MEMS惯性/地磁组合测姿技术研究
发布时间：2021-02-01 08:10
现代战争对武器的精度要求越来越高,针对常规弹药制导化、智能化的背景需求及MEMS惯性器件的发展,组合导航系统在军事领域上具有广阔的应用前景。组合姿态测量技术作为导航系统的核心部分,对导航系统的性能和精度具有较大的影响。本文以旋转弹药姿态测量系统为工程应用背景,设计了以MEMS惯性/地磁组合的姿态测量系统,并结合低成本、小型化和高动态实时性的要求,将高性能的数字信号处理器TMS320F28335应用于系统,并通过GPS、卡尔曼滤波信息融合技术来进一步提高系统精度。论文首先总结了目前组合导航姿态测量的方法,描述了组合导航系统的发展现状;接着对MEMS惯性/地磁组合测姿系统中用到的一些基本理论做了详细的概述;根据组合测姿系统的工作原理和功能需求,进行了系统方案设计和核心器件的选型;然后提出了组合测姿系统的硬件电路设计,系统采用抗高过载的MEMS陀螺惯性器件和地磁传感器以及高性能的A/D转换器构成信号采集单元,将高性能的数字信号处理器TMS320F28335应用于系统,实现了由DSP控制A/D的姿态解算系统,为导航系统中的复杂算法提供条件;最后在此基础上进行了系统软件设计。对地磁滚转角测量系统...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＸＭ９８２?“神剑”高智能准确导航弹药?图１．２ＡＰＫＷＳ高智能准确导航火箭弹??
１９９９年英国研制了一种高智能准确导航弹药射程修正引信“ＳＴＡＲ”，具有ＧＰＳ阻??尼接收机和减结构速如图１．３，?Ｍ５４９式炮弹加装了此引信并取得了射击试验的成功。法??国研制了地面多普勒雷达和ＧＰＳ的两种一维修正引信系统。基于ＧＰＳ的为“ＳＡＭＰＲＡＳＳ??地面火炮射击精度改进系统”采用的是地面设备接受来之ＧＰＳ的信息并控制弹丸上的??阻尼减速板。另一种是“ＳＰＡＣＩＤＯ改进系统”方案，如图１．４。它依靠炮口多普勒雷达??测速跟踪测量高智能准确导航弹药弹丸飞行速度变化，计算阻尼减速装置最佳展开时??亥ＩＪ，并发送给弹丸［２］。??“二维弹道修正引信”是简易制导弹药修正技术发展的第三阶段，即能对弹道纵横??向的误差进行调节。它主要有微型ＧＰＳ接收机、姿态传感器和执行部分组成，其通过??ＧＰＳ接收机来测得弹体的实时位置，姿态传感器测得弹体的飞行姿态，把所得结果与理??论弹道对比，最后通过执行机构来修正弹体姿态。在射程超过１００ｋｍ时，能将普通弹药??的误差减少３？１０倍［３１。??
美国阿连特公司的ＸＭＵ５６式精确制导组件（ＰＧＫ）是一种可以应用于现役常规弹??药的低成本的弹道修正引信。常规弹药加上ＰＧＫ后，在射程５０ｋｍ时的圆概率射击误差??（ＣＥＰ）是５５ｍ，精度明显提高。如图１．５所示。??英国ＢＡＥ公司在Ｍ７８２上研制了?ＧＰＳ的弹道修正引信，其修正是减速装置通过改??变空气阻力来实现。初始纵向修正通过微调减速板实现，旋转减速板完成横向调节，末??段纵向修正由主减速器完成。如图１．６所示。??我国在简易制导弹药方面的研究起步较晚。在“十五”期间，中国兵器装备研究院??五九分部，在弹药复合增程技术和自适应弹道修正技术上，取得了一定的成果。其中，??西北工业大学的谷良贤教授在做了一些研究。中北大学在火箭弹设计、弹道仿真方面进??行了部分理论研究［４］。二维弹道修正引信技术的研究对于提高我国武器的性能具有重要??的意义［５］。??１．２．２惯性导航技术??
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹道修正弹发展综述[J]. 张民权,刘东方,王冬梅,庞艳珂. 兵工学报. 2010(S2)
[2]海洋局域地磁场球冠谐分析建模方法研究[J]. 赵建虎,王胜平,刘辉,李登富. 测绘科学. 2010(01)
[3]基于磁通门传感器的弹丸姿态角测量系统设计[J]. 王康谊,李世中,薛鹏. 弹箭与制导学报. 2009(03)
[4]基于磁阻传感器的旋转弹飞行姿态测量方法[J]. 李冠中,王雷. 弹箭与制导学报. 2009(02)
[5]惯性导航中陀螺仪的研究现状及发展趋势[J]. 张均红,赵君辙. 科协论坛(下半月). 2008(07)
[6]泰勒多项式拟合法在区域地磁场建模中的应用研究[J]. 乔玉坤,王仕成,张金生,王哲. 工程地球物理学报. 2008(03)
[7]一种基于可观测度分析的SINS/GPS自适应反馈校正滤波新方法[J]. 刘百奇,房建成. 航空学报. 2008(02)
[8]基于TI6000系列DSP的多路信号采集系统[J]. 杨俊波,赵继敏. 工业控制计算机. 2008(01)
[9]火箭弹MR/GPS制导系统应用仿真[J]. 史连艳,杨树兴. 系统仿真学报. 2007(23)
[10]地磁方位传感器及其在飞行体姿态测量中的应用[J]. 陈文辉,尤文斌,马铁华. 弹箭与制导学报. 2007(02)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于地磁传感器与MEMS陀螺仪组合姿态测量技术研究[D]. 闫爱天.南京理工大学 2016
[2]地磁/陀螺姿态测量组合系统设计[D]. 任志华.中北大学 2013
[3]制导炮弹末段修正系统设计与研究[D]. 杨晓明.中北大学 2012
[4]基于灵巧弹药的目标探测与弹道修正技术研究[D]. 张斌.中北大学 2010
[5]高动态环境下MIMU/地磁组合姿测技术研究[D]. 贺飞.中北大学 2010
[6]基于地磁、陀螺原理的姿态测试技术研究[D]. 段精婧.中北大学 2010
[7]小型捷联惯性导航系统研究[D]. 杨敏.中南大学 2010
[8]利用磁阻传感器测量飞行体滚转角[D]. 孙宁.南京理工大学 2008
[9]基于TMS320C6713和USB2.0的多路实时信号采集系统的研究[D]. 杨俊波.上海交通大学 2008
[10]基于MEMS的捷联惯性导航系统的研究[D]. 梁谷.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3012472
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＸＭ９８２?“神剑”高智能准确导航弹药?图１．２ＡＰＫＷＳ高智能准确导航火箭弹??
１９９９年英国研制了一种高智能准确导航弹药射程修正引信“ＳＴＡＲ”，具有ＧＰＳ阻??尼接收机和减结构速如图１．３，?Ｍ５４９式炮弹加装了此引信并取得了射击试验的成功。法??国研制了地面多普勒雷达和ＧＰＳ的两种一维修正引信系统。基于ＧＰＳ的为“ＳＡＭＰＲＡＳＳ??地面火炮射击精度改进系统”采用的是地面设备接受来之ＧＰＳ的信息并控制弹丸上的??阻尼减速板。另一种是“ＳＰＡＣＩＤＯ改进系统”方案，如图１．４。它依靠炮口多普勒雷达??测速跟踪测量高智能准确导航弹药弹丸飞行速度变化，计算阻尼减速装置最佳展开时??亥ＩＪ，并发送给弹丸［２］。??“二维弹道修正引信”是简易制导弹药修正技术发展的第三阶段，即能对弹道纵横??向的误差进行调节。它主要有微型ＧＰＳ接收机、姿态传感器和执行部分组成，其通过??ＧＰＳ接收机来测得弹体的实时位置，姿态传感器测得弹体的飞行姿态，把所得结果与理??论弹道对比，最后通过执行机构来修正弹体姿态。在射程超过１００ｋｍ时，能将普通弹药??的误差减少３？１０倍［３１。??
美国阿连特公司的ＸＭＵ５６式精确制导组件（ＰＧＫ）是一种可以应用于现役常规弹??药的低成本的弹道修正引信。常规弹药加上ＰＧＫ后，在射程５０ｋｍ时的圆概率射击误差??（ＣＥＰ）是５５ｍ，精度明显提高。如图１．５所示。??英国ＢＡＥ公司在Ｍ７８２上研制了?ＧＰＳ的弹道修正引信，其修正是减速装置通过改??变空气阻力来实现。初始纵向修正通过微调减速板实现，旋转减速板完成横向调节，末??段纵向修正由主减速器完成。如图１．６所示。??我国在简易制导弹药方面的研究起步较晚。在“十五”期间，中国兵器装备研究院??五九分部，在弹药复合增程技术和自适应弹道修正技术上，取得了一定的成果。其中，??西北工业大学的谷良贤教授在做了一些研究。中北大学在火箭弹设计、弹道仿真方面进??行了部分理论研究［４］。二维弹道修正引信技术的研究对于提高我国武器的性能具有重要??的意义［５］。??１．２．２惯性导航技术??
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹道修正弹发展综述[J]. 张民权,刘东方,王冬梅,庞艳珂. 兵工学报. 2010(S2)
[2]海洋局域地磁场球冠谐分析建模方法研究[J]. 赵建虎,王胜平,刘辉,李登富. 测绘科学. 2010(01)
[3]基于磁通门传感器的弹丸姿态角测量系统设计[J]. 王康谊,李世中,薛鹏. 弹箭与制导学报. 2009(03)
[4]基于磁阻传感器的旋转弹飞行姿态测量方法[J]. 李冠中,王雷. 弹箭与制导学报. 2009(02)
[5]惯性导航中陀螺仪的研究现状及发展趋势[J]. 张均红,赵君辙. 科协论坛(下半月). 2008(07)
[6]泰勒多项式拟合法在区域地磁场建模中的应用研究[J]. 乔玉坤,王仕成,张金生,王哲. 工程地球物理学报. 2008(03)
[7]一种基于可观测度分析的SINS/GPS自适应反馈校正滤波新方法[J]. 刘百奇,房建成. 航空学报. 2008(02)
[8]基于TI6000系列DSP的多路信号采集系统[J]. 杨俊波,赵继敏. 工业控制计算机. 2008(01)
[9]火箭弹MR/GPS制导系统应用仿真[J]. 史连艳,杨树兴. 系统仿真学报. 2007(23)
[10]地磁方位传感器及其在飞行体姿态测量中的应用[J]. 陈文辉,尤文斌,马铁华. 弹箭与制导学报. 2007(02)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于地磁传感器与MEMS陀螺仪组合姿态测量技术研究[D]. 闫爱天.南京理工大学 2016
[2]地磁/陀螺姿态测量组合系统设计[D]. 任志华.中北大学 2013
[3]制导炮弹末段修正系统设计与研究[D]. 杨晓明.中北大学 2012
[4]基于灵巧弹药的目标探测与弹道修正技术研究[D]. 张斌.中北大学 2010
[5]高动态环境下MIMU/地磁组合姿测技术研究[D]. 贺飞.中北大学 2010
[6]基于地磁、陀螺原理的姿态测试技术研究[D]. 段精婧.中北大学 2010
[7]小型捷联惯性导航系统研究[D]. 杨敏.中南大学 2010
[8]利用磁阻传感器测量飞行体滚转角[D]. 孙宁.南京理工大学 2008
[9]基于TMS320C6713和USB2.0的多路实时信号采集系统的研究[D]. 杨俊波.上海交通大学 2008
[10]基于MEMS的捷联惯性导航系统的研究[D]. 梁谷.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3012472
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