器组合的旋转弹体姿态测试方法研究[D]. 李玎.南京理工大学 2009
[7]基于组合测量的弹箭图像末修技术[D]. 柏杰锋.南京理工大学 2008
[8]弹道修正弹飞行姿态角磁探测技术及其弹道修正方法研究[D]. 高峰.南京理工大学 2008
[9]指令修正弹药组合测量和自装定[D]. 孟新宇.南京理工大学 2008
[10]基于地磁探测的弹丸滚转角辨识系统关键技术研究[D]. 陈勇巍.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于磁阻传感器的旋转稳定弹滚转角测量[D]. 郭艺进.北京理工大学 2015
[2]基于地磁和微惯性器件组合的姿态测量系统研究[D]. 伊程毅.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于TMS320C6747的弹载GPS接收机研究[D]. 张学良.南京理工大学 2009
[4]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：2931298
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３邸－１国产激光制导炮弹?图１．４国产ＷＳ－３５出口制导炮弹??公开资料显示，美国＂神剑＂制导炮弹、国产ＧＰ－１和ＷＳ－３５制导炮弹均采用了惯??＂＂
ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ公司生产的包含Ｈ轴地磁、Ｓ轴陀螺仪和Ｈ轴加速度计的消费级ＭＡＲＧ??（Ｍａｇｎｅｔｉｃ，?Ａｎｇｕｌａｒ?Ｒａｔｅ?ａｎｄ?Ｇｒａｖｉｔｙ）传感器芯片?ＭＰＵ９２５５脚仅有?３．〇ｘ３．〇ｘ?１．０ｍｍ?大??小，如图１．５所示；而Ａｎａｌｏｇ?Ｄｅｖｉｃｅｓ公司生产的十自由度（王轴地磁、Ｓ轴陀螺仪、??Ｈ轴加速度计和气压计）的战术级ＭＥＭＳＩＭＵ模块乂〇１５１６４８０＾３］仅有４７ｘ４４ｘｌ４ｍｍ大??小，如图１．６所示。包含地磁的测姿与导航技术在旋转弹丸、小型无人机口４’ｗ］、水下自??主机器人［３６，３７］、汽车［３８］、移动通信终端和行人导航［３９＂＾１］等方面也得到了显著的发展。??图１．５消费级９轴ＭＰＵ９２５５芯片?图１．６战术级１０轴ＡＤＩＳ化４８０模块??采用微惯性或卫星导航的弹载设备往往会增加磁传感器做辅助导航，因而基于组合??磁的姿态测量与导航方式在弹载设备中应用十分普遍。在下文中将针对基于地磁的炮射??弹丸姿态测量技术展开说明。??（１）国外地磁姿态测量技术研究概述??１９％年，瑞±与德国联合研制用于提高高旋火箭弹命中精度的参考轨迹校正控制??系统（ＣＯＲＥＣＴ）?［４２］，采用多天线卫星导航系统与地磁传感器测量滚转角的组合测量方??式，经飞行试验结果表明：在没有惯性设备辅助导航的校正精度满足预期设定。２００１年，??美国进行了组合磁的卫星与惯性测量单元系统的火箭弹飞行演示试验，获得了大量的??５??
针对Ｗ上提出的弹载测量误差校正及楠球拟合的数学方法问题、磁测量滚转角在修??正状态下的系统误差建模问题１＾及姿态测量精度考核的问题，通过误差建模、软件仿真、??地面试验及实弹飞行试验等手段完成Ｗ下工作，研巧肉容结构框图如图１．７所示。??炮射弹药的質智能化及灵?线性建模仿真ｒａｓｕｎ??Ｓ化研Ａ?Ｉ和试验Ｔ磁ｙＥ?Ｉ?ｌｌｇｗ??弹丸的导麵巧?Ｉ?楠球拟合巧＾对称磁干扰ｆ???ｆ－?１?矩阵假设的＾正精度研巧?法比较和地＾验Ｉ??少的姿态角视离?Ｉ；?＆；人＾统建模仿真讳丸醜??曙．，辕巧角测化．朽巧昂蘇纖撞验；??－封揖丸巧Ｉ?＇?Ａ?没?？＾．‘１．，＇，扣｜＇＇??己、若角鍵量Ｉ?！?辅助角系統误差建???Ｉ?＇?！??模和仿真?＾???１?：??卫星？?鱗道仿真■｛先验顏信息＾??图１．７研巧内容结构图??第一章，绪论。主要阐述本文研充的背景、对象和意义。介绍了国内外两种型号的??炮射精确制导弹药，ｙＸ及其姿态测量方法的研巧现状。阐述了炮射高旋弹丸磁测量的必??要性。针对该研究内容的Ｈ个重要组成部分：地磁测量校正方法、基于地磁的姿态测量??方法１＾及飞行试验的滚转角测量技术进行了文献综述。??第二章，建立地磁的弹丸滚转角测量模型及弹道联合仿真模型。概述了地磁场主要??组成部分及特性，选择适合弹载环境的测量芯片Ｗ及适用于计算机仿真的国际参考磁场??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔转鸭舵式弹道修正弹电磁执行机构工况研究[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(12)
[2]隔转鸭舵式弹道修正弹气动力工程模型与辨识[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(10)
[3]基于卫星/地磁组合的弹箭滚转姿态解算方法[J]. 苗劲松,翟英存,苟秋雄,陈德明,王琨. 弹箭与制导学报. 2014(05)
[4]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[5]全张量地磁梯度基准图构建及其组合导航方法[J]. 刘繁明,张迎发,钱东,姚建奇. 测绘学报. 2014(03)
[6]地磁导航技术的发展现状[J]. 李兴城,张慧心,张双彪. 飞航导弹. 2013(10)
[7]高速旋转弹飞行姿态磁测解算方法[J]. 龙达峰,刘俊,张晓明,李杰. 弹道学报. 2013(02)
[8]国外制导炮弹发展综述[J]. 白毅,仲海东,秦雅娟,夜乐萍. 飞航导弹. 2013(05)
[9]高转速弹丸磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法[J]. 马国梁. 南京理工大学学报. 2013(01)
[10]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
博士论文
[1]双旋弹飞行特性与制导控制方法研究[D]. 朱大林.北京理工大学 2015
[2]旋转弹体背景磁场模型和地磁姿态测试方法研究[D]. 向超.南京理工大学 2013
[3]旋转制导炮弹飞行弹道及控制系统设计方法研究[D]. 杨荣军.南京理工大学 2012
[4]脉冲末修迫弹弹道特性分析与控制方案设计[D]. 曹小兵.南京理工大学 2012
[5]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[6]基于磁传感器组合的旋转弹体姿态测试方法研究[D]. 李玎.南京理工大学 2009
[7]基于组合测量的弹箭图像末修技术[D]. 柏杰锋.南京理工大学 2008
[8]弹道修正弹飞行姿态角磁探测技术及其弹道修正方法研究[D]. 高峰.南京理工大学 2008
[9]指令修正弹药组合测量和自装定[D]. 孟新宇.南京理工大学 2008
[10]基于地磁探测的弹丸滚转角辨识系统关键技术研究[D]. 陈勇巍.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于磁阻传感器的旋转稳定弹滚转角测量[D]. 郭艺进.北京理工大学 2015
[2]基于地磁和微惯性器件组合的姿态测量系统研究[D]. 伊程毅.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于TMS320C6747的弹载GPS接收机研究[D]. 张学良.南京理工大学 2009
[4]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：2931298
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