指令修正弹药组合测量和自装定

论文摘要

本文的目的是在理论研究的基础下,结合我国武器装备的实际情况,对适用于低转速的指令型弹道修正弹药修正技术进行研究。主要的研究有:1、结合现代的微电子技术和非线性滤波理论,提出了基于测速雷达和三轴磁强计的指令修正弹药姿态测量与对准的的技术和方案,主要讨论修正弹药关键的探测和修正技术。2、通过建立6自由度的弹道修正仿真模型,研究了脉冲冲量发动机对弹丸修正的作用和特点,分析了修正弹弹丸在只有微型脉冲推力发动机作用的情况下,弹道修正距离在弹丸飞行中受到脉冲作用时间间隔、脉冲推力大小、附加攻角振荡和衰减等主要参数的影响。研究结果表明,修正弹药存在一个最佳修正指令触发时机,应当选择有利触发时机触发脉冲。如果脉冲推力冲量没有作用于弹丸质心,有利触发时机的修正效果可以达到脉冲推力冲量作用于质心时的结果,降低修正弹药的加工装配精度要求,获得较理想的修正预期。3、采用三轴正交磁强计非常适合于大批量、高消耗、活动区域小的小型或微型飞行器的使用,如各种灵巧弹药。但存在抗干扰差,引起磁导航系统误差的因素多等问题。本文探讨了一种新的基于椭圆理论的计算方案,用来快速确定弹道修正弹丸姿态,通过分析三轴正交磁强计在测量过程中的误差分析、椭圆假设成因和旋转尾翼弹丸姿态角度飞行特点,详细给出了这种计算方案的计算过程及其试验结果。4、针对指令修正弹药运动特征,采用无陀螺捷联惯导测量单元,利用“当前”统计模型结合野值处理方法,分析了无陀螺捷联设备的特点以及捷联导航算法,通过试验研究,可以将累积误差在一定范围内降低。采用磁强计辅助导航可以提高调整无陀螺惯导单元的精度,使之适应高动态的指令修正弹药惯性导航计算,从而不必一味追求高精度加速度计。5、针对指令修正弹药的对准过程,通过分析各种匹配方案,认为速度+姿态角匹配变化量更适合于修正弹药的初始对准。分析惯性导航测量单元误差模型,利用乘性误差四元数作为工具,得到了简化的误差状态方程和观测方程。由于系统模型的非线性,利用非线性UKF滤波理论,结合平方根UKF和高斯-牛顿UKF算法,改进了Sigma点的求取方法,简化计算工作量,较快地满足了初始对准对误差的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 弹道修正相关技术
• 1.2.1 外弹道探测技术
• 1.2.2 弹丸旋转姿态的测量技术
• 1.2.3 弹道修正控制技术
• 1.3 国内外弹道修正弹研究现状
• 1.3.1 国外研究情况
• 1.3.2 国内研制情况
• 1.3.3 发展趋势
• 1.4 弹道修正弹药面临的问题
• 1.4.1 修正弹药姿态自装定
• 1.4.2 弹道修正信息的测量和获取
• 1.4.3 脉冲发动机对修正弹丸影响
• 1.5 研究内容与意义
• 2 指令修正炮弹系统构成与仿真
• 2.1 指令修正炮弹系统组成
• 2.2 指令修正炮弹系统工作原理
• 2.3 指令修正炮弹的组合测量
• 2.3.1 雷达系统参与的修正技术
• 2.3.2 惯导设备组合导航下的弹道修正技术
• 2.4 指令修正炮弹弹道仿真
• 2.4.1 常用坐标系及其相关
• 2.4.2 脉冲修正推力发动机
• 2.4.3 六自由度刚体模型
• 2.4.4 外弹道模型的建模及参数
• 2.5 脉冲修正特性的仿真研究
• 2.5.1 脉冲修正对攻角影响
• 2.5.2 修正距离受脉冲力影响
• 2.5.3 脉冲修正的稳定性
• 2.5.4 修正时间间隔关系
• 2.5.5 触发时机的选择
• 2.6 本章小结
• 3 攻角波动下的滚转角地磁测量
• 3.1 地磁探测技术以及相关理论
• 3.1.1 地磁场概述
• 3.1.2 国际地磁参考场
• 3.1.3 地磁矢量的表达
• 3.1.4 修正弹药地磁测姿及椭圆拟合理论
• 3.1.5 椭圆拟合计算
• 3.2 滚转角误差形成
• 3.3 指令修正炮弹地磁测量误差
• 3.3.1 指令修正炮弹地磁测量的制造误差
• 3.3.2 安装误差
• 3.3.3 姿态误差
• 3.3.4 软、硬磁误差
• 3.4 攻角条件下的滚转角计算
• 3.4.1 三轴磁强计的椭圆形成
• 3.4.2 修正弹丸飞行特征
• 3.4.3 旋转尾翼弹椭圆计算
• 3.4.4 滚转角的计算
• 3.4.5 弦长判断法
• 3.4.6 滚转角算法总结
• 3.5 仿真试验
• 3.6 修正弹药的地磁测姿试验
• 3.6.1 磁强计硬件介绍
• 3.6.2 试验条件环境
• 3.6.3 原始数据及误差补偿
• 3.7 本章小结
• 4 指令修正炮弹的无陀螺捷联设备应用研究与分析
• 4.1 无陀螺惯性测量
• 4.2 加速度计安装方案
• 4.3 指令修正炮弹的加速度计配置
• 4.4 指令修正炮弹的无陀螺惯导单元导航计算
• 4.4.1 指令修正炮弹的姿态矩阵
• 4.4.2 姿态更新方法
• 4.4.3 相继转动问题
• 4.4.4 四元数的误差表示
• 4.5 改进的野值处理方法
• 4.6 无陀螺捷联单元的试验研究
• 4.6.1 捷联测试单元的构成
• 4.6.2 实验测试研究
• 4.7 本章小结
• 5 指令修正炮弹组合测量及自装定
• 5.1 指令修正炮弹捷联惯导系统初始对准
• 5.1.1 坐标系定义
• 5.1.2 捷联系统初始对准的原理与要求
• 5.1.3 指令修正炮弹粗对准与精对准
• 5.2 初始对准匹配方案
• 5.3 指令修正炮弹系统误差模型建立及简化分析
• 5.3.1 捷联惯导算法
• 5.3.2 误差模型的建立
• 5.3.3 系统的状态空间模型
• 5.3.4 指令修正炮弹装定的简化模型
• 5.4 指令修正弹药的量测匹配传递
• 5.5 滤波理论及其在修正弹药中的应用
• 5.5.1 EKF滤波
• 5.5.2 UKF滤波及其改进
• 5.6 仿真计算
• 5.7 本章小结
• 6 总结语
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 主要创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题
• 附录
• 致谢
• 作者在读期间撰写的相关论文
• 参考文献