弹道修正弹飞行姿态角磁探测技术及其弹道修正方法研究

论文摘要

本文以某型弹道修正弹为应用背景,对基于地磁探测的姿态角探测技术及其弹道修正方法进行研究。基于地磁学基本理论,结合从地磁软件获得的数据,以我国领土范围为例对地球磁场进行了定量分析,确定了基于地磁信号测量实现弹丸姿态角解算的基本条件。研究了各种模拟和数字式磁传感器性能特点及其在弹道修正引信中应用的可行性,分析了它们各自的优缺点,设计了一种高分辨率的三维地磁探测系统。研究了基于地磁探测的弹道修正弹姿态角解算方法,分偏航角可忽略和偏航角不可忽略分别求解,推导出了各种情况的解析表达式,并利用图解法证明了解析解的正确性,针对弹丸的摆动干扰和地磁信号测量误差进行了姿态角误差分析及仿真。从定义出发得到了直线弹道滚转角的解算方法。根据带修正力的6自由度弹道模型,利用均匀设计法设计了仿真试验,通过回归分析得到了二维弹道修正脉冲力起始时间、修正级数和作用角度对不同初速和射角条件下弹丸落点修正效果的影响的数学模型,分析了各因素对脉冲修正效能的影响情况。提出了几种基于地磁探测的姿态角辨识系统电磁兼容性控制措施;深入分析弹体材料及其结构对其内置地磁传感器的影响情况,采用近似法计算弹体的磁屏蔽效能,并利用有限元软件ANSYS对弹体磁屏蔽效能进行了仿真验证。设计了初始信息装定系统。进行了滚转角辨识系统软硬件设计。开展了磁阻传感器的不等位电压实验,用两种方法验证其不等位电压。最后设计了两种姿态角标定方法,并利用滚转角辨识系统电路板进行了实验验证,结果表明其精度较高,可以满足弹道修正弹姿态角探测的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 常规弹药制导化的研究进展
• 1.2.1 制导弹药工程概述
• 1.2.2 常规弹药制导化的发展历史及现状
• 1.3 弹道修正引信的研究进展
• 1.3.1 弹道修正弹概述
• 1.3.2 弹道修正引信的发展现状
• 1.4 弹道修正弹飞行姿态探测技术的研究进展
• 1.4.1 常规姿态角探测方法的不适用性
• 1.4.2 地磁探测在制导弹药领域的应用
• 1.4.3 GPS/地磁复合简易制导模式的提出
• 1.5 本文的主要工作内容
• 2 地磁场分析与地磁传感器优选
• 2.1 引言
• 2.2 地磁场概述
• 2.3 地磁场数学模型
• 2.3.1 球谐分析法
• 2.3.2 球冠谐分析法
• 2.3.3 泰勒多项式分析法
• 2.4 炮弹射程内的地磁场分析
• 2.4.1 地磁场随高度的变化
• 2.4.2 地磁场随经纬度的变化
• 2.5 磁传感器性能及其优选
• 2.5.1 模拟输出磁传感器
• 2.5.2 数字输出磁传感器
• 2.5.3 基于单片机的三维地磁探测系统设计
• 2.6 本章小结
• 3 基于地磁探测的弹道修正弹飞行姿态角辨识算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 曲线弹道姿态角解算方法
• 3.2.1 坐标系的定义
• 3.2.2 姿态角的定义
• 3.2.3 偏航角可忽略时弹道修正弹姿态角解算算法
• 3.2.4 偏航角不可忽略时弹道修正弹姿态角解算算法
• 3.2.5 弹丸的摆动及地磁信号测量引起的误差分析
• 3.2.6 仿真分析实例
• 3.3 直线弹道滚转角辨识方法研究
• 3.3.1 直线弹道滚转角辨识模型
• 3.3.2 补偿角的数学模型
• 3.3.3 滚转角辨识工程算法
• 3.5 本章小结
• 4 脉冲式二维弹道修正效能分析与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 弹道修正弹弹道模型的建立
• 4.3 弹丸的转速对脉冲力修正效率的影响
• 4.4 弹道修正起始点的选择
• 4.5 二维脉冲修正效能分析与仿真
• 4.5.1 均匀设计法原理
• 4.5.2 二维脉冲修正效能回归模型
• 4.5.3 二维脉冲修正效能分析与仿真
• 4.6 本章小结
• 5 弹丸姿态角辨识系统电磁兼容性分析与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 电磁干扰传播途径
• 5.2.1 传导耦合
• 5.2.2 辐射耦合
• 5.3 姿态角辨识系统电磁干扰三要素分析
• 5.4 姿态角辨识系统电磁兼容性控制措施
• 5.5 弹体电磁屏蔽效能分析
• 5.5.1 弹体材料概述
• 5.5.2 弹体对电磁波的屏蔽效能分析与计算
• 5.6 弹体对地磁场屏蔽效能的近似计算
• 5.6.1 圆柱腔内的静磁场屏蔽效能近似计算公式
• 5.6.2 矩形截面屏蔽盒的低频磁屏蔽效能近似计算公式
• 5.6.3 弹体磁屏蔽效能近似计算实例
• 5.7 弹体对地磁场屏蔽效能的仿真分析
• 5.7.1 静磁屏蔽有限元模型的理论基础
• 5.7.2 利用ANSYS进行弹体对地磁场屏蔽效能的仿真分析
• 5.8 本章小结
• 6 姿态角辨识系统设计及其标定实验
• 6.1 引言
• 6.2 初始信息装定系统设计
• 6.2.1 装定系统原理分析
• 6.2.2 装定系统硬件设计
• 6.2.3 装定系统软件设计
• 6.2.4 信息装定准确性实验
• 6.3 滚转角辨识系统硬件电路设计
• 6.4 滚转角辨识系统软件设计
• 6.5 磁阻传感器不等位电压实验
• 6.5.1 测试系统简介
• 6.5.2 傅立叶变换法
• 6.5.3 置位/复位法
• 6.6 姿态角标定方法与实验
• 6.6.1 基于模拟弹的滚转角外部检测实验装置与方法
• 6.6.2 高精度姿态角标定方法与实验
• 6.7 本章小结
• 7 结束语
• 7.1 本文的创新点
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学研究成果