【摘要】：自美國海軍戰(zhàn)爭中心在2016年成功研制了一款高效費比的81mm滑翔制導(dǎo)迫擊炮彈之后,近年來小口徑常規(guī)炮彈的制導(dǎo)化越來越被各個國家所重視,而國內(nèi)到目前為止仍沒有相關(guān)的產(chǎn)品面世。本文以81mm固定翼雙旋末制導(dǎo)炮彈為研究對象,對其在末制導(dǎo)段的飛行信號采集處理方法和實現(xiàn)途徑做了相關(guān)研究,主要包括以下幾個方面:論文首先介紹了一般制導(dǎo)炮彈的控制理論與方法,進(jìn)一步說明了本文雙旋末制導(dǎo)炮彈的系統(tǒng)組成和控制原理;其次,分析了飛行信號中導(dǎo)引頭信號、IDT-ZMID5201角度檢測信號、北斗導(dǎo)航信號和壓電尋地信號的探測原理與采樣方法,并研究了飛行信號與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合成氣動力之間的關(guān)系,推導(dǎo)出姿態(tài)調(diào)整的控制力矢量制導(dǎo)算法;接著,依據(jù)四種信號的特性,設(shè)計并實現(xiàn)了基于ARM的信號采集處理系統(tǒng)和部分探測電路的硬件,包括最小控制系統(tǒng)電路、無線通信電路、角度檢測電路、邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲電路、壓電尋地電路等6個模塊電路;另外,軟件采用分模塊設(shè)計實現(xiàn)了SPI、ⅡC、UART接口傳感器驅(qū)動程序,并對姿態(tài)解算算法和串級PID算法的設(shè)計進(jìn)行了研究;最后,通過單軸轉(zhuǎn)臺測試了信號探測電路的輸出結(jié)果以及各軟件模塊的驅(qū)動程序,通過雙軸轉(zhuǎn)臺測試了半實物系統(tǒng)的控制效果。測試結(jié)果表明:解算姿態(tài)角最大誤差為-0.5°,最小誤差為-0.02°;串級PID算法有效改善了執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度響應(yīng)的平穩(wěn)性,減小了步進(jìn)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的堵轉(zhuǎn)、失步問題;執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度理論值與實際值誤差最大為0.78°,落點偏差為14.36m,基本滿足制導(dǎo)要求,對81mm小口徑制導(dǎo)炮彈的研發(fā)具有參考意義。
【圖文】：

末制導(dǎo)炮彈領(lǐng)域起步較晚，最初是通過引進(jìn)前蘇聯(lián)的各種制導(dǎo)武器，通過科研人員的自主創(chuàng)新，直到本世紀(jì)初在制導(dǎo)方面己有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)積累，為導(dǎo)炮彈打下堅實的基礎(chǔ)。從已有文獻(xiàn)來看，除了東風(fēng)系列導(dǎo)彈之外，在 150mm 系列制導(dǎo)炮彈的研制工作中，已有包括激光半主動末制導(dǎo)炮彈，GPS兩種完全不同制導(dǎo)方式的產(chǎn)品面世，如 GP155A，GP120A/B，而且最大到 5m 以內(nèi)�？傮w來說，我國大口徑炮彈的制導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，走在但是采用 GPS/INS 制導(dǎo)技術(shù)中用到的是美國的 GPS 系統(tǒng)，如果戰(zhàn)爭時期GPS 信號，則以 GPS/INS 制導(dǎo)技術(shù)為核心的智能彈藥將無法實現(xiàn)精確打擊域我國無法接收到 GPS 高精度的 P 碼，只能使用低精度的 C/A 碼獲取導(dǎo)限制我國末制導(dǎo)炮彈打擊精度的重要原因之一[13]。氏防務(wù)報道，目前世界各國對于更小口徑的 81mm 制導(dǎo)炮彈研究仍然較少2016 年 9 月面世了一款 81mm 滑翔制導(dǎo)迫擊炮彈，如圖 1-1 所示。該炮彈，可以有效的提升炮彈的打擊范圍，射程可以達(dá)到 21km，制導(dǎo)采用 GP提高了炮彈的打擊精度�？刂浦芯唧w所采用的技術(shù)方案，目前還沒有更多。

使其能在制導(dǎo)段正常工作。當(dāng)解鎖完成，導(dǎo)引系統(tǒng)開始搜索目標(biāo)反射的激號，再依據(jù)北斗接收機(jī)實時采集的彈體姿態(tài)信息，形成控制指令發(fā)給控制系統(tǒng)，對炮鴨舵機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，實現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整，由于炮彈是在飛行末端完成姿態(tài)調(diào)整，所以稱之制導(dǎo)炮彈。依據(jù)控制通道數(shù)，制導(dǎo)武器可以分為單通道、雙通道和三通道控制[20]。三通道控制對炮彈的俯仰，偏航，滾轉(zhuǎn)六個自由度都進(jìn)行控制，與炮彈自身的結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)息關(guān)，從控制技術(shù)角度來說對炮彈進(jìn)行三通道控制所涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，造價必然會大，但制導(dǎo)精度會相應(yīng)得到提高。從目前各個國家所研制的三通道控制制導(dǎo)武器實物，執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是由兩對單獨的舵機(jī)或者兩對矢量噴氣系統(tǒng)組成，控制技術(shù)大多涉及自駛與姿態(tài)解耦。雙通道相比于三通道減少了在滾轉(zhuǎn)方向?qū)ε趶椀目刂�，炮彈自身不旋轉(zhuǎn)行機(jī)構(gòu)也是利用相互獨立的的舵機(jī)，對炮彈的俯仰和偏航方向進(jìn)行控制[21]。單通道控有對炮彈滾轉(zhuǎn)通道的控制，一般彈體都會由自身結(jié)構(gòu)決定自發(fā)旋轉(zhuǎn)，，采用側(cè)向通道控彈的空間運動。本文的雙旋末制導(dǎo)炮彈，是對炮彈在飛行過程中的俯仰和偏航兩個方行控制，屬于單通道控制，所對應(yīng)的炮彈具有控制倉體積小，造價低，結(jié)構(gòu)簡單等特點小口徑常規(guī)彈藥制導(dǎo)的最優(yōu)選擇。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TJ413.6

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本文編號：2614018