制导炮弹飞行姿态的陀螺/磁阻传感器组合测量方法研究

论文摘要

飞行弹体的姿态测量是制导炮弹设计中必须要解决的问题。该文研究利用三轴磁阻传感器与两轴微机械角速率陀螺组合测量制导炮弹的飞行姿态,采用小波的阈值滤波算法对测量信号降噪,并将基于权系数的数据融合算法用于飞行弹体姿态角的解算。该文引入了一种简化条件下的弹体滚转角计算方法,给出了不同信噪比条件下的磁阻传感器与角速率陀螺的仿真输出信号,并利用小波阈值滤波算法对测量信号进行降噪处理。利用磁阻传感器的测量信号,迭代计算求解某一时刻t0的弹体滚转角,并由磁阻传感器信号计算同一时刻的偏航角和俯仰角。当气时刻的姿态角确定以后,采用最小方差估计对磁阻传感器和角速率陀螺的测量信号进行权值分配,进而由权系数的数据融合算法计算下一时刻的弹体偏航角和俯仰角。通过对制导炮弹无控飞行姿态角的仿真计算发现,采用三轴磁阻传感器和两轴角速率陀螺组合测量飞行弹体姿态角的方法在理论上是可行的。当信号的信噪比较大时,姿态角解算的精度较高；当信噪比降低到2时,姿态角解算的精度较低。通过对制导炮弹有控飞行姿态角的仿真计算发现：弹体受控飞行时,利用三轴磁阻传感器和两轴角速率陀螺的测量信号也可解算出弹体的飞行姿态,并能满足一定的精度和实时性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的研究背景和科学意义
• 1.2 弹箭姿态测量方法的发展现状
• 1.3 制导炮弹姿态测量传感器的组成
• 1.4 本文的主要内容
• 2 姿态测量传感器分析
• 2.1 地磁探测传感器
• 2.1.1 地磁场基本性质
• 2.1.2 各种磁传感器
• 2.1.3 本文选用的三轴磁阻传感器
• 2.2 角速率陀螺仪
• 2.2.1 微机械陀螺仪
• 2.2.2 弹载微机械陀螺及其主要性能指标
• 2.2.3 本文选用的两轴微机械角速率陀螺
• 2.3 本章小节
• 3 制导炮弹的弹道模型及传感器的信号仿真
• 3.1 本文用到的坐标系及其相互转换关系
• 3.1.1 坐标系的定义
• 3.1.2 坐标系的相互转换
• 3.2 制导炮弹的弹道模型
• 3.2.1 制导炮弹空间运动方程组
• 3.2.2 弹道的数值仿真计算
• 3.3 姿态测量传感器的信号仿真
• 3.3.1 三轴磁阻传感器的信号仿真
• 3.3.2 两轴角速率陀螺的信号仿真
• 3.4 本章小结
• 4 弹体飞行姿态角的解算方法
• 0时刻姿态角的确定'>4.1 t₀时刻姿态角的确定
• 4.2 姿态角的实时计算方法
• 4.2.1 实时滚转角的求解
• 4.2.2 实时偏航角和俯仰角的解算方法
• 4.3 基于信息融合求解偏航角和俯仰角的方法
• 4.3.1 多传感器数据融合的理论方法
• 4.3.2 最小方差估计权值分配的方法
• 4.4 本章小结
• 5 基于小波分析的传感器信号处理
• 5.1 小波信号降噪
• 5.1.1 小波信号降噪的方法
• 5.1.2 几种常用的小波
• 5.1.3 小波阈值降噪的步骤和方法
• 5.2 小波降噪的参数设定
• 5.2.1 小波的分解层数
• 5.2.2 小波的阈值设定
• 5.2.3 小波基的确定
• 5.3 本章小结
• 6 飞行弹体姿态角解算仿真分析
• 6.1 姿态角解算方法分析
• 6.2 无控飞行弹体姿态角的仿真计算
• 6.3 有控飞行弹体姿态角解算分析
• 6.4 本章小结
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B