基于磁阻/陀螺组合测量弹体飞行姿态的数据融合方法研究

发布时间：2022-12-06 06:57

　　飞行弹体的姿态测量是制导炮弹设计中必须要解决的问题。本文利用磁阻和陀螺组合测量弹体的飞行姿态,分别采用基于权系数和基于卡尔曼滤波的数据融合方法对传感器信号进行处理,建立了基于权系数与基于UKF的弹体姿态角解算方法。 在姿态角解算过程中,假设偏航角可忽略与不可忽略两种情况,分别建立了初始姿态角与实时姿态角的解算方法。仿真结果表明：两种情况下,姿态角的解算误差相当。但偏航角可忽略时,只用磁阻传感器的信号便可确定弹体姿态角,不需要陀螺信号的辅助。即在陀螺信号异常时,只有磁阻传感器的信号仍可以解算弹体姿态,反之亦然。 在研究基于权系数的数据融合方法时,当初始姿态角确定后,本文先利用陀螺的信号,通过积分运算确定弹体的实时姿态角；然后将积分运算得到的偏航角作为已知量,再利用磁阻信号确定弹体实时俯仰角与滚转角。最后采用最小方差估计权值分配方法确定权系数,建立了基于权系数的弹体姿态角解算方法。在研究基于卡尔曼滤波的数据融合方法时,根据磁阻和陀螺的安装方式、测试原理及各个坐标系的转换关系,建立了组合测量系统的量测方程；通过对弹体进行动力学分析,建立了姿态角状态方程。以离散化的量测方程与状态方... 

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 选题的科学意义和应用前景
    1.2 弹体姿态测试方法
    1.3 本文的主要内容
2 本文研究选用的测试传感器与多传感器数据融合方法
    2.1 本文研究选用的磁阻传感器及其工作原理
        2.1.1 地磁场的基本知识
        2.1.2 本文研究选用的磁阻传感器性能及其工作原理
        2.1.3 本文研究选用的三轴磁阻传感器性能参数
    2.2 本文研究选用的微机械角速率陀螺及其工作原理
        2.2.1 本文研究选用的微机械陀螺的工作原理及其性能
        2.2.2 本文研究选用的三轴微机械角速率陀螺性能参数
    2.3 信息融合
        2.3.1 信息融合的定义及其优越性
        2.3.2 多传感器数据融合方法分析
    2.4 本章小结
3 理论弹道的获取与姿态测试传感器的信号仿真
    3.1 本文涉及的坐标系及其转换关系
        3.1.1 坐标系的定义
        3.1.2 各个坐标系间的转换关系
    3.2 弹道模型的建立及理论弹道的获取
        3.2.1 制导炮弹弹道模型的建立
        3.2.2 理论弹道的获取
    3.3 弹丸内部磁感应强度T'的标定
    3.4 传感器的信号仿真
        3.4.1 磁阻传感器的信号仿真
        3.4.2 微机械角速率陀螺的信号仿真
    3.5 本章小结
4 弹体姿态角的解算与传感器信号的小波阈值降噪
    4.1 初始时刻姿态角的解算
        4.1.1 偏航角可忽略时初始姿态角的解算
        4.1.2 偏航角不可忽略时初始姿态角的解算
    4.2 弹体实时姿态角的解算
        4.2.1 利用三轴微机械角速率陀螺信号解算弹体实时姿态角
        4.2.2 利用三轴磁阻传感器信号解算弹体实时姿态角
        4.2.3 基于权系数的弹体实时姿态角的解算
    4.3 传感器信号的小波阈值降噪
        4.3.1 小波降噪方法介绍
        4.3.2 传感器信号的小波阈值降噪处理
    4.4 本章小结
5 基于卡尔曼滤波的数据融合方法
    5.1 Kalman滤波理论及其应用
    5.2 无迹卡尔曼滤波(UKF)算法
    5.3 基于UKF的磁阻/陀螺组合测量系统量测方程与状态方程的建立
        5.3.1 磁阻/陀螺组合测量系统量测方程的建立
        5.3.2 磁阻/陀螺组合测量系统状态方程的建立
    5.4 基于UKF的弹体姿态角的解算
    5.6 本章小结
6 基于权系数的姿态角解算与基于UKF的姿态角解算仿真分析
    6.1 姿态角解算方法仿真分析
        6.1.1 初始姿态角误差
        6.1.2 实时姿态角误差
    6.2 基于权系数的弹体实时姿态角解算仿真分析
    6.3 基于UKF的弹体实时姿态角解算仿真分析
    6.4 有控飞行的弹体基于UKF的弹体姿态角解算仿真分析
7 总结与展望
致谢
参考文献
附录A
附录B
附录C



本文编号：3711299