基于地磁测量的火箭弹滚转角解算误差补偿方法研究

为实现火箭弹弹道修正,需实时解算弹体的滚转角。根据地磁场基本特性,采用两轴磁传感器测量地磁场分量,并同时测量弹道倾角以解算弹体姿态角。提出一种火箭弹弹体滚转角解算的误差补偿方法,进行某型火箭弹打靶试验,利用该方法对火箭弹飞行试验过程中的姿态角数据进行实时解算,并与陀螺测量到的滚转角数据进行比较。试验结果表明:利用该方法解算滚转角准确度在4°以内,能够满足火箭弹弹道修正的要求。     

双旋弹丸滚转测量系统设计与实现

为实现固定翼双旋弹弹道修正,需对弹体和鸭舵滚转信息进行测量。该文针对双旋弹丸鸭舵反旋和弹体高速旋转的特点,建立弹体和鸭舵滚转姿态解算模型,设计基于地磁和霍尔传感器的滚转测量系统。采用波形变换方法将正弦波形式地磁信号转换为易于测量的方波信号,并使用高通滤波器和迟滞比较器对含噪地磁信号进行优化,通过定时器捕获分别得到弹体和鸭舵转速信息,在此基础上通过线性插值得到滚转角信息。地面半实物仿真平台实验表明该滚转测量系统弹体转速测量跳动为–0.3~0.2 Hz,鸭舵相对弹体转速测量跳动为–0.15~0.15 Hz,滚转角测量跳动为–2°~1°,能够满足双旋弹弹道修正的要求。     

基于EKF的地磁/陀螺信息融合姿态测量算法研究

针对智能弹药机动飞行中仅利用地磁信息制导时无法实现全姿态角解算的问题,提出一种采用三轴陀螺仪角速率信息辅助三轴磁传感器信息进行弹体姿态角解算的EKF融合算法。算法利用磁传感器测量模型和四元数微分方程建立观测方程和状态方程,并分别对非线性的系统进行线性化得到卡尔曼滤波方程。通过在高速飞行仿真转台上进行半物理仿真试验,最终全姿态角的解算实现对地磁/陀螺信息的融合。经过对仿真信号的处理,在弹体俯仰角±30°变化的情况下,该EKF融合算法解算滚转角和俯仰角比传统单纯依靠地磁信息进行滚转角和俯仰角解算的精度提高近一个数量级,并且解算偏航角误差在1°以内。     

弹道修正弹固定鸭舵测姿方法研究

在弹道修正弹中,弹体的各种姿态多用地磁传感器、陀螺仪和加速度测量,由于结构限制,无法在修正鸭舵上直接安装各种测姿传感器.为此,阐述磁阻传感器姿态测量原理,提出一种以地磁传感器为主要测量元件,霍尔传感器辅助测量鸭舵滚转角的测量方法.通过制作试验样机对该方法进行实验验证,通过实验数据的误差分析确定了该测姿方法的可行性.     

地磁姿态检测系统弹体摆动误差 分析与补偿方法

针对地磁/GPS组合姿态检测系统测量精度受弹体摆动影响较大的问题,在分析地磁/GPS组合姿态检测系统的弹体摆动误差的基础上,提出了基于地磁陀螺组合的姿态检测方法,建立了地磁陀螺组合姿态检测模型,利用两轴MEMS陀螺测量的角速率实时积分求解弹体偏航角,结合地磁模块输出的三维地磁分量,组合求解弹体姿态信息.结果表明,与地磁/GPS组合方案相比,增加陀螺模块可消除滚转角和俯仰角随弹体摆动而产生的误差波动,测姿能够适应各种运动环境变化,并保持良好的稳定性.     

地磁旋转弹滚转角及角速率的估计方法

针对高转速的旋转弹等制导弹药滚转角及滚转角速率实时获取的问题,提出一种基于地磁信息的滚转角及滚转角速率的实时快速估计方法。首先根据旋转弹的轴向滚转运动特性,利用卡尔曼滤波算法实时估计弹丸在轴向高速旋转的状态下的滚转角以及角速率,考虑弹载实时应用需求,在卡尔曼滤波的基础上进一步采用α-β-γ滤波来提高估计算法的实时性。通过仿真数据以及半物理验证,结果表明,相比于直接用卡尔曼滤波估计,采用α-β-γ滤波估计的时间缩短一个数量级,明显提高算法的实时性和快速性。同时该方法估计的滚转角误差在3°以内,比系统直接解算的滚转角准确度提高1倍;滚转角速率的估计准确度在5°/s以内,比直接求导准确度提高6倍以上,满足常规旋转弹的需求。     

弹载磁阻传感器地磁场探测使用域分析研究

弹道修正是简易制导化的重要发展方向,其关键技术之一就是弹体姿态的测量,应用磁阻传感器对地磁矢量进行测量进而获得弹体的姿态信息是目前的研究热点。该文主要对磁阻传感器在应用过程中出现的使用域问题进行分析研究,重点对地磁异常的干扰和磁阻传感器自身因素进行相关阐述,并对弹道与磁北方向平行的特殊情况进行详细地分析,为下一步的实际工程应用提供理论支撑。     

三轴地磁传感器参数的在线校正算法

针对复杂磁环境下传统的地磁传感器误差补偿算法效果不理想的问题,分析了地磁传感器各种误差来源,建立了完整的地磁传感器误差模型,提出了基于递推最小二乘的在线校正方法,实时求取椭球模型系数.利用椭球系数推导地磁传感器误差补偿系数.利用补偿系数对姿态测量系统输出的地磁矢量进行校正.实验结果表明,校正后的磁场强度和实际磁场强度基本一致,非盲区位置的滚转角误差减小到5°以内,基本可以满足简易制导弹药对姿态角解算的精度要求.     

基于MEMS惯性传感器和GPS接收机组合的高动态弹道参数遥测系统

本文根据高速旋转弹箭外弹道参数的测试需求以及弹体在外弹道飞行环境中的特点,提出了基于MEMS惯性传感器和GPS接收机组合来构建遥测系统的总体方案和解决问题的方法.文中详细分析了遥测系统测量原理以及引起测量误差的各项因素,并介绍了遥测系统的组成和工作过程.在火箭弹靶场动态试验中,遥测系统成功地获取了在高速飞行及旋转条件下全弹道的弹体惯性参数和飞行轨迹信息,为常规弹箭靶场飞行试验动态性能的评定开辟了有效途径.     

二维弹道修正引信制导控制系统半实物仿真

为给固定鸭舵式二维弹道修正引信设计适用的半实物仿真系统,在掌握修正引信工作原理和研究引信运动状态的基础上,采用两部电机实时模拟引信修正组件和弹体滚转通道的姿态角信息,并使用光电码盘标定地磁测角模块的测角准确度,在过程控制软件的协调下实现弹上计算机和仿真计算机的数据交互,实现弹上机对固定舵制动控制的有效模拟。研究二维弹道修正引信半实物仿真试验的试验步骤,并针对某型迫弹进行仿真试验。仿真试验表明:所设计的半实物仿真系统可有效检验引信制导控制系统各分系统和整机的性能。该半实物仿真系统适用于安装该型引信的所有尾翼稳定弹箭,对其他类型的采用双旋结构的制导弹箭具有借鉴意义。     

一种地磁传感器对电磁舵机的抗干扰方法

为了消除电磁舵机对基于地磁传感器的滚转角检测系统的干扰,根据电磁舵机工作时交替产生方向基本相反的干扰磁场的特点,以干扰较弱的方向作为地磁传感器的测量方向,并采用数字滤波器抑制电磁舵机对地磁传感器的干扰.设计了四阶IIR巴特沃斯低通滤波器,提出了预装载延时相位的补偿方法,并计算了相位装载值曲线.实验表明,IIR巴特沃斯低通滤波器能够有效地减小电磁舵机对地磁传感器的干扰,并且预装载延时相位补偿能够消除信号延时的影响,保证基于地磁传感器的滚转角检测系统工作的可靠性和准确性.     

弹体磁屏蔽效能的计算与仿真

根据弹体形状的特点,引入近似法计算其横截面和纵向截面的磁屏蔽效能,并用有限元软件ANSYS进行了仿真验证.结果表明符合程度较好,在钢质弹体材料相对磁导率取其最大值时,弹体对地磁场的屏蔽系数可达99%以上.该结果为地磁探测硬件电路设计和姿态角算法设计提供了重要参考.     

Kevlar织物软壁包容环抗冲击数值仿真分析研究

针对机匣包容性问题,提出Kevlar平纹织物本构模型的拟合方法,分别采用单层壳、多层壳、层合壳三种有限元建模方式对Kevlar织物软壁包容环弹道冲击过程进行模拟,发展了机匣包容性仿真分析模型。结果表明,多层壳模型和层合壳模型的计算结果更准确,并且可以通过调节摩擦因子使仿真结果与试验结果更接近。在此基础上研究了撞击点位置和弹体入射姿态对弹体剩余速度的影响。结果表明:在较小偏移距离内,撞击点的位置对剩余速度的影响可以忽略不计;滚转角和俯仰角对剩余速度影响较小,而对于偏航角,当角度大于30°时,剩余速度会随着角度的增大明显呈下降趋势,且弹体出射姿态也会发生明显变化。     

一种海洋环境地磁场三分量的测量方法

提出了一种利用安装在舰船上的三分量磁传感器进行地磁场测量的方法．从理论上解决了在任意舰船姿态下，消除测量中舰船磁场干扰的问题．为测量船在海上测量地磁场的三分量奠定了理论基础．根据我国舰船普遍安装的导航设备的精度，进行了计算机仿真．从仿真结果看，其误差不超过50nT，能够满足舰栽消磁系统对三分量磁场的精度要求．     

基于铯光泵磁力仪的地磁噪声补偿技术

针对高灵敏度磁传感器的计量与标定,开展了基于铯光泵磁力仪的地磁噪声补偿研究.在原子谱灯铯光泵磁力仪基础上,用激光替换原子谱灯作为铯光泵磁力仪的光源,设计激光光泵磁力仪,应用于地磁噪声补偿系统,再通过实验对基于以上两型光泵磁力仪地磁噪声补偿系统的磁场补偿能力并进行了分析,实验研究结果表明,基于以上两型铯光泵磁力仪的地磁噪...     

用于心磁传感器测试系统的三轴向亥姆赫兹线圈的设计与仿真

心磁检测对于心脏相关疾病的诊断具有独特优势，在用于测量心脏磁场的传感器(下称心磁传感器）的研制过程中，需要在模拟心磁的磁场环境下进行测试工作。基于此，设计了一个用于心磁传感器测试系统的亥姆赫兹线圈，它可以产生磁感应强度为pT级的动态磁场，模拟心磁环境，以满足心磁传感器测试的需求。根据亥姆赫兹线圈的磁场产生原理，使用磁屏蔽筒对环境磁场进行屏蔽，通过计算确定了线圈尺寸、线圈匝数、导线长度及导线横截面直径等参数。使用COMSOL Multiphysics仿真软件对亥姆赫兹线圈产生的静态磁场的分布均匀性以及通入线圈电流变化时磁场的动态特性进行仿真分析。仿真结果表明，所设计的亥姆赫兹线圈满足设计要求，能够产生磁场强度为100 pT左右、均匀度小于5%、波形实时性好的类心脏磁场波形，为心磁传感器的测试提供了良好的测试环境。所设计的亥姆赫兹线圈能够用于心磁传感器的测试工作，为心磁传感器的实际应用奠定了基础。     

地磁感应线圈法探测火箭弹的滚转运动

为了对火箭弹实施简易控制,需要实时探测火箭弹滚转角度。本文给出了完整的感应电动势与弹体运动关系,提出了基于记录感应电动势过零点来探测火箭弹滚转角的方法,讨论了探测盲区的形成条件。利用该方法组成的测试系统结构简单,容易实现低成本和高工作可靠性,适合实时测试的要求。     

一种新型霍尔式角度传感器的研究

设计了一种新型霍尔式角度传感器,详细阐述了传感器的机械结构和工作原理,根据磁路定律和霍尔效应推导了传感器的输出特性,表明传感器工作时能够直接输出与旋转角度成正比的霍尔电势。由于霍尔传感器的输出采用差动式连接,不存在零点剩余电压。建立了传感器的有限元模型,对其工作时的磁场情况进行了仿真,验证了传感器测量原理的正确性。最后对传感器样机进行了特性测定,实验结果表明传感器的灵敏度约为105 mV/(°),线性误差约为0.12%,重复性误差约为0.19%。