基于UWB的高速弹丸定距关键技术研究及实现
发布时间：2020-12-04 17:19
在现代化战争中,武器系统能够对既定目标造成多大程度的毁伤效果以及面对目标的变化能否灵活应对,这两种能力在战场局势的演变中发挥了关键作用,选择最佳的地点,及时在对应的空域使用,在需要的时候能随时发射导弹,从而对目标造成最大的伤害,在信息战争中尤为重要。因此,对弹丸定距控制技术的要求也越来越高。目前,炸点高度测量领域常用的测试方法由于成本高、对同步采集的要求比较高、测量精度不高等缺陷,无法满足近地弹丸炸点高度距离测量的需求。因此,提出了一种基于UWB（超宽带）的高速弹丸定距控制技术。本文分析比较了目前几种比较常用的弹丸定距控制技术的优缺点,选择了定位精度较高的基于UWB的弹丸定距控制技术,研究了UWB技术的特点及信道特性,对信道模型进行了matlab仿真并给出了仿真图,讨论了基于UWB的几种常用测距技术,并针对传统的单边双向测距（SS-TWR）测距协议需要较长的时延,提出了一种优化算法;针对本文需求,设计了一种超宽带微带天线,要求在所需的频带范围3.5～6.5GHZ内,满足反射系数在-10dB以下,驻波比小于2,并且增益能够达到5dbi;最后搭建了一个基于Deca Wave推出的DW100...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
宽带和窄带的区别
中北大学学位论文10中爆炸的时间很短，不具备反射点，也没有固定的相对位置，因此，在弹丸高度靠近地面的特殊情况下，普通仪器无法完成测量，或发生重大测量误差。除了在国外使用高度计和测距仪外，目前还开发了一种使用大视场经纬仪测量爆炸点的先进方法。这个系统对提高效率有很大影响，并且测试精度与以前相比有了很大的变化。但是，缺点是系统太大，价格昂贵，中国很难使用该设备进行测量。以下是国内外测量弹丸近地面爆炸点高度的几种常用方法：（1）激光电测法激光电测量方法确定弹丸爆炸点的高度信息是使用两种仪器得到的：测距仪及经纬仪，其中测距仪利用激光脉冲的原理[23]。具体的测量示意图如图1-2所示。图1-2使用激光电测法测量的原理图Fig1-2schematicdiagramoflaserelectricalmeasurementmethodA点放置激光测距仪,B点即为火炮发射器,C点是弹丸的爆炸点,由激光脉冲测距仪可以得到距离S，经纬仪可以测得爆炸点与地面之间的水平倾斜角。由三角形勾股定理，我们可以得到图中的L，如式1-1。SLsin（式1-1）然而，由于地理位置的影响，真正的测量点A和B不是同一水平，即两个点之间存在一定的偏差H。因此，实际高度应为计算公式：SHLsin（式1-2）要算得弹丸发射的实际高度L,该方法的关键在于如何得到值和S值，而这两个值分别是通过经纬仪和激光测距仪获得，其中涉及到了这两个仪器如何使用的问题。这种测量方法也存在一些问题。首先，由于弹丸运动迅速，因此必须要求经纬仪在这个过程中迅速捕获。不同的人操作该系统所获得的爆炸点的位置也会有不同，所造成
中北大学学位论文11的误差比较大。其次，这种仪器的高度测量要求被测物能够尽可能地在一个位置固定并且具有反射点，但炮弹爆炸的时间很短，没有固定的起始点，因此误差更大。最后，由于炮弹在爆炸后成为闪光源，很容易干扰反射光，在这个前提下所需要的激光脉冲测距仪的功率非常大，这增加了测量系统的成本。（2）双CCD交汇测量法双CCD交点测量方法是一种非接触式光电测量技术。该方法是通过两台相对固定的相机从不同角度拍摄同一场景。它与人的视觉系统相当，因此在确定空间目标的坐标方面具有很大优势。现在，它通常用于工业检查、视觉系统和机器人技术等各个方面。双CCD交点测量技术的关键在于如何通过相机拍摄的图像获取被测物体的三维坐标，这是该方法的重点和难点[24]，测量系统的原理示意图如图1-3所示。图1-3双CCD相交测量系统工作的原理图Figure1-3schematicdiagramofDoubleCCDintersectionmeasurementsystem对于近地表爆炸点高度的测量，主工作站和辅助工作站相距较远，现有的方法无法满足实现主要工作站和辅助工作站的远程图像的同步测量以及远距离数据传送到另一个地点所需要的技术，不符合相应要求。（3）测定发射药的发射力这也是一种通过测量弹丸的发射力来测量弹丸爆破点高度的方法，当弹丸的重量不变时，推进剂含量越高，爆炸点高度就越高。弹丸在起飞过程中，通常受到空气阻力的影响，其形状、大小和速度各不相同，其阻力特性也各不相同，因此同一类型的弹丸的阻力特性基本上是固定的，不同类型的弹丸，它所对应的阻力特性各不相同。具体的参
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PGA302的海温及压力采集系统设计[J]. 刘鹏媛,马游春,何巧. 兵器装备工程学报. 2020(03)
[2]宽带高增益圆极化微带天线与阵列[J]. 朱乃达,杨雪霞,邱厚童. 太赫兹科学与电子信息学报. 2019(03)
[3]与弹头共型的超宽带微带引信天线[J]. 韩东波,洪飞. 探测与控制学报. 2019(02)
[4]一种基于RSSI和TOF的优化混合测距方法[J]. 敬振宇,熊兴中. 四川理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[5]一种改进的RSSI定位算法研究[J]. 龙海燕,张天飞,丁娇,梁美玉. 河北北方学院学报(自然科学版). 2018(11)
[6]引信炸点精确控制技术研究[J]. 徐磊,房立清,李旭,齐子元. 战术导弹技术. 2018(03)
[7]一种新型超宽带贴片天线的设计研究[J]. 何小洋,张平平. 河南科技. 2018(08)
[8]浅谈国外引信系统研究现状及发展趋势[J]. 高野军. 制导与引信. 2018(01)
[9]基于RSSI实时精确定位系统设计与实现[J]. 王娜娜,付强,刘泽龙. 传感技术学报. 2017(07)
[10]基于DW1000的室内定位系统设计与测距优化方法[J]. 李园园,李勇. 无线互联科技. 2016(21)
硕士论文
[1]脉冲功率电源超大电流测试技术研究[D]. 马子光.中北大学 2019
[2]基于PGA900的海温及压力采集系统研究与设计[D]. 丁红晖.中北大学 2018
[3]基于TOF测距的无线传感器网络定位技术研究[D]. 车志平.大连理工大学 2016
[4]基于UWB的室内SDS-TWR测距算法优化和定位算法融合的研究[D]. 陶偲.华中师范大学 2016
[5]小型微带天线的共形研究[D]. 补翔宇.电子科技大学 2014
[6]柔性共形天线的制备与力电性能分析[D]. 胡建强.哈尔滨工业大学 2012
[7]弹丸近地炸点高度测试技术研究[D]. 吕培森.西安工业大学 2012
[8]共形宽频带天线的研究[D]. 杨晔.西安电子科技大学 2012
[9]基于粒子群优化算法和HFSS软件的电磁优化方法研究[D]. 彭涛.江苏科技大学 2011
[10]无线电引信定距技术研究[D]. 罗锦宏.西安电子科技大学 2008
本文编号：2897964
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
宽带和窄带的区别
中北大学学位论文10中爆炸的时间很短，不具备反射点，也没有固定的相对位置，因此，在弹丸高度靠近地面的特殊情况下，普通仪器无法完成测量，或发生重大测量误差。除了在国外使用高度计和测距仪外，目前还开发了一种使用大视场经纬仪测量爆炸点的先进方法。这个系统对提高效率有很大影响，并且测试精度与以前相比有了很大的变化。但是，缺点是系统太大，价格昂贵，中国很难使用该设备进行测量。以下是国内外测量弹丸近地面爆炸点高度的几种常用方法：（1）激光电测法激光电测量方法确定弹丸爆炸点的高度信息是使用两种仪器得到的：测距仪及经纬仪，其中测距仪利用激光脉冲的原理[23]。具体的测量示意图如图1-2所示。图1-2使用激光电测法测量的原理图Fig1-2schematicdiagramoflaserelectricalmeasurementmethodA点放置激光测距仪,B点即为火炮发射器,C点是弹丸的爆炸点,由激光脉冲测距仪可以得到距离S，经纬仪可以测得爆炸点与地面之间的水平倾斜角。由三角形勾股定理，我们可以得到图中的L，如式1-1。SLsin（式1-1）然而，由于地理位置的影响，真正的测量点A和B不是同一水平，即两个点之间存在一定的偏差H。因此，实际高度应为计算公式：SHLsin（式1-2）要算得弹丸发射的实际高度L,该方法的关键在于如何得到值和S值，而这两个值分别是通过经纬仪和激光测距仪获得，其中涉及到了这两个仪器如何使用的问题。这种测量方法也存在一些问题。首先，由于弹丸运动迅速，因此必须要求经纬仪在这个过程中迅速捕获。不同的人操作该系统所获得的爆炸点的位置也会有不同，所造成
中北大学学位论文11的误差比较大。其次，这种仪器的高度测量要求被测物能够尽可能地在一个位置固定并且具有反射点，但炮弹爆炸的时间很短，没有固定的起始点，因此误差更大。最后，由于炮弹在爆炸后成为闪光源，很容易干扰反射光，在这个前提下所需要的激光脉冲测距仪的功率非常大，这增加了测量系统的成本。（2）双CCD交汇测量法双CCD交点测量方法是一种非接触式光电测量技术。该方法是通过两台相对固定的相机从不同角度拍摄同一场景。它与人的视觉系统相当，因此在确定空间目标的坐标方面具有很大优势。现在，它通常用于工业检查、视觉系统和机器人技术等各个方面。双CCD交点测量技术的关键在于如何通过相机拍摄的图像获取被测物体的三维坐标，这是该方法的重点和难点[24]，测量系统的原理示意图如图1-3所示。图1-3双CCD相交测量系统工作的原理图Figure1-3schematicdiagramofDoubleCCDintersectionmeasurementsystem对于近地表爆炸点高度的测量，主工作站和辅助工作站相距较远，现有的方法无法满足实现主要工作站和辅助工作站的远程图像的同步测量以及远距离数据传送到另一个地点所需要的技术，不符合相应要求。（3）测定发射药的发射力这也是一种通过测量弹丸的发射力来测量弹丸爆破点高度的方法，当弹丸的重量不变时，推进剂含量越高，爆炸点高度就越高。弹丸在起飞过程中，通常受到空气阻力的影响，其形状、大小和速度各不相同，其阻力特性也各不相同，因此同一类型的弹丸的阻力特性基本上是固定的，不同类型的弹丸，它所对应的阻力特性各不相同。具体的参
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PGA302的海温及压力采集系统设计[J]. 刘鹏媛,马游春,何巧. 兵器装备工程学报. 2020(03)
[2]宽带高增益圆极化微带天线与阵列[J]. 朱乃达,杨雪霞,邱厚童. 太赫兹科学与电子信息学报. 2019(03)
[3]与弹头共型的超宽带微带引信天线[J]. 韩东波,洪飞. 探测与控制学报. 2019(02)
[4]一种基于RSSI和TOF的优化混合测距方法[J]. 敬振宇,熊兴中. 四川理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[5]一种改进的RSSI定位算法研究[J]. 龙海燕,张天飞,丁娇,梁美玉. 河北北方学院学报(自然科学版). 2018(11)
[6]引信炸点精确控制技术研究[J]. 徐磊,房立清,李旭,齐子元. 战术导弹技术. 2018(03)
[7]一种新型超宽带贴片天线的设计研究[J]. 何小洋,张平平. 河南科技. 2018(08)
[8]浅谈国外引信系统研究现状及发展趋势[J]. 高野军. 制导与引信. 2018(01)
[9]基于RSSI实时精确定位系统设计与实现[J]. 王娜娜,付强,刘泽龙. 传感技术学报. 2017(07)
[10]基于DW1000的室内定位系统设计与测距优化方法[J]. 李园园,李勇. 无线互联科技. 2016(21)
硕士论文
[1]脉冲功率电源超大电流测试技术研究[D]. 马子光.中北大学 2019
[2]基于PGA900的海温及压力采集系统研究与设计[D]. 丁红晖.中北大学 2018
[3]基于TOF测距的无线传感器网络定位技术研究[D]. 车志平.大连理工大学 2016
[4]基于UWB的室内SDS-TWR测距算法优化和定位算法融合的研究[D]. 陶偲.华中师范大学 2016
[5]小型微带天线的共形研究[D]. 补翔宇.电子科技大学 2014
[6]柔性共形天线的制备与力电性能分析[D]. 胡建强.哈尔滨工业大学 2012
[7]弹丸近地炸点高度测试技术研究[D]. 吕培森.西安工业大学 2012
[8]共形宽频带天线的研究[D]. 杨晔.西安电子科技大学 2012
[9]基于粒子群优化算法和HFSS软件的电磁优化方法研究[D]. 彭涛.江苏科技大学 2011
[10]无线电引信定距技术研究[D]. 罗锦宏.西安电子科技大学 2008
本文编号：2897964
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