半捷联MEMS惯性测量装置数据硬回收系统设计

针对半捷联MEMS惯性测量系统中MIMU所测得的弹体姿态信息需经过滑环传输到信息存储仓,而滑环在传输模拟量的过程中会引进电气噪声等问题,提出一种适用于半捷联MEMS惯性测量装置的数据硬回收系统设计方法。该系统采用ADC将MIMU输出的模拟量转化为数字量,并通过FPGA模拟的串行通信口输出,然后经滑环传输到惯性信息存储仓, 最后通过FPGA模拟串行通信口接收数据并存储到FLASH中,实现对半捷联MEMS惯性测量装置中MIMU数据的实时记录。通过仿真转台试验验证,该系统能够实时地采集并存储弹体姿态信息,且具有采样率高,避免滑环电气噪声等特点。对常规弹药飞行全过程的姿态、位置信息的记录有一定的应用价值。     

基于过载上电的弹载飞行数据记录仪研究

弹载飞行数据记录仪安装在智能弹药内,测量并记录弹体的外弹道飞行位姿数据,在炮弹发射过程中要承受巨大过载。微机电系统(MEMS)惯性传感器是弹体位姿测量系统的重要组成部分,其机械结构在上电状态下难以承受高过载冲击,因此需要一种自动上电电路,保证在炮膛冲击后再给位姿测量系统供电;另外,还需要保证数据记录仪在高过载环境下稳定、可靠地运行。针对上述问题,提出了一种记录仪受过载冲击后自动给测量系统上电的方法,使MEMS惯性传感器在过载冲击过后开始工作;采用过载开关冗余设计,提高过载开关的可靠性;采用供电电源冗余设计,提高系统供电的可靠性;通过系统灌封的方式,提高了系统结构的抗过载能力。通过试验验证了过载上电、锂电池供电回路以及数据记录的可靠性,弹载飞行数据记录仪能可靠记录炮弹的位姿数据。     

高旋弹用惯性测量系统多量程传感器组合设计

由于高旋武器弹药在初始时刻具有高转速和高加速度的特点,使半捷联MEMS惯性测量系统的减旋系统超调大,致使MEMS惯性传感器测得瞬时数据大,超出量程,影响数据分析与解算,提出一种适用于高旋弹用的多量程传感器组合设计,采用多量程的惯性传感器和MIMU组合将弹体各个飞行阶段的数据进行测量;用A/D转换器将其输出的模拟量转换为数字量,通过FPGA模拟通信口接收数据并存储在FLSAH中,实现对半捷联惯性测量系统的实时记录.通过高速飞行仿真转台试验验证:该设计能实时准确采集并存储弹体信息,对常规弹药的制导化具有很大的应用价值.     

智能炮弹姿态测量新方法

研究炮弹姿态制导和测量问题,智能炮弹的制导与控制,不但要求能精确测量弹体的姿态,还要求惯性敏感元件和电子系统能承受发射时的高g冲击.针对智能炮弹发射时的高冲击性及惯性短时飞行的特点,为了姿态控制稳定性,提出了一种弹体姿态测量的新方法.根据智能炮弹的特定运动规律,仅采用三个MEMS加速度计对比力矢量进行测量,建立系统的线性状态方程和非线性量测方程,采用平方根无轨迹Kalman滤波器估计系统的状态,有效的抑制了滤波发散,增强了滤波的稳定性.经三轴飞行测试转台仿真实验表明,方法测量弹体姿态的可行性.     

半捷联惯性测量系统多路采集数据对齐方法

半捷联惯性测量系统能实时精确测量弹体的各种飞行参数,为常规弹药精确制导提供可能,半捷联惯性测量系统包含两块采集数据的采存模块,当系统运行时,由于两个采存模块采集不同步以及取点不统一导致采集的数据不是实时同步,从而无法对系统测得的数据进行解算,本文提出一个实时对齐方法,利用数据相关性,求出差的平方和的最小值即为最接近的值,实现数据对齐,为后续精确解算奠定基础.     

一种新型高旋弹体滚转角测量系统

利用常规方法直接测量高速旋转弹体的滚转角测量精度较低,针对该问题,提出了一种基于微惯性测量组合(MIMU)与光电编码器综合测试的弹体滚转角测量系统.通过MIMU实时测量半捷联惯性测量平台内筒的姿态信息,利用光电编码器测量半捷联惯性测量平台内筒与弹体之间的相对转角,采用FPGA作为主控芯片来实现弹载环境下光电编码器输出脉冲的抗抖动干扰设计,结合MIMU数据,实现了弹体滚转角的准确测量.经试验验证,该系统能够完整有效地记录弹体滚转角信息,测量精度稳定在3°以内.     

火炮发射高过载信号存储测试系统设计

针对某高过载弹体无损回收试验系统,研制了一套火炮发射高过载存储测试装置.该装置以STM32为控制核心,实现信号调理、数据存储、串口通信等功能.软件设计上采用一次外触发+多次内触发的方式,有效规避了测试时误触发的现象.该装置将加速度传感器与存储测试电路分离安装,方便传感器的拆卸,可安装于发射弹体的尾部,能够检测并记录弹体发射过程中的加速度数据.试验后回收装置,利用上位机读取检测到的数据并显示波形,可以为之后弹体无损回收的理论分析、参数设置提供重要的实验依据.     

常规弹药转速测量时频分析方法研究

常规弹药智能化改造过程中面对的高过载、高转速的恶劣环境使得传统的速率陀螺无法正常工作,因此可以在惯性测量组合中用磁传感器代替速率陀螺来测量弹丸转速。以仿真的单轴磁传感器输出信号为研究对象,分别采用峰值检测、过零周期检测、短时傅立叶变换和"滑动窗口"Chirp-z变换四种时频分析方法提取弹丸转速,对结果做误差分析,得出精度最高的转速提取算法。     

舰载膛内多参数微型弹载记录仪的设计

针对舰炮高频射击场景以及常规导弹智能化改造的过程中,发射过程膛内不可见的各种关键指标的测量对于整体弹药发射过程的把控以及舰炮耐久极限性能的测量显得极为重要;基于IPC传感器、MEMS高精度陀螺仪以及其余传感器,设计传感器阵列采集膛内过程相关数据;记录仪以FPGA为主控芯片,控制多通道高速模数转换实现对舰炮以及制导弹药击发出膛极短过程中关键参数的动态测试,再通过SRAM缓存后写入eMMC存储系统;记录仪实现8路40 MS/s采样率的模拟信号以及2路数字信号采集,实现250 MB/s的数据存储;并且满足50000 g以内冲击过载、15000°/s角速率的恶劣环境下动态测试,误差在1％以下,能够满足极短时间恶劣环境下的动态参数测量.     

冲击加速度信号采集记录装置的设计与应用

为弹载制导等应用所研制的微机电系统(MEMS)惯性传感器或MEMS惯性系统,常常需要通过高冲击环境试验来测量传感器或系统的抗高过载能力。为了对待测器件或系统在试验过程中的冲击加速度进行全面的描述,设计了一种基于存储测试技术的小体积、低功耗的瞬态冲击加速度信号采集记录装置。系统的性能指标为:采样速率100 k Hz,采集时间大于5 min,采样分辨率为12位;具有RS-422通信接口,可以将存储数据上传到上位机。介绍了围绕系统设计指标开展的设计研究工作,讨论了设计方案、软硬件设计及测试方法。测试表明,设计完成的系统满足性能指标要求。