弹箭姿态组合测量技术研究
发布时间：2021-11-22 09:47
对于弹箭姿态测量问题,低成本单一测姿系统存在测姿精度低、工作稳定性差、容错率低等局限性。考虑到MIMU测系统集成度高、技术成熟的优点,MIMU/GPS组合测姿技术受到许多学者的研究。虽然MIMU/GPS组合测姿系统有着其易于工程实现性的优点,但是GPS卫星导航信息的控制权在于他国,使得我国的武器系统缺乏信息安全保障。基于以上问题,本文以高精度稳定可靠测量弹箭姿态的应用需求为背景,提出MIMU/BDS/GM组合系统测姿方案,其中BDS为北斗导航卫星系统（Bei Dou Navigation Satellite System）,GM 为地磁（Geomagnetism）测姿单元,并通过 Kalman滤波技术提高组合系统测姿精度。本文首先描述了MIMU/BDS/GM组合测姿系统的发展现状并对组合测姿系统发展趋势做出总结;以常规导弹为研究对象,对测姿坐标系进行介绍并推导坐标系之间转换关系,为滤波系统观测量提供理论依据;接着根据各个子单元基本测姿原理,推导导弹姿态角、速度、位置的更新算法,并建立各个测姿子单元误差模型,作为滤波系统子滤波器设计的参考;然后设计组合式姿态测量系统的滤波器,并采用分散式...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３弹道坐标系?
中北大学学位论文??＆?｜?ｒＢ?ｔ?????发射点?＼??图２－１射击坐标系?图２－２弹体坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｌａｕｎｃｈ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｂｏｄｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??（３）弹道坐标系＜９ｒＸｒ｝ＶＺｒ??选择导弹质心，将其视为弹道坐标系原点ＣＶ；?轴沿导弹速度矢量；作出与??速度矢量垂直的〇ｒｒ７■轴，确定垂直向上为轴正方向；右手准则作出＜＾２５轴；如??图２－３所示。??对导弹做质点研究，由质点方程可以明了清楚地表明出导弹运动特征。??ｈ?ｔ?４个??＾?１?ｖ?ｘＴ?弹丸纵轴??：－■、？＇?？?．．．．??图２－３弹道坐标系?图２４速度坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??（４）速度坐标系心Ｋ．Ｚ，，??选取导弹质心，将其视为速度坐标系原点ｃｖ；?Ａ．沿与导弹速度矢量；作出与??速度矢量垂直的ＣＶ＆轴，确定垂直向上为轴正方向；右手准则作出轴；如??图２－４所示。??导弹的速度与运动受力有关，在速度坐标系下可以构造气动力方程。??９??
中北大学学位论文??（５）地理坐标系??地理坐标系原点，参考射击坐标系原点；在朝向正东方向作出在朝??向正北方向轴；右手准则作出＾＾之＾轴。地理坐标系也称东－北－天坐标系。??（６）导航坐标系??在确定的参考坐标系（也称导航坐标系）下研究导弹运动，可以明了建立反映导??弹运动规律的方程组，在弹箭姿态组合测量系统中将其选取为地理坐标系。??（７）惯性坐标系??惯性坐标系原点选取为地心，ｑｚ，轴同地球自转轴平行，（＾轴、ｑｒ，轴位于??赤道平面，三轴构成右手正交坐标系。??２．１．２弹箭测姿坐标系之间转换??在弹箭姿态测量研究问题中，引入多个坐标系，相互之间实时变化但又存在某些??联系，但建立相应的动力学方程组与运动学方程组需要在同一个参考坐标系下进行，??即将导弹运动中所需研究的诸参量统一到同一坐标中，求出转换矩阵。??（１）射击坐标系与弹体坐标系??将一个坐标系旋转至与另一个坐标系重合，完成坐标转换。转换过程中定义导弹??的偏航角Ｖ、俯仰角＞９、滚转角Ｘ，即导弹的３个姿态角，如图２－５所示。??＞１??．、７，??，■＾?〇Ａ〇Ｄ＇＼Ｊｕ／?＾??Ｌ?Ｚ’?、＇、??－Ｖｘ??Ｚｂ??图２－５射击坐标系与弹体坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｌａｕｎｃｈ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?Ｂｏｄｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??俯仰角Ｌ将导弹的轴在面０乂＆的投影０＾丨内旋转到轴，所旋转??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年国外惯性技术发展与回顾[J]. 薛连莉,陈少春,陈效真. 导航与控制. 2018(02)
[2]抗差自适应UKF的INS/GNSS组合导航算法[J]. 付心如,徐爱功,孙伟. 导航定位学报. 2017(02)
[3]BDS精密单点定位残差分析[J]. 陈泉余,隋立芬,田源,黄名华,范昆飞. 测绘科学技术学报. 2017(03)
[4]微系统电子产品宇航应用的保证要求[J]. 朱恒静,张延伟,张伟,祝名,匡潜玮. 电子产品可靠性与环境试验. 2016(02)
[5]MEMS惯性技术的发展及应用[J]. 齐广峰,吕军锋. 电子设计工程. 2015(01)
[6]北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估[J]. 杨元喜,李金龙,王爱兵,徐君毅,何海波,郭海荣,申俊飞,戴弦. 中国科学:地球科学. 2014(01)
[7]基于测元融合的GPS与北斗二代定位算法研究[J]. 周立锋,马海潮,杨军. 全球定位系统. 2013(01)
[8]BD2/GPS四频高精度接收机在远望号船姿测量中的应用[J]. 周健,毛刚,赵李健,王珏. 测绘科学技术学报. 2012(03)
[9]MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势[J]. 蔡春龙,刘翼,刘一薇. 中国惯性技术学报. 2009(05)
[10]弹道修正弹药的姿态测量技术研究[J]. 雷芳,王华,焦国太,赵晗. 弹箭与制导学报. 2009(04)
博士论文
[1]指令制导火箭弹最优控制弹道技术研究[D]. 闫小龙.中北大学 2018
[2]基于矢量跟踪的高动态载体超紧组合导航技术研究[D]. 秦峰.上海交通大学 2014
[3]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[4]自适应抗差UKF在卫星组合导航中的理论与应用研究[D]. 汪秋婷.华中科技大学 2010
[5]北斗/微惯导组合导航方法研究[D]. 何晓峰.国防科学技术大学 2009
[6]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]基于GPS/MEMS惯性组件复合测姿方法研究[D]. 张瑞雪.中北大学 2019
[2]MINS/GPS/GM组合导航系统设计与关键技术研究[D]. 王萌.哈尔滨工程大学 2019
[3]基于磁阻传感器的高精度电子罗盘设计[D]. 高俊.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[4]单天线卫星接收系统与微惯性组件的复合测姿方法研究[D]. 韩学帅.沈阳理工大学 2017
[5]基于地磁传感器与MEMS陀螺仪组合姿态测量技术研究[D]. 闫爱天.南京理工大学 2016
[6]基于微惯性导航系统的MEMS陀螺误差补偿方法研究[D]. 兰晓明.哈尔滨工程大学 2015
[7]GPS/SINS组合导航系统在自寻的导弹中的应用研究[D]. 吴凤柱.南昌航空大学 2013
[8]MSINS/GPS/汽车传感器组合导航系统研究[D]. 郭美玲.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于MEMS-IMU的捷联式惯性导航系统技术与实现研究[D]. 姜朋.哈尔滨工程大学 2012
[10]嵌入式GPS/SINS组合导航技术研究[D]. 刘超慧.国防科学技术大学 2011
本文编号：3511441
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３弹道坐标系?
中北大学学位论文??＆?｜?ｒＢ?ｔ?????发射点?＼??图２－１射击坐标系?图２－２弹体坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｌａｕｎｃｈ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｂｏｄｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??（３）弹道坐标系＜９ｒＸｒ｝ＶＺｒ??选择导弹质心，将其视为弹道坐标系原点ＣＶ；?轴沿导弹速度矢量；作出与??速度矢量垂直的〇ｒｒ７■轴，确定垂直向上为轴正方向；右手准则作出＜＾２５轴；如??图２－３所示。??对导弹做质点研究，由质点方程可以明了清楚地表明出导弹运动特征。??ｈ?ｔ?４个??＾?１?ｖ?ｘＴ?弹丸纵轴??：－■、？＇?？?．．．．??图２－３弹道坐标系?图２４速度坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??（４）速度坐标系心Ｋ．Ｚ，，??选取导弹质心，将其视为速度坐标系原点ｃｖ；?Ａ．沿与导弹速度矢量；作出与??速度矢量垂直的ＣＶ＆轴，确定垂直向上为轴正方向；右手准则作出轴；如??图２－４所示。??导弹的速度与运动受力有关，在速度坐标系下可以构造气动力方程。??９??
中北大学学位论文??（５）地理坐标系??地理坐标系原点，参考射击坐标系原点；在朝向正东方向作出在朝??向正北方向轴；右手准则作出＾＾之＾轴。地理坐标系也称东－北－天坐标系。??（６）导航坐标系??在确定的参考坐标系（也称导航坐标系）下研究导弹运动，可以明了建立反映导??弹运动规律的方程组，在弹箭姿态组合测量系统中将其选取为地理坐标系。??（７）惯性坐标系??惯性坐标系原点选取为地心，ｑｚ，轴同地球自转轴平行，（＾轴、ｑｒ，轴位于??赤道平面，三轴构成右手正交坐标系。??２．１．２弹箭测姿坐标系之间转换??在弹箭姿态测量研究问题中，引入多个坐标系，相互之间实时变化但又存在某些??联系，但建立相应的动力学方程组与运动学方程组需要在同一个参考坐标系下进行，??即将导弹运动中所需研究的诸参量统一到同一坐标中，求出转换矩阵。??（１）射击坐标系与弹体坐标系??将一个坐标系旋转至与另一个坐标系重合，完成坐标转换。转换过程中定义导弹??的偏航角Ｖ、俯仰角＞９、滚转角Ｘ，即导弹的３个姿态角，如图２－５所示。??＞１??．、７，??，■＾?〇Ａ〇Ｄ＇＼Ｊｕ／?＾??Ｌ?Ｚ’?、＇、??－Ｖｘ??Ｚｂ??图２－５射击坐标系与弹体坐标系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｌａｕｎｃｈ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?Ｂｏｄｙ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??俯仰角Ｌ将导弹的轴在面０乂＆的投影０＾丨内旋转到轴，所旋转??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年国外惯性技术发展与回顾[J]. 薛连莉,陈少春,陈效真. 导航与控制. 2018(02)
[2]抗差自适应UKF的INS/GNSS组合导航算法[J]. 付心如,徐爱功,孙伟. 导航定位学报. 2017(02)
[3]BDS精密单点定位残差分析[J]. 陈泉余,隋立芬,田源,黄名华,范昆飞. 测绘科学技术学报. 2017(03)
[4]微系统电子产品宇航应用的保证要求[J]. 朱恒静,张延伟,张伟,祝名,匡潜玮. 电子产品可靠性与环境试验. 2016(02)
[5]MEMS惯性技术的发展及应用[J]. 齐广峰,吕军锋. 电子设计工程. 2015(01)
[6]北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估[J]. 杨元喜,李金龙,王爱兵,徐君毅,何海波,郭海荣,申俊飞,戴弦. 中国科学:地球科学. 2014(01)
[7]基于测元融合的GPS与北斗二代定位算法研究[J]. 周立锋,马海潮,杨军. 全球定位系统. 2013(01)
[8]BD2/GPS四频高精度接收机在远望号船姿测量中的应用[J]. 周健,毛刚,赵李健,王珏. 测绘科学技术学报. 2012(03)
[9]MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势[J]. 蔡春龙,刘翼,刘一薇. 中国惯性技术学报. 2009(05)
[10]弹道修正弹药的姿态测量技术研究[J]. 雷芳,王华,焦国太,赵晗. 弹箭与制导学报. 2009(04)
博士论文
[1]指令制导火箭弹最优控制弹道技术研究[D]. 闫小龙.中北大学 2018
[2]基于矢量跟踪的高动态载体超紧组合导航技术研究[D]. 秦峰.上海交通大学 2014
[3]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[4]自适应抗差UKF在卫星组合导航中的理论与应用研究[D]. 汪秋婷.华中科技大学 2010
[5]北斗/微惯导组合导航方法研究[D]. 何晓峰.国防科学技术大学 2009
[6]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]基于GPS/MEMS惯性组件复合测姿方法研究[D]. 张瑞雪.中北大学 2019
[2]MINS/GPS/GM组合导航系统设计与关键技术研究[D]. 王萌.哈尔滨工程大学 2019
[3]基于磁阻传感器的高精度电子罗盘设计[D]. 高俊.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[4]单天线卫星接收系统与微惯性组件的复合测姿方法研究[D]. 韩学帅.沈阳理工大学 2017
[5]基于地磁传感器与MEMS陀螺仪组合姿态测量技术研究[D]. 闫爱天.南京理工大学 2016
[6]基于微惯性导航系统的MEMS陀螺误差补偿方法研究[D]. 兰晓明.哈尔滨工程大学 2015
[7]GPS/SINS组合导航系统在自寻的导弹中的应用研究[D]. 吴凤柱.南昌航空大学 2013
[8]MSINS/GPS/汽车传感器组合导航系统研究[D]. 郭美玲.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于MEMS-IMU的捷联式惯性导航系统技术与实现研究[D]. 姜朋.哈尔滨工程大学 2012
[10]嵌入式GPS/SINS组合导航技术研究[D]. 刘超慧.国防科学技术大学 2011
本文编号：3511441
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