【摘要】：隨著智能化武器時(shí)代的到來,精確打擊能力已經(jīng)成為了決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝負(fù)的關(guān)鍵因素之一。彈丸飛行姿態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確測量是實(shí)現(xiàn)精確打擊技術(shù)的重要研究內(nèi)容。針對目前大量常規(guī)彈藥智能化設(shè)計(jì)及改造的要求,采用多元化、新型化、低成本的組合測姿方式是姿態(tài)測試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。紅外與地磁復(fù)合姿態(tài)測試技術(shù)具有低成本、小體積、固態(tài)結(jié)構(gòu)、高魯棒性,無漂移和累積誤差,不需要初始對準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn),十分適用于彈丸姿態(tài)信息的獲取。因此紅外與地磁復(fù)合的旋轉(zhuǎn)彈體姿態(tài)測試?yán)碚撆c方法的研究,對我國常規(guī)彈藥的精確化發(fā)展具有重要意義,在軍事、民用等方面擁有廣泛的應(yīng)用前景。本文對地球紅外輻射場的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究,建立了紅外輻射姿態(tài)測量模型。對紅外干擾與地磁誤差來源進(jìn)行深入分析,進(jìn)行了彈上紅外與地磁測量誤差補(bǔ)償方法研究。采用紅外與地磁傳感器組合,尋求合理的布陣方式及解算方法,設(shè)計(jì)了紅外與地磁復(fù)合的旋轉(zhuǎn)彈體姿態(tài)測試系統(tǒng)。開展了半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了紅外與地磁復(fù)合姿態(tài)測試方法的有效性。論文具體包括以下內(nèi)容:(1)在分析地球紅外輻射場的組成及其產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上,深入研究了紅外輻射在大氣中的傳播規(guī)律,選擇了 8～14微米大氣窗口作為紅外輻射研究波段。根據(jù)天空和大地之間的溫度場分布,利用大氣分層理論研究了地球紅外輻射關(guān)于對地傾角的變化趨勢。采用普朗克黑體輻射定律構(gòu)建了彈載紅外傳感器的理論測量模型,提出了基于地球紅外輻射場的姿態(tài)測試?yán)碚摲椒ā?2)根據(jù)云層的紅外輻射特性,采用灰體近似模型建立了云層干擾下的紅外傳感器測量誤差模型。分析了山脈的紅外輻射影響,構(gòu)建了山脈干擾下的紅外傳感器測量誤差模型。研究了云層和山脈干擾引起的姿態(tài)測量誤差,對比了不同視場角紅外傳感器的信噪比。針對地球紅外輻射場姿態(tài)測試方法存在的環(huán)境干擾因素,提出了基于信任度函數(shù)的多傳感器加權(quán)融合算法,增強(qiáng)了紅外姿態(tài)測試系統(tǒng)的抗背景干擾能力。(3)分析了彈上地磁傳感器測量誤差的來源,建立了針對靜態(tài)干擾的地磁測量誤差模型,設(shè)計(jì)了十二位置不對北法和基于遞推最小二乘算法的靜態(tài)誤差補(bǔ)償算法。根據(jù)旋轉(zhuǎn)彈體在高速旋轉(zhuǎn)情況下存在的渦流干擾磁場,構(gòu)建了考慮動態(tài)干擾的地磁測量綜合誤差模型,提出了基于動態(tài)搜索策略的人工蜂群橢球擬合補(bǔ)償算法。設(shè)計(jì)了地磁測量誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),對比了靜態(tài)補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償算法的優(yōu)劣性。(4)針對常規(guī)紅外傳感器姿態(tài)解算方法中由于誤差傳遞而引起的測姿誤差問題,設(shè)計(jì)了分段交互的三軸紅外傳感器姿態(tài)優(yōu)化解算算法,提高了橫滾角的解算精度。提出了三正交磁傳感器的交叉比值姿態(tài)解算算法,通過航向角修正和線性插值法進(jìn)一步增強(qiáng)了算法的適用性。構(gòu)建了紅外與地磁復(fù)合的姿態(tài)解算模型,提出了基于新息正交性的自適應(yīng)濾波切換估計(jì)算法,有效的提高了紅外與地磁復(fù)合測姿系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。通過數(shù)值仿真分析,對比驗(yàn)證了各算法的有效性和可靠性。(5)根據(jù)旋轉(zhuǎn)彈體姿態(tài)測試系統(tǒng)的要求,設(shè)計(jì)了一套彈上紅外與地磁信號數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng),對系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)、傳感器的最優(yōu)選型以及各子模塊構(gòu)成進(jìn)行了闡述。研制了紅外與地磁復(fù)合姿態(tài)測試系統(tǒng)的半實(shí)物裝置,對半實(shí)物裝置進(jìn)行了一系列性能測試。利用三軸轉(zhuǎn)臺模擬旋轉(zhuǎn)彈體的姿態(tài)變化,開展了半實(shí)物仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于紅外與地磁復(fù)合的姿態(tài)測試方法有效可行。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TJ410.6
【圖文】：

性導(dǎo)航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導(dǎo)，是一種全程自主式制導(dǎo)炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導(dǎo)炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導(dǎo)旋轉(zhuǎn)彈，如圖１．２所示。其制導(dǎo)原逡逑理為中段采用慣性制導(dǎo)，末端采用激光制導(dǎo)，利用兩對相對垂直的鴨舵產(chǎn)生控制力，出逡逑炮口轉(zhuǎn)速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標(biāo)命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標(biāo)設(shè)備應(yīng)在距離０標(biāo)地３？５ｋｍ附近位置進(jìn)行０標(biāo)搜索，逡逑確定目標(biāo)的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉(zhuǎn)體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導(dǎo)細(xì)迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術(shù)系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導(dǎo)迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠(yuǎn)射程可達(dá)１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導(dǎo)“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導(dǎo)迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導(dǎo)的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊(duì)所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導(dǎo)迫擊炮逡逑反坦克導(dǎo)彈是旋轉(zhuǎn)體制應(yīng)用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導(dǎo)彈。紅箭－８逡逑３逡逑

速在８ｒ／ｓ。射程根據(jù)發(fā)射平臺的不同，最大可達(dá)４７ｋｍ。采用全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）和慣逡逑性導(dǎo)航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導(dǎo)，是一種全程自主式制導(dǎo)炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導(dǎo)炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導(dǎo)旋轉(zhuǎn)彈，如圖１．２所示。其制導(dǎo)原逡逑理為中段采用慣性制導(dǎo)，末端采用激光制導(dǎo)，利用兩對相對垂直的鴨舵產(chǎn)生控制力，出逡逑炮口轉(zhuǎn)速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標(biāo)命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標(biāo)設(shè)備應(yīng)在距離０標(biāo)地３？５ｋｍ附近位置進(jìn)行０標(biāo)搜索，逡逑確定目標(biāo)的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉(zhuǎn)體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導(dǎo)細(xì)迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術(shù)系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導(dǎo)迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠(yuǎn)射程可達(dá)１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導(dǎo)“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導(dǎo)迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導(dǎo)的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊(duì)所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導(dǎo)迫擊炮逡逑反坦克導(dǎo)彈是旋轉(zhuǎn)體制應(yīng)用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導(dǎo)彈。紅箭－８逡逑

速在８ｒ／ｓ。射程根據(jù)發(fā)射平臺的不同，最大可達(dá)４７ｋｍ。采用全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）和慣逡逑性導(dǎo)航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導(dǎo)，是一種全程自主式制導(dǎo)炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導(dǎo)炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導(dǎo)旋轉(zhuǎn)彈，如圖１．２所示。其制導(dǎo)原逡逑理為中段采用慣性制導(dǎo)，末端采用激光制導(dǎo)，利用兩對相對垂直的鴨舵產(chǎn)生控制力，出逡逑炮口轉(zhuǎn)速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標(biāo)命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標(biāo)設(shè)備應(yīng)在距離０標(biāo)地３？５ｋｍ附近位置進(jìn)行０標(biāo)搜索，逡逑確定目標(biāo)的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉(zhuǎn)體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導(dǎo)細(xì)迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術(shù)系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導(dǎo)迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠(yuǎn)射程可達(dá)１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導(dǎo)“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導(dǎo)迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導(dǎo)的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊(duì)所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導(dǎo)迫擊炮逡逑反坦克導(dǎo)彈是旋轉(zhuǎn)體制應(yīng)用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導(dǎo)彈。紅箭－８逡逑

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2 李玎;卜雄洙;;基于多傳感器組合的高轉(zhuǎn)速彈體姿態(tài)測試(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2008年02期

3 張崇軍;;提高導(dǎo)引頭穩(wěn)定平臺對彈體姿態(tài)去耦能力的方法研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2008年04期

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5 史連艷;張自賓;宋文淵;;基于MR/GPS的彈體姿態(tài)解算方法研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2010年12期

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