基于弹道模型的制导炮弹测姿方法研究
发布时间：2021-06-06 13:12
随着新型传感技术的进步和发展,实现传统弹药的精确制导化设计是未来武器系统的发展趋势。为实现精准的弹道控制和修正以减小弹道误差散布,首先需要精确测量制导炮弹的飞行姿态。本文以外弹道模型为基础,围绕低成本的地磁-惯性捷联组合测姿系统及非线性姿态滤波方法中存在的基础理论和问题,展开了深入的分析和研究。首先通过选取合适的坐标系,应用外弹道理论对制导炮弹展开运动学和动力学分析,并建立了描述弹体运动状态的六自由度刚体弹道方程组,通过数值仿真分析了低速滚转稳定弹的弹道特性,为后续的弹道仿真和姿态滤波奠定了理论基础。针对制导炮弹低成本姿态测量问题,提出利用磁传感器结合加速度计的组合测姿方法。以地球磁场理论为基础,分析了描述地磁场特性的磁场要素和数学模型,并简要介绍了常用的地磁测量传感器的工作原理和适用场合。为实现姿态滤波估计,推导分析了利用磁传感器测量值确定滤波初值的算法。通过坐标转换和捷联组合系统测姿原理,推导了用于非线性姿态滤波的量测方程。以理想弹道为基础,分别建立了描述弹体姿态角运动和弹道参数变化的非线性滤波状态模型和弹道滤波方程。在全弹道数值仿真中,采用EKF、UKF和MKF方法分别对弹体姿态...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 制导炮弹发展现状及简析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 制导炮弹发展简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 制导炮弹刚体弹道方程
2.1 引言
2.2 坐标系与坐标转换
2.2.1 坐标系定义
2.2.2 坐标系间的转换关系
2.3 弹体运动方程组
2.3.1 炮弹质心运动方程
2.3.2 炮弹绕质心转动方程
2.4 作用在炮弹上的力和力矩
2.4.1 相对速度和相对攻角
2.4.2 重力
2.4.3 有风时的空气动力
2.4.4 有风时的空气动力矩
2.5 炮弹六自由度刚体弹道方程
2.6 本章小结
第3章 地磁惯性捷联姿态解算方法
3.1 引言
3.2 地磁场理论基础
3.2.1 地磁场特性分析
3.2.2 地磁场模型描述
3.2.3 地磁测量传感器简介
3.3 捷联组合姿态量测方程
3.3.1 磁传感器解算姿态角
3.3.2 炮弹姿态初值确定算法
3.3.3 加速度计姿态解算方程
3.3.4 姿态估计量测模型
3.4 本章小结
第4章 制导炮弹姿态滤波估计算法
4.1 引言
4.2 炮弹的角运动方程
4.2.1 角运动的几何描述
4.2.2 炮弹角运动方程的建立
4.2.3 炮弹攻角方程的建立
4.3 炮弹姿态非线性滤波模型
4.3.1 姿态估计状态模型
4.3.2 弹道滤波状态模型
4.4 弹体姿态估计的非线性滤波算法
4.4.1 扩展卡尔曼滤波算法
4.4.2 无迹卡尔曼滤波算法
4.4.3 混合卡尔曼滤波算法
4.5 本章小结
第5章 炮弹飞行姿态滤波仿真分析
5.1 引言
5.2 制导炮弹弹道仿真
5.3 非线性滤波估计仿真
5.3.1 弹体姿态角仿真分析
5.3.2 弹道滤波仿真分析
5.4 姿态滤波鲁棒性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]0.1 nT灵敏度质子磁力仪设计[J]. 张语珊,许廷发. 地球物理学进展. 2016(05)
[2]基于地磁传感器与陀螺仪的姿态测量法[J]. 闫爱天,陈雄,周长省,邹晗霆. 弹箭与制导学报. 2016(02)
[3]美军制导弹药发展现状及趋势[J]. 王琦,穆希辉,路桂娥. 飞航导弹. 2015(08)
[4]新型无陀螺捷联惯导系统导航方案设计及建模[J]. 李成刚,谢志红,尤晶晶,夏玉辉,魏学东. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]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)
[6]地磁与卫星组合的弹丸滚转角测量与误差分析[J]. 曹鹏,王晓鸣,于纪言,吴有龙. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[7]一种灵巧弹药的滚转估计方法[J]. 文云,辛长范,杨春香,陈铭. 兵工自动化. 2013(07)
[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]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)
[10]基于地磁传感器和UKF的灵巧弹药滚转估计[J]. 陈铭,辛长范,文云,赵书超,马迎辉. 弹箭与制导学报. 2012(06)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于多传感器数据融合的弹箭姿态估计[D]. 顾贞友.南京理工大学 2013
[2]基于GPS与地磁组合的弹丸姿态解算方法研究[D]. 张华强.南京理工大学 2012
[3]多传感器数据融合组合测量弹箭飞行姿态及误差分析[D]. 郝婷.南京理工大学 2009
[4]地磁探测与GPS复合滚转姿态检测技术研究[D]. 谢海波.南京理工大学 2008
本文编号：3214448
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 制导炮弹发展现状及简析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 制导炮弹发展简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 制导炮弹刚体弹道方程
2.1 引言
2.2 坐标系与坐标转换
2.2.1 坐标系定义
2.2.2 坐标系间的转换关系
2.3 弹体运动方程组
2.3.1 炮弹质心运动方程
2.3.2 炮弹绕质心转动方程
2.4 作用在炮弹上的力和力矩
2.4.1 相对速度和相对攻角
2.4.2 重力
2.4.3 有风时的空气动力
2.4.4 有风时的空气动力矩
2.5 炮弹六自由度刚体弹道方程
2.6 本章小结
第3章 地磁惯性捷联姿态解算方法
3.1 引言
3.2 地磁场理论基础
3.2.1 地磁场特性分析
3.2.2 地磁场模型描述
3.2.3 地磁测量传感器简介
3.3 捷联组合姿态量测方程
3.3.1 磁传感器解算姿态角
3.3.2 炮弹姿态初值确定算法
3.3.3 加速度计姿态解算方程
3.3.4 姿态估计量测模型
3.4 本章小结
第4章 制导炮弹姿态滤波估计算法
4.1 引言
4.2 炮弹的角运动方程
4.2.1 角运动的几何描述
4.2.2 炮弹角运动方程的建立
4.2.3 炮弹攻角方程的建立
4.3 炮弹姿态非线性滤波模型
4.3.1 姿态估计状态模型
4.3.2 弹道滤波状态模型
4.4 弹体姿态估计的非线性滤波算法
4.4.1 扩展卡尔曼滤波算法
4.4.2 无迹卡尔曼滤波算法
4.4.3 混合卡尔曼滤波算法
4.5 本章小结
第5章 炮弹飞行姿态滤波仿真分析
5.1 引言
5.2 制导炮弹弹道仿真
5.3 非线性滤波估计仿真
5.3.1 弹体姿态角仿真分析
5.3.2 弹道滤波仿真分析
5.4 姿态滤波鲁棒性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]0.1 nT灵敏度质子磁力仪设计[J]. 张语珊,许廷发. 地球物理学进展. 2016(05)
[2]基于地磁传感器与陀螺仪的姿态测量法[J]. 闫爱天,陈雄,周长省,邹晗霆. 弹箭与制导学报. 2016(02)
[3]美军制导弹药发展现状及趋势[J]. 王琦,穆希辉,路桂娥. 飞航导弹. 2015(08)
[4]新型无陀螺捷联惯导系统导航方案设计及建模[J]. 李成刚,谢志红,尤晶晶,夏玉辉,魏学东. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]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)
[6]地磁与卫星组合的弹丸滚转角测量与误差分析[J]. 曹鹏,王晓鸣,于纪言,吴有龙. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[7]一种灵巧弹药的滚转估计方法[J]. 文云,辛长范,杨春香,陈铭. 兵工自动化. 2013(07)
[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]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)
[10]基于地磁传感器和UKF的灵巧弹药滚转估计[J]. 陈铭,辛长范,文云,赵书超,马迎辉. 弹箭与制导学报. 2012(06)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于多传感器数据融合的弹箭姿态估计[D]. 顾贞友.南京理工大学 2013
[2]基于GPS与地磁组合的弹丸姿态解算方法研究[D]. 张华强.南京理工大学 2012
[3]多传感器数据融合组合测量弹箭飞行姿态及误差分析[D]. 郝婷.南京理工大学 2009
[4]地磁探测与GPS复合滚转姿态检测技术研究[D]. 谢海波.南京理工大学 2008
本文编号：3214448
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3214448.html
