地磁/陀螺信息融合的姿态解算算法研究
发布时间：2022-12-22 22:15
弹箭的精确制导控制是各国弹药发展的重要方向，而姿态解算算法直接影响到弹箭的控制精度，是弹箭飞行控制关键技术之一。本文基于地磁/陀螺的组合测姿模式，对地磁、陀螺信息融合的姿态解算算法进行研究，具体研究成果如下： 分析了地磁、陀螺单独测姿存在的问题及其误差来源，提出利用信息融合算法对组合测姿冗余信息进行估计来提高精度的解决方案。在对姿态信息融合算法理论分析的基础上，结合弹箭测姿高动态实时性的特点，重点对基于加权原理和卡尔曼理论的算法进行了研究，建立了自适应加权融合算法的数学模型和基于自适应卡尔曼滤波的误差模型。 为了能够仿真高动态弹箭飞行过程中的姿态解算，本文根据所选用的传感器参数及其误差特性，采用现有的六自由度弹道模型，对其姿态信息进行仿真。在研究自适应加权融合算法时，根据各传感器误差模型，在总均方误差最小的条件下，以自适应的方式找寻到与地磁、陀螺姿态测量值对应的最优加权因子，从而获得更接近于“真值”的融合结果。在研究自适应卡尔曼融合方法时，依据其在线估计噪声的统计特性，建立基于陀螺姿态解算误差角的状态方程和地磁输出的误差观测方程来抑制滤波发散，通过观测值间接推算出自适应滤波...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 弹体姿态测量技术研究现状
1.2.2 信息融合技术研究现状
1.3 选题的背景及意义
1.4 本文研究的主要内容
2.姿态测量及解算算法研究
2.1 引言
2.2 基于地磁的姿态测量技术
2.2.1 地磁测姿原理
2.2.2 地磁传感器性能分析
2.2.3 地磁测姿误差分析
2.3 MEMS 陀螺的姿态测量技术
2.3.1 MEMS 测姿原理
2.3.2 MEMS 传感器性能分析
2.3.3 MEMS 测姿误差分析
2.4 弹箭姿态解算算法分析
2.4.1 常用弹箭姿态解算算法
2.4.2 姿态解算算法的比较分析
2.4.3 陀螺单独测姿存在问题
2.5 本章小结
3.姿态信息融合算法理论分析
3.1 引言
3.2 测姿信息融合算法的简介
3.3 基于加权原理的姿态融合算法
3.4 卡尔曼融合算法
3.4.1 卡尔曼滤波理论
3.4.2 经典卡尔曼融合算法
3.4.3 扩展卡尔曼融合算法
3.5 弹箭测姿信息融合算法的对比分析
3.5.1 基于权系数融合算法精度分析
3.5.2 基于卡尔曼理论融合算法适用性分析
3.6 本章小结
4.弹箭飞行姿态的信号模拟
4.1 引言
4.2 弹箭飞行动力学模型建立
4.2.1 常用坐标系定义
4.2.2 制导炮弹弹道模型的建立
4.3 弹箭姿态参数的计算
4.4 地磁信号的模拟
4.5 MEMS 陀螺信号的模拟
4.6 本章小结
5.弹箭姿态数值仿真与结果分析
5.1 引言
5.2 冗余测姿信息自适应加权融合数值仿真与分析
5.2.1 多信息自适应加权融合算法的数学模型
5.2.2 最优自适应加权因子的计算
5.2.3 姿态仿真结果分析
5.3 基于卡尔曼滤波的弹体全姿态数值仿真与分析
5.3.1 姿态解算和误差模型
5.3.2 对姿态误差的修正
5.3.3 对修正算法的仿真验证及结果分析
5.4 误差分析
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹载地磁测量系统的抗干扰设计[J]. 白松,曹红松,张宪国,才晓峰. 传感技术学报. 2014(07)
[2]MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模[J]. 陈湾湾,陈智刚,马林,付建平. 传感技术学报. 2014(02)
[3]MEMS陀螺仪结构模型及系统仿真[J]. 曹慧亮,李宏生,王寿荣,杨波,黄丽斌. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[4]基于Allan方差的MEMS陀螺误差分析[J]. 张亚宁,朱涛,傅军. 自动化与仪器仪表. 2013(03)
[5]姿态检测地磁传感器误差分析与补偿方法[J]. 龙礼,张合,刘建敬. 中国惯性技术学报. 2013(01)
[6]制导炮弹的优势特点及发展趋势[J]. 王伟,马志赛. 飞航导弹. 2011(07)
[7]地磁信号检测系统误差分析与补偿方法研究[J]. 黄学功,王炅. 兵工学报. 2011(01)
[8]多传感器加权信息融合算法研究[J]. 李伟,何鹏举,高社生. 西北工业大学学报. 2010(05)
[9]多传感器信息融合技术及其应用[J]. 孙辉,赵峰,张峰云. 海洋测绘. 2009(05)
[10]几种滤波算法性能比较与分析[J]. 陈姗姗,杜治君,李波波. 现代经济信息. 2009(15)
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]两轴平台稳定系统中MEMS陀螺误差建模与分析[D]. 吴峰.天津大学 2012
[2]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
[3]弹载捷联惯性导航算法与装置的研究[D]. 陈武.西安工业大学 2012
[4]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[D]. 马秀丽.南京理工大学 2012
[5]三轴微机电陀螺仪微惯性测量研究[D]. 谢世军.南京理工大学 2011
[6]地磁陀螺组合的姿态敏感技术[D]. 雷芳.中北大学 2009
[7]自适应加权平均滤波器权系数的选取[D]. 朱晓倩.暨南大学 2008
[8]INS辅助的GPS接收机研究[D]. 孙黎明.西安电子科技大学 2008
[9]加速度计/磁强计捷联惯导系统姿态解算方法研究[D]. 李海涛.中北大学 2007
[10]利用地磁场确定弹道修正弹的滚转姿态[D]. 闵俊锋.南京理工大学 2006
本文编号：3724146
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 弹体姿态测量技术研究现状
1.2.2 信息融合技术研究现状
1.3 选题的背景及意义
1.4 本文研究的主要内容
2.姿态测量及解算算法研究
2.1 引言
2.2 基于地磁的姿态测量技术
2.2.1 地磁测姿原理
2.2.2 地磁传感器性能分析
2.2.3 地磁测姿误差分析
2.3 MEMS 陀螺的姿态测量技术
2.3.1 MEMS 测姿原理
2.3.2 MEMS 传感器性能分析
2.3.3 MEMS 测姿误差分析
2.4 弹箭姿态解算算法分析
2.4.1 常用弹箭姿态解算算法
2.4.2 姿态解算算法的比较分析
2.4.3 陀螺单独测姿存在问题
2.5 本章小结
3.姿态信息融合算法理论分析
3.1 引言
3.2 测姿信息融合算法的简介
3.3 基于加权原理的姿态融合算法
3.4 卡尔曼融合算法
3.4.1 卡尔曼滤波理论
3.4.2 经典卡尔曼融合算法
3.4.3 扩展卡尔曼融合算法
3.5 弹箭测姿信息融合算法的对比分析
3.5.1 基于权系数融合算法精度分析
3.5.2 基于卡尔曼理论融合算法适用性分析
3.6 本章小结
4.弹箭飞行姿态的信号模拟
4.1 引言
4.2 弹箭飞行动力学模型建立
4.2.1 常用坐标系定义
4.2.2 制导炮弹弹道模型的建立
4.3 弹箭姿态参数的计算
4.4 地磁信号的模拟
4.5 MEMS 陀螺信号的模拟
4.6 本章小结
5.弹箭姿态数值仿真与结果分析
5.1 引言
5.2 冗余测姿信息自适应加权融合数值仿真与分析
5.2.1 多信息自适应加权融合算法的数学模型
5.2.2 最优自适应加权因子的计算
5.2.3 姿态仿真结果分析
5.3 基于卡尔曼滤波的弹体全姿态数值仿真与分析
5.3.1 姿态解算和误差模型
5.3.2 对姿态误差的修正
5.3.3 对修正算法的仿真验证及结果分析
5.4 误差分析
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹载地磁测量系统的抗干扰设计[J]. 白松,曹红松,张宪国,才晓峰. 传感技术学报. 2014(07)
[2]MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模[J]. 陈湾湾,陈智刚,马林,付建平. 传感技术学报. 2014(02)
[3]MEMS陀螺仪结构模型及系统仿真[J]. 曹慧亮,李宏生,王寿荣,杨波,黄丽斌. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[4]基于Allan方差的MEMS陀螺误差分析[J]. 张亚宁,朱涛,傅军. 自动化与仪器仪表. 2013(03)
[5]姿态检测地磁传感器误差分析与补偿方法[J]. 龙礼,张合,刘建敬. 中国惯性技术学报. 2013(01)
[6]制导炮弹的优势特点及发展趋势[J]. 王伟,马志赛. 飞航导弹. 2011(07)
[7]地磁信号检测系统误差分析与补偿方法研究[J]. 黄学功,王炅. 兵工学报. 2011(01)
[8]多传感器加权信息融合算法研究[J]. 李伟,何鹏举,高社生. 西北工业大学学报. 2010(05)
[9]多传感器信息融合技术及其应用[J]. 孙辉,赵峰,张峰云. 海洋测绘. 2009(05)
[10]几种滤波算法性能比较与分析[J]. 陈姗姗,杜治君,李波波. 现代经济信息. 2009(15)
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]两轴平台稳定系统中MEMS陀螺误差建模与分析[D]. 吴峰.天津大学 2012
[2]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
[3]弹载捷联惯性导航算法与装置的研究[D]. 陈武.西安工业大学 2012
[4]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[D]. 马秀丽.南京理工大学 2012
[5]三轴微机电陀螺仪微惯性测量研究[D]. 谢世军.南京理工大学 2011
[6]地磁陀螺组合的姿态敏感技术[D]. 雷芳.中北大学 2009
[7]自适应加权平均滤波器权系数的选取[D]. 朱晓倩.暨南大学 2008
[8]INS辅助的GPS接收机研究[D]. 孙黎明.西安电子科技大学 2008
[9]加速度计/磁强计捷联惯导系统姿态解算方法研究[D]. 李海涛.中北大学 2007
[10]利用地磁场确定弹道修正弹的滚转姿态[D]. 闵俊锋.南京理工大学 2006
本文编号：3724146
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