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。     

基于地磁信息的火箭弹滚转角测量系统研究

在火箭弹飞行过程中,为实现火箭弹弹道修正,需实时解算弹体的滚转角。该文根据地磁场基本特性和火箭弹飞行过程中姿态变化关系,通过姿态变换矩阵,建立滚转角解算数学模型。搭建基于地磁信息的滚转角测量系统,采用两轴磁传感器测量地磁场矢量,辨识火箭弹滚转姿态信息。滚转角系统在火箭弹上进行飞行搭载试验,结果表明,利用地磁得到的解算滚转角线性度良好,与陀螺测得的弹体旋转速度相匹配,能够满足火箭弹弹道修正的要求。     

SINS/GPS组合导航的扩展Kalman滤波算法

针对捷联惯性导航系统(SINS)无法长时间单独工作和GPS卫星信号易失锁而无法定位的问题,分析了两种导航系统的优缺点,提出了SINS/GPS组合导航的方法.建立了陀螺和加速度计的误差模型,采用松耦合方式,设计了扩展Kalman滤波器.以姿态、速度、位置的误差以及陀螺、加速度计的误差作为状态变量,对姿态、速度、位置进行校正.运用Matlab对组合导航系统进行了仿真.结果表明,该算法简单,容易实现,能满足导航精度要求.     

基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统

提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波（EKF）的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差,利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.     

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。     

A new method for the combination of GPS and MEMS inertial sensors

提出了一种新的GPS/MEMS微惯性器件组合方法,并根据组合结构的需求.设计了基于载体机动模型和卡尔曼滤波器的GPS信息滤波算法来获取由于载体轨迹机动引起的加速度,从而对基于MEMS微惯性器件的姿态测量算法进行载体机动性补偿,得到的姿态信息对GPS信号失锁不敏感,避免了传统GPS/INS组合方式在无GPS辅助时由于MEMS器件精度低而导致的姿态误差快速、无限增长的问题,而且运算量小,适合在微小型系统上实现.跑车试验表明,该新组合算法与传统GPS/INS组合相比,姿态精度略有下降,但远好于未作机动性补偿的MEMS微惯性器件的姿态测量算法.     

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.     

飞行体姿态测试及仿真技术研究

本文针对飞行体姿态测试及仿真问题,阐述了无陀螺捷联惯性系统的应用,并提出其在弹体姿态测试上的优势,重点分析了采用九加速度计组合的姿态解算方法,进行了算法误差分析和比较,并探讨了可以采用的最优化解算方法以尽可能真实地解算出飞行体在各时刻的真实姿态.     

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.