地磁探测与GPS复合滚转姿态检测技术研究

论文摘要

本文研究的主要目的是将地磁探测技术与GPS技术应用在二维弹道修正引信上。弹道修正引信的实现,需要准确及时地获取弹丸的实时方位与姿态信息,达到精确打击的作战效果。地球磁场遍布整个地球,而且相对比较稳定,并有一定的规律可循。GPS全球定位系统能够在全球范围内为载体提供高精度的位置、速度和时间信息。本文对基于地磁探测与GPS复合制导系统关键技术进行系统的研究。本文所设计的弹丸姿态角探测系统,利用磁阻传感器探测弹丸各个轴向的地磁分量,在要求的时间与精度范围内完成对地磁分量的信号处理,并根据GPS全球定位系统的定位原理,接收到弹丸的位置、速度信息,从而确定弹丸发射时刻的射向与俯仰角,最终通过相应算法解算出弹丸实时滚转角,从而根据这个姿态信息对弹体进行姿态控制。本文的地磁探测系统利用Honeywell磁阻传感器采集地磁信号,用C8051系列单片机作为信号处理模块,主要涉及到地磁传感器电路设计、地磁信息信号调理电路设计、地磁敏感及其动态试验技术。本文的基于GPS技术的系统设计方面,是采用了GPS模块（u-blox LEA-4H）作为核心的GPS信号接收电路,然后设计了以单片机为处理核心的硬件、软件在内的整个系统,设计了两者之间的接口。整个系统工作稳定、性能良好,取得了比较理想的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 地磁探测技术及其在军工领域的应用
• 1.2.2 GPS技术及其在军工领域的应用
• 1.3 本文主要研究内容和结构安排
• 2 地磁探测技术与滚转角解算系统数学模型
• 2.1 地磁探测技术
• 2.1.1 地磁场的基本理论
• 2.1.2 常用地磁探测器件分析与比较
• 2.2 系统坐标
• 2.2.1 系统坐标定义
• 2.2.2 系统坐标系转换
• 2.3 滚转角解算数学模型
• 2.3.1 基准角解算
• 2.3.2 一维滚转角测量法
• 2.3.3 二维滚转角测量法
• 2.4 小结
• 3 基于磁阻传感器的系统设计
• 3.1 地磁信号采集与调理
• 3.1.1 磁阻传感器工作原理
• 3.1.2 信号放大电路
• 3.1.3 信号滤波电路
• 3.1.4 模数转换
• 3.2 信号处理模块硬件设计
• 3.2.1 信号处理模块
• 3.2.2 系统电源设计
• 3.2.3 复位电路设计
• 3.2.4 硬件抗干扰设计
• 3.3 小结
• 4 基于GPS技术的系统设计
• 4.1 GPS介绍及其定位原理
• 4.1.1 全球定位系统介绍
• 4.1.2 GPS定位原理
• 4.1.3 卡尔曼滤波原理
• 4.2 射向、俯仰角的数学解算模型的建立
• 4.2.1 运动载体动态模型的建立
• 4.2.2 射向、俯仰角的数学解算模型
• 4.3 基于GPS技术的系统硬件设计
• 4.3.1 GPS模块介绍
• 4.3.2 GPS信号接收电路总体方案
• 4.3.3 天线供电电路
• 4.3.4 电源供电电路
• 4.3.5 外部接口电路
• 4.3.6 信号处理模块
• 4.4 小结
• 5 地磁探测与GPS复合滚转姿态检测系统
• 5.1 复合系统的组成以及硬件设计
• 5.2 地磁探测与GPS复合滚转姿态检测系统的确定方法
• 5.2.1 地磁探测与GPS组合导航方式
• 5.2.2 地磁探测与GPS复合系统工作原理
• 5.3 复合系统的软件设计
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献