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。     

基于弹载地磁测试的高速旋转稳定弹锥形运动分析

为了研究高速旋转稳定弹丸在飞行过程中的锥形运动规律,采用弹载地磁姿态测试方法,通过分析当地地磁矢量、弹丸速度矢量及弹轴地磁测试分量间的角度关系,构建高速旋转弹丸角运动规律及参数的测试模型。给出弹载地磁测试的试验方法,构建测试平台及相应的标定与校正设备,通过试验测试获得了地磁测试数据,完成了地磁测试数据的信号滤波与姿态解算,得到弹丸锥形运动的轨迹曲线。结合弹丸角运动模型对测试弹丸的角运动过程测试结果进行分析,进一步分解得到了弹丸进动、章动运动规律。分析结果表明弹载地磁测试与弹丸角运动模型可以相互支撑,能准确揭示高速旋转弹锥形运动的规律。     

小口径旋转导弹组合导航算法设计

针对小口径旋转导弹特点,提出地磁辅助MEMS惯组的组合导航算法设计方案。给出MEMS惯性器件和地磁传感器的误差数学模型,简述三轴地磁定姿解算原理,在设计的飞行轨迹上进行MEMS惯性导航仿真和MEMS惯组/地磁组合导航仿真。结果表明：经过地磁辅助的MEMS惯性导航的姿态角误差和位置误差减小明显,可以满足旋转导弹的使用要求。     

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。     

基于地磁梯度的弹丸运动涡流磁场模型

针对传统的磁补偿方法不能满足旋转弹丸高速飞行过程中干扰涡流磁场补偿要求的问题,提出了基于地磁梯度的弹丸运动涡流磁场模型。该模型结合弹体涡流磁场与地磁梯度的特点,阐明了运动涡流磁场与弹体飞行参数、地磁场矢量强度和地磁梯度之间的数学关系,完整地体现了影响弹体涡流磁场的因素。数值仿真实验的结果表明,不考虑地磁场梯度会造成涡流补偿效率和姿态角解算精度的降低,且随着弹体飞行跨越地理范围的增大,其误差也增大。所提出的模型有效可靠,可用于弹体背景磁场的补偿研究。     

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。     

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。     

磁阻传感器测量旋转弹滚转姿态的原理分析

针对用磁阻传感器测量旋转弹滚转姿态的问题,提出了磁阻传感器滚转角及磁阻传感器滚转角速率的概念,给出了磁阻传感器测量方程和磁阻传感器滚转角速率的测量方程.经过理论推导给出了弹体滚转角速率与磁阻传感器滚转角速率的关系式,分析结果表明弹体滚转角速率与磁阻传感器滚转角速率之间的测量误差受弹丸俯仰姿态、偏航姿态和射向的影响.数值仿真表明,弹丸滚转角速率的地磁测量方法在一定条件下是可行的,但在工程实际应用中难以保证滚转角的精确测量.     

弹箭磁屏蔽效能仿真及分析

为了分析磁传感器的测量误差,建立了弹体静磁屏蔽效应数学模型,利用ANSYS软件进行弹体三维磁场仿真,分析了弹体相对磁导率、壁厚等自身因素对磁屏蔽系数的影响,仿真结果与理论计算结果一致。仿真研究并拟合出弹体磁屏蔽系数与弹体姿态角之间的关系。结果表明,当弹轴与磁场方向平行时,磁屏蔽系数最小,随着夹角的增大,磁屏蔽系数增大,当弹轴与磁场方向垂直时,磁屏蔽系数最大。建立了磁屏蔽椭球模型,提出直接获取软磁误差矩阵的方法,为磁传感器的误差校正提供了理论基础;给出了利用磁屏蔽椭球模型直接解算弹体相对于地磁矢量姿态角的方法,为磁传感器在弹上的应用提供了理论基础。     

基于基准角和补偿角的常规弹药滚转角磁探测算法研究

常规弹药发射过程中的高过载和飞行过程中的高速旋转使得陀螺仪等传统的姿态角测量系统无法正常工作,以地球磁场为测量基准,通过相关算法实时辨识弹丸的姿态角,具有一系列的优点.将弹丸的滚转角分解为基准角和补偿角,给出了处于射击平面内的弹丸滚转角解算方法并进行了误差分析.针对弹丸的摆动及地磁信号测量误差进行了仿真.仿真结果表明,该解算方法具有较高的精度,基本能够满足常规弹药简易制导滚对转角探测的需要.     

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。     

高转速载体惯性测量组合研究

针对目前陀螺仪量程有限,无法用于高转速载体轴向角速度测量的缺点,提出了3种利用加速度计的杆臂效应来解算轴向角速度的方案,用双轴陀螺仪来测量俯仰和偏航方向角速度的惯性测量组合方案.根据函数随机误差公式,给出了载体质心处线加速度和轴向角速度误差传递公式,有利于惯性系统传感器的选择及系统的组建.仿真表明这3种方案在目前陀螺量程还达不到要求的情况下可以用来测量高转速载体姿态,应优先采用方案二,即惯性系统的惯性测量组件由4个加速度计和1个双轴陀螺组成.     

弹箭滚转姿态地磁测角仪的卡尔曼滤波算法

为降低地磁测角仪测量地磁场矢量信息解算弹箭滚转姿态角误差,文中运用卡尔曼滤波算法对弹体滚转角进行估计.通过对火箭弹滚转角速度变化规律的分析,用二阶近似表达弹体滚转运动规律作为卡尔曼滤波算法的系统方程,以磁场强度与数字量输出之间的非线性关系作为卡尔曼滤波算法的量测模型.通过实验仿真分析结果表明,滤波所得弹体滚转角、滚转角速度精度满足弹道修正弹要求,可用于弹道修正弹药被动段的弹道控制.     

基于最优解析的陀螺现场免转台标校方法

作为载体姿态测量的重要惯性器件,陀螺在使用过程中由于长时间运输及存放等因素会产生误差漂移,造成对运动参数测量精度的降低,由此带来陀螺器件在使用前误差再标校的需求。根据现场无高精度转台设备支持的工作条件及中等精度陀螺指标需求,提出一种基于最优解析的陀螺现场标校方法。通过建立陀螺输出与地球自转角速率及加速度计输出间的映射关系式,将标校问题转换为最优解析问题;同时采用改进遗传算法,达到现场简易操作、不依赖转台等辅助设备、缩短标校时间、提高标校精度的目的。开展数学及半实物仿真实验,验证了所提方法的有效性,结果显示该方法能够有效地获得满足中等精度陀螺的标校结果,具有现场实用价值。     

非标准条件对一维弹道修正弹弹道稳定性影响的研究

分析了阻力片打开前后弹丸弹道稳定性的变化规律,分析了弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响。以某型100 mm一维弹道修正弹为研究对象,建立了6自由度刚体弹道模型。仿真结果表明：弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响较小,在一般气象条件及初始扰动下,阻力片打开后弹丸可稳定飞行;阻力片打开会使弹丸攻角增大并伴随一定幅值的振荡,陀螺稳定性增强,动态稳定性先减弱后增强,追随稳定性减弱,落点侧偏有一定增加。     

两轴地磁信号修正的陀螺姿态算法

目前捷联式惯导系统是惯性技术的发展方向,姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,其精度直接影响弹体姿态控制能力,为此文中提出了一种采用三轴MEMS陀螺进行姿态探测,并用两轴地磁信号解算出的滚转角修正陀螺累计误差的方案,仿真分析了地磁陀螺信号组合测姿算法。结果表明:该方案相对于单纯陀螺信号解算姿态角精度高,可用于改善测姿结果。     

基于GPS/MR组合的弹道修正弹数据处理

针对弹道修正弹的修正控制过程中最关键的弹丸滚转角的解算问题,采用GPS/MR组合对弹道修正弹数据进行处理。基于卫星和地磁组合的弹道修正弹滚转角测量原理,建立滚转角的数学解算模型。通过拉格朗日插值法对数据进行插值处理,利用高频率的地磁数据进行小段的正弦拟合得到正弦函数角速率,代替滚转角的角速度从而求得滚转角,并以Matlab进行仿真比较。仿真结果表明:通过高频率的地磁数据进行插值处理的方法是可行的,能满足实际工程需求。     

地磁陀螺组合弹药姿态探测技术研究

在对飞行弹体控制时，需要实时获取弹体的姿态角。文中提出了一种采用地磁传感器和硅微陀螺构建低成本姿态探测系统的方案，给出了利用地磁矢量和陀螺探测结果进行弹体姿态解算的数学模型。仿真结果显示．该方案在一定条件下可以达到较高的精度。     

CCD与磁-陀螺系统组合测量弹目相对方位的方法

弹目相对方位是弹丸修正所需的重要参数.提出了一种利用由磁-陀螺姿态测量系统和CCD组成的低成本测量系统测量弹目相对方位的方法,给出了利用地磁矢量、陀螺和CCD测量结果进行弹目相对方位解算的数学模型,进行了仿真试验.试验结果表明,该方法在一定条件下测量弹目相对方位能达到较高的精度,即弹目相对转角不超过5°.