炮弹轴向加速度测量方法

炮弹轴向加速度是一维弹道修正引信进行射程修正的重要参数,为了消除传感器安装在远离炮弹质心的引信中而引起的离心加速度,采用艰加速度传感器纵向排列的方法检测炮弹质心轴向加速度,利用弹道方程生成随机弹道作为实际弹道进行了仿真分析,设计了测量装置,在弹丸飞出炮口的时刻,弹载加速度传感器开始采集上升阶段的弹丸轴向加速度,进而利用数值积分法计算出射程偏差量,将算法仿真得到的射程偏差量与理论值进行比较,证明该方法能够满足工程实现要求。     

双加速度计滤波法测量弹丸轴向加速度

弹丸的射程预测通常需要采用加速度计测量其轴向加速度,为了消除加速度计安装位置、安装误差以及弹丸姿态运动对弹丸轴向加速度测量精度的影响,文中基于刚体弹道模型对双加速度计滤波法测量精度进行了仿真分析.仿真结果表明:双加速度计滤波法测量误差为0.6 m/s2(1σ),该方法可以有效地提高测量精度.     

基于攻角修正系数的落点预测方法

针对四自由度模型中攻角解算精度不高导致落点预测精度低的问题,提出了基于攻角修正系数的落点预测方法。该方法以引入攻角修正系数的四自由度弹道模型为状态模型,卫星定位测量的位置、速度和磁传感器测量的转速为量测量构筑量测方程,采用扩展卡尔曼滤波估计攻角修正系数,然后基于攻角修正系数解算四自由度弹道模型预测弹丸落点。155mm底排弹最大射程仿真和外场试验数据验证结果表明,采用修正系数修正攻角预测落点能有效提高弹丸落点预测精度,预测CEP可达到20m,可推广应用于中大口径系列榴弹。     

基于双轴加速度传感器的外弹道转速实时测量方法

旋转弹外弹道自转角速度的实时测量是弹道修正引信弹道解算器设计的重要环节之一。弹丸转速基本检测方法是利用转速传感器,通过外测或遥测进行,尚无法对每发弹进行实时测量。提出了一种测量旋转弹外弹道自转角速度的方法。即利用双轴加速度传感器提取弹丸外弹道横向加速度采样信号的功率谱,结合DSP的数字滤波,对信号做256点FFT处理,得到一组(v-t的离散序列值。试验结果与理论分析相吻合,且能满足弹上解算的实时性要求。     

基于卡尔曼滤波的轴向加速度动态误差补偿方法

为了减小高速旋转弹上加速度传感器的量测误差,提出了基于质点弹道模型的比例系数卡尔曼滤波估计算法。结合转速的实时测量,对加速度传感器输出数据进行动态补偿,得到了轴向加速度的测量值。蒙特卡洛模拟仿真和外场试验证实了理论分析的正确性和误差消除方法的有效性。外场试验表明,轴向加速度测量值相对雷达测量值误差的均值小于0.05g,均方差小于0.32g,轴向加速度测量误差的均值由0.1g降低到0.01g的量级,大幅度地提高了轴向加速度测量精度。     

基于MEMS传感器的弹丸加速度测量系统设计

弹丸轴向加速度是火炮动态测试中一项重要参数,针对小口径榴弹内部空间狭小以及传统加速度传感器体积大抗过载能力差的问题,以热对流式MEMS加速度传感器为核心设计了弹丸轴向加速度的测量系统。通过静态测试和动态测试表明该传感器测量精度较高,可以满足测量要求。为了进一步提高测量的精度,通过卡尔曼滤波算法对传感器测量噪声进行了降噪处理。采用离心加速度机进行了过载测试,测试结果表明系统至少可以承受50 000 g的准静态过载。通过靶场试验表明该系统可实现弹丸轴向加速度的测量。该测量系统具有优良的特性,在实际的工程测试中具有重要的意义。     

二维弹道修正组件滚转角测量误差补偿方法

针对二维弹道修正组件受到干扰磁场影响,导致滚转角测量存在较大误差的问题,提出了基于干扰磁场标定的滚转角测量误差补偿方法。该方法首先在弹丸发射前进行干扰磁场标定;然后在弹丸飞行过程中,实时采集磁传感器测得的磁场信号,并从中减掉已标定的干扰磁场,得到恢复后的地磁场以解算翼面滚转角。仿真结果表明,该方法滚转角解算误差降为处理前的20%以下。外场试验结果表明,大幅提高了滚转角解算精度,解算误差5°以内,该方法可以有效消除干扰磁场。     

基于地磁辅助的弹载两轴陀螺传感器校正方法研究

为解决弹载环境下两轴陀螺传感器难以实现三轴校正的问题,提出基于地磁辅助的两轴陀螺 传感器校正方法。建立两轴陀螺传感器测量误差模型,由单轴地磁信号解算得到弹丸x轴 角速率,解决了因陀螺传感器量程限制而无法测量低旋弹丸x轴滚转角速率的问题;研究线性最小二乘模型和卡尔曼滤波模型校正两轴陀螺传感器相关参数的方法,数值仿真分析弹丸x轴角速率解算误差和陀螺传感器测量噪声对校正结果的影响;半实物仿真模拟两轴陀螺传感器在工程中的应用,研究基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法校正效果。数值仿真结果表明：当弹丸x轴 角速率解算误差在0.261 8 rad/s以内且当陀螺传感器测量噪声在0.001 6 rad/s以内时,经过校正后,弹丸y轴和z轴角速率校正误差在0.01 rad/s以内。半实物仿真结果表明：当弹丸x轴角速率解算误差在0.8 rad/s以内时,两种校正模型均能将陀螺传感器的测量误差从－0.30~－0.05 rad/s范 围减小到－0.02~0.02 rad/s范围内。数值仿真和半实物仿真结果证明：基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法具有较好的校正效果。     

加速度数据误差对弹道积分解算的影响分析

为了分析加速度传感器的数据误差对弹道积分解算的影响,基于刚体六自由度外弹道模型,对加速度传感器特征参数频率以及常见数据误差类型进行仿真分析,以1500 m为积分距离标准,得出满足积分偏差在5‰以下要求时,传感器需要满足的条件。仿真结果表明,为满足弹道积分解算精度要求应保证加速度数据更新频率不小于300 Hz;弹道积分误差随着积分距离的增长呈指数式增大;加速度水平距离积分误差与加速度数值误差保持较强的线性关系。     

存在动不平衡的旋转弹丸外弹道绕质心运动过程中引信惯性力分析

为了给引信安全性和可靠性设计提供准确的外弹道力学环境,应用刚体动力学理论,建立了存在动不平衡角且引信轴线与弹丸旋转轴线不平行的旋转弹丸在外弹道上绕质心运动时引信所受惯性力数学模型,得到了引信零部件因弹丸绕质心运动产生的惯性加速度在轴向、径向和切向分量的计算公式。应用ADAMS软件仿真验证了理论分析的可信性。由受力分析可知,当引信轴向运动零部件质心、弹丸质心与各轴线在同一平面内,且引信轴向运动零部件质心与弹丸惯性主轴的距离最大时,引信轴向惯性力和径向惯性力均比传统计算结果大幅度增加（算例155 mm口径火炮达到数倍）。通过仿真引信轴向运动零部件的运动过程可知,在周期性波动且波动幅度较大的各向惯性力作用下,即使径向惯性力与切向惯性力远远大于轴向惯性力,也不能阻止引信轴向运动零部件在轴向惯性力作用下向前运动。     

基于FLUENT和ADAMS的外弹道加速度仿真

针对目前无控旋转弹外弹道测量方法存在测量精度偏低和测试成本较高的问题,提出了基于FLUENT动力学仿真软件和ADAMS运动学仿真软件相结合的弹丸外弹道仿真方法。该方法在弹丸空气受力分析基础上,通过FLUENT仿真软件建立弹丸的几何模型和计算域,并进行网格划分,得到弹丸的速度受力云图;利用ADAMS仿真软件得到弹丸的三维模型,对模型进行参数设定和施加载荷,得到弹丸的速度和加速度仿真曲线。仿真结果与实验中弹载测试仪实际测得的加速度、速度曲线变化规律基本一致,表明所提方法能够实现无控旋转弹丸的外弹道飞行仿真,能为弹丸外弹道的测试提供参考。     

基于地磁测量的弹丸滚转角实时解算研究

为了实时解算弹丸滚转角,根据二维磁阻传感器测量转速的原理,设计了弹丸滚转角的实时解算算法。选用TMS320F2812作为处理器,提高了滚转角解算的实时性。进行了滚转角的解算试验和误差分析,试验结果表明,通过选择合适的试验参数,该设计能够较准确的解算弹丸的滚转角,使其误差保持在±5°以内。     

弹道修正弹滚转角辨识系统模型与误差分析

建立了航用弹道修正弹滚转角辨识系统数学模型，利用向弹上引信装定的初始信息及磁阻传感器探测到的地磁信息，使用滚转角解算算法求出滚转角。对理想弹道条件下的误差进行分析并通过实例进行仿真，验证该滚转角辨识系统可有效辨识出弹体滚转角，在给定条件下能达到较高精度，误差基本在弹丸实际使用的允许范围之内。     

基于汽车运动状态在线预报的侧翻预警研究

汽车的侧翻预警是有效防止汽车侧翻事故的重要手段.研究了基于MEMS传感器的汽车运动状态在线监测预报系统.此系统采用四元素法对汽车姿态进行解算,并设计Kalman滤波器对传感器误差和姿态解算误差进行融合处理,从而获得汽车最优估计姿态角,并应用自回归(AR)预测模型对侧向加速度和侧倾角进行实时预测.同时研究基于侧向加速度和侧倾角的汽车侧翻预警方法.该方法中采用横向载荷转移率(LTR)为侧翻判别指标,利用对侧倾角与侧向加速度的预测,进而实现LTR的预测,来完成汽车侧翻预警.通过仿真模拟试验验证了侧翻预警方法的有效性.     

捷联激光探测器组合GPS测量弹丸滚转角方法

针对激光半主动末段修正弹滚转角解算的问题,提出利用捷联激光探测器与弹载GPS组件的测量信息求解弹丸滚转角的方法。以理论计算得到的非滚转成像面上的目标成像点作为空中姿态对准的基准,结合激光探测器成像面上目标实际成像点,推导得到弹丸滚转角计算公式。利用蒙特卡洛模拟法仿真计算,分析弹丸在不同发射角下弹丸位置误差、速度误差和激光探测器测量误差对弹丸滚转角解算精度的影响。仿真结果表明：该方法对滚转角解算误差最大不超过4°;3种误差中,激光探测器测量误差对滚转角解算精度的影响最大。该方法满足精度和实时性要求,适用于低速滚转的激光半主动末段修正弹。     

基于地磁与卫星组合的高旋弹丸滚转角高频测量及系统误差计算研究

为了研究地磁与卫星组合测量的系统误差并提高其测量频率,利用高旋弹丸的飞行特性,建立了基于小攻角及单轴旋转假设的弹丸滚转角及其角速率的高频测量方法,并推导了其滚转角及其角速率计算的系统误差方程。通过建立以俯仰角为变量的仿真模型,完成了组合测量系统在全域范围内实时变化的系统误差计算。经6自由度(DOF)外弹道仿真验证,在排除弹轴与地磁矢量的较小夹角区域后,其整体滚转角误差小于±5°,角速率误差小于±5°/s. 在中小射角发射条件下,地磁与卫星组合的滚转角计算方法能够满足高旋弹丸的高频高精度的滚转角测量。     

内弹道加速度信号误差优化方法研究

在使用弹载存储式加速度传感器系统进行火炮内弹道的运动参数获取时,由于其内部电源纹波与传感器自身所携带干扰等原因,采集到的加速度信号携带多种噪声,导致加速度解算误差变大。为了减小加速度的解算误差,提出了基于改进自适应噪声的完备集成经验模态分解(ICEEMDAN)的加速度信号处理方法,并根据Spearman相关系数与模糊熵值的综合评价方式对模态分量进行降噪处理,使用处理后的模态分量进行加速度信号重构。对重构前后的加速度信号进行时频域分析和多种算法滤波效果对比,结果表明,信号中的噪声被有效滤除,相对于数字滤波、平滑滤波、EMD等算法,ICEEMDAN算法处理后的加速度信号的信噪比有明显提高;处理后的加速度信号解算的平均相对误差率为2.67%,相比于直接对原始信号速度解算,平均相对误差率减小了9.43%。因此在对内弹道加速度信号进行解算时,使用ICEEMDAN算法进行信号处理可以有效降低积分解算误差。     

基于空气动力学及运动学的外弹道仿真

通过对弹丸外弹道计算方法的分析,针对在弹道计算过程中,很难预知弹丸实时的飞行姿态的问题。文中应用空气动力学软件对弹丸空气动力仿真分析,得到了不同马赫、不同攻角下的动力参数,形成离散数表。再由运动学软件对弹丸整个飞行过程模拟计算,直观地得到了弹丸在整个外弹道的稳定性情况、飞行轨迹及各弹道诸元。与实验数据相比较,误差不大,验证了分析的正确性,为复杂的弹丸外弹道模型计算提出了新的方法。     

航向机动环境中基于陀螺/地磁信息融合的滚转角解算算法

针对传统的制导导弹利用地磁信息精确制导时偏航角变化引起滚转角解算出现较大误差的问题,提出了采用陀螺测量的弹体轴向角速率信息辅助三轴磁传感器信息进行弹体滚转角解算的融合算法,给出了制导导弹自由飞行段和制导飞行段滚转角的解算方法,在高速飞行仿真转台上进行了半物理仿真试验。试验结果表明:在偏航角+60°~-60°大范围偏航变化的情况下,该文所提出的滚转角融合算法的解算精度控制在5°以内,比传统单纯依靠地磁信息进行滚转角解算的精度提高近6倍,为后续制导导弹实现精确打击提供了必要的测试手段。     

基于地磁传感器与陀螺仪的姿态测量法

姿态测量系统是火箭弹简易制导领域不可或缺的一部分。文中基于地磁传感器与MEMS陀螺仪的姿态测量系统,对传统单点姿态测量方法进行了研究与改进。以MEMS陀螺仪解算所得的偏航角作为三轴地磁传感器输入,推导了姿态角测量方法。针对姿态测量方法,设计了三轴地磁传感器姿态测量模块,在三轴旋转平台上进行了半实物仿真实验。实验结果表明,改进后的方法可以满足火箭弹姿态解算,提高了姿态角解算精度。