基于多传感器数据融合的弹箭姿态估计

发布时间：2024-06-03 20:28

　　弹体的姿态测量在精确制导弹药研制过程中有着至关重要的作用,本文基于三轴磁阻传感器与三轴MEMS陀螺组合测量弹箭姿态角的方法上,重点研究了基于多传感器数据融合的弹体姿态角估计方法,建立了基于加权方法解算姿态角的数据融合模型和基于卡尔曼滤波方法解算姿态角的数据融合模型,最后通过数值仿真与实验结果验证了数据融合方法的可行性。 分析了现有弹箭姿态探测方法的优缺点,利用磁阻传感器与MEMS陀螺组合测量弹体姿态角,建立了磁-MEMS陀螺组合测量弹箭姿态角的数学模型,研究了在不同射向条件下磁阻传感器输出误差对姿态角解算结果的影响；在偏航角为零的假设条件下,建立了弹体初始姿态角的数学模型。采用最小方差估计权值,建立了基于加权方法解算弹体姿态角的数据融合模型；通过对传感器误差分析建立了卡尔曼滤波的状态方程和量测方程,经过卡尔曼滤波方法估计出姿态角误差,实时反馈来修正陀螺误差,提高了弹体姿态角解算精度。最后对本文提出的数据融合方法在磁阻-MEMS陀螺组合测姿中的应用进行了仿真分析,并开展了俯仰角运动模拟实验与滚转角运动模拟实验,仿真与实验结果表明,基于加权融合方法解算姿态角在一定程度上能够提高姿态角解算精...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 选题的背景与意义
    1.2 弹箭姿态探测技术研究现状
    1.3 多传感器数据融合技术研究现状
    1.4 本文的主要内容
2 多传感器组合测姿模型的建立
    2.1 多传感器组合测姿组成结构
    2.2 磁-MEMS陀螺组合测量姿态角模型的建立
        2.2.1 本文使用的坐标系
        2.2.2 坐标系转换关系
        2.2.3 地磁要素及其获取方法
        2.2.4 磁-MEMS陀螺组合确定弹丸姿态的数学模型
        2.2.5 基于MEMS陀螺确定弹体姿态角
    2.3 弹体初始姿态角的计算方法
        2.3.1 初始姿态角数学建模
        2.3.2 弹丸的摆动对初始姿态角模型影响分析
    2.4 本章小结
3 基于磁-MEMS陀螺组合测量弹箭姿态的数据融合方法研究
    3.1 数据融合方法研究
        3.1.1 加权数据融合算法
        3.1.2 基于卡尔曼滤波的数据融合方法
        3.1.3 两种数据融合方法的比较
    3.2 加权数据融合算法在磁-MEMS陀螺组合测姿中的应用
        3.2.1 权系数的求取
        3.2.2 基于加权融合方法的磁-MEMS陀螺组合测姿模型
    3.3 卡尔曼滤波数据融合方法在磁-MEMS陀螺组合测姿中的应用
        3.3.1 姿态探测传感器建模
        3.3.2 基于卡尔曼滤波的磁-MEMS陀螺组合测姿模型
        3.3.3 基于卡尔曼滤波的弹体姿态角估计
    3.4 本章小结
4 弹箭飞行姿态数值仿真与实验验证
    4.1 弹箭飞行姿态数值仿真分析
        4.1.1 6DOF弹道仿真及传感器数据模拟
        4.1.2 弹体初始姿态角仿真分析
        4.1.3 磁-MEMS陀螺组合测姿仿真分析
        4.1.4 基于加权方法的弹体姿态角数据融合仿真
        4.1.5 基于卡尔曼滤波方法的弹体姿态角数据融合仿真
    4.2 实验验证及结果分析
        4.2.1 磁-MEMS陀螺组合测姿室内实验条件
        4.2.2 磁-MEMS陀螺组合测姿静态实验
        4.2.3 弹体动态模拟实验
        4.2.4 实验结果分析
    4.3 本章小结
5 总结与展望
致谢
参考文献



本文编号：3988448