捷联惯导方法在发射武器系统中的应用研究

论文摘要

瞄准是发射武器在射击前必须进行的步骤。瞄准的精度如何将直接决定射击精度的高低，在现代化战争中的今天，如何提高定向发射武器的瞄准精度仍然是重要的研究课题。要提高瞄准精度，通常是在瞄准理论和瞄准方法上，研究和探讨提高发射武器瞄准精度的有效途径。作为一种先进的动态定位和定向装置，现代捷联惯性导航系统(简称捷联惯导系统)具有自主导航性能强、反应时间短、可靠性高、体积小、重量轻、成本逐步下降等突出优点。本文尝试将这种方法应用到发射武器系统(火炮或火箭炮等)的瞄准系统中去，以探讨一种可行的新型瞄准方案。论文以此为核心展开论述：首先介绍了捷联惯导系统的基本理论，研究了将这种理论应用到发射武器瞄准系统中的可行性、必要性并提出一种具体的实施方案；然后分别研究了捷联惯导系统的初始对准问题和姿态更新算法问题，并分别为本课题选择了一种对准方法和姿态更新算法；最后建立了测试用转动轨迹的数学模型以及加速度计和陀螺仪的数学模型，并在此基础上，用MATLAB软件进行了仿真研究。仿真结果表明，将捷联惯导方法应用到发射武器瞄准系统中的方法是可行的，其精度完全可以满足发射武器系统的定向要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 捷联式惯性技术
• 1.2.1 捷联式惯性导航系统简介
• 1.2.2 捷联式惯性导航系统的关键技术
• 1.3 课题的主要研究内容
• 2 捷联惯性导航原理及其数学模型
• 2.1 坐标系及相关参数说明
• 2.1.1 坐标系的定义
• 2.1.2 坐标系之间的转换关系
• 2.1.3 参数说明
• 2.2 SINS基本工作原理
• 2.3 初始对准
• 2.4 姿态矩阵计算
• 2.4.1 三参数法
• 2.4.2 九参数法
• 2.4.3 四参数法
• 2.4.4 旋转矢量法
• 2.5 姿态角的提取
• 2.6 比力坐标转换
• 2.7 速度V|-的计算
• 2.8 位置矩阵的及时修正
• 2.9 位置速率、地球速率和姿态速率的计算
• 2.10 本章小节
• 3 捷联惯导方法应用到发射武器系统中的理论研究
• 3.1 瞄准
• 3.2 总体方案
• 3.3 系统的力学编排
• 3.4 惯性器件的选择
• 3.5 本章小节
• 4 捷联惯导系统初始对准技术的研究
• 4.1 解析粗对准
• 4.2 精对准
• 4.3 卡尔曼滤波精对准技术研究
• 4.3.1 卡尔曼滤波原理
• 4.3.2 SINS的误差模型
• 4.3.3 系统方程和量测方程的建立
• 4.3.4 卡尔曼滤波下的精对准仿真
• 4.4 本章小结
• 5 捷联姿态更新算法研究
• 5.1 基于四元数姿态更新算法
• 5.1.1 毕卡逼近法
• 5.1.2 四阶龙格库塔法
• 5.2 基于旋转矢量姿态更新算法
• 5.2.1 旋转矢量与四元数之间的关系
• 5.2.2 旋转矢量微分方程
• 5.2.3 旋转矢量微分方程的求解方法
• 5.3 圆锥运动优化算法
• 5.3.1 锥运动简介
• 5.3.2 算法的优化
• 5.4 算法的数字仿真
• 5.5 角速率输入下的旋转矢量算法研究
• 5.6 本章小节
• 6 系统的仿真研究
• 6.1 转动轨迹的数学模型
• 6.2 惯性器件的数学模型
• 6.2.1 加速度计的数学模型
• 6.2.2 陀螺仪的数学模型
• 6.3 仿真程序编排
• 6.4 初始数据的给定
• 6.5 初始数据的计算
• 6.6 仿真程序实现
• 6.6.1 轨迹发生器模块
• 6.6.2 加速度计仿真模块
• 6.6.3 陀螺仪仿真模块
• 6.6.4 SINS解算模块
• 6.7 仿真结果及误差分析
• 6.7.1 理想姿态角
• 6.7.2 计算姿态角
• 6.7.3 姿态角误差
• 6.7.4 误差分析
• 6.8 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献