MEMS慣性/地磁組合測姿技術(shù)研究
發(fā)布時間：2021-02-01 08:10
現(xiàn)代戰(zhàn)爭對武器的精度要求越來越高,針對常規(guī)彈藥制導化、智能化的背景需求及MEMS慣性器件的發(fā)展,組合導航系統(tǒng)在軍事領域上具有廣闊的應用前景。組合姿態(tài)測量技術(shù)作為導航系統(tǒng)的核心部分,對導航系統(tǒng)的性能和精度具有較大的影響。本文以旋轉(zhuǎn)彈藥姿態(tài)測量系統(tǒng)為工程應用背景,設計了以MEMS慣性/地磁組合的姿態(tài)測量系統(tǒng),并結(jié)合低成本、小型化和高動態(tài)實時性的要求,將高性能的數(shù)字信號處理器TMS320F28335應用于系統(tǒng),并通過GPS、卡爾曼濾波信息融合技術(shù)來進一步提高系統(tǒng)精度。論文首先總結(jié)了目前組合導航姿態(tài)測量的方法,描述了組合導航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀;接著對MEMS慣性/地磁組合測姿系統(tǒng)中用到的一些基本理論做了詳細的概述;根據(jù)組合測姿系統(tǒng)的工作原理和功能需求,進行了系統(tǒng)方案設計和核心器件的選型;然后提出了組合測姿系統(tǒng)的硬件電路設計,系統(tǒng)采用抗高過載的MEMS陀螺慣性器件和地磁傳感器以及高性能的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成信號采集單元,將高性能的數(shù)字信號處理器TMS320F28335應用于系統(tǒng),實現(xiàn)了由DSP控制A/D的姿態(tài)解算系統(tǒng),為導航系統(tǒng)中的復雜算法提供條件;最后在此基礎上進行了系統(tǒng)軟件設計。對地磁滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)...
【文章來源】：中北大學山西省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＸＭ９８２?“神劍”高智能準確導航彈藥?圖１．２ＡＰＫＷＳ高智能準確導航火箭彈??
１９９９年英國研制了一種高智能準確導航彈藥射程修正引信“ＳＴＡＲ”，具有ＧＰＳ阻??尼接收機和減結(jié)構(gòu)速如圖１．３，?Ｍ５４９式炮彈加裝了此引信并取得了射擊試驗的成功。法??國研制了地面多普勒雷達和ＧＰＳ的兩種一維修正引信系統(tǒng)。基于ＧＰＳ的為“ＳＡＭＰＲＡＳＳ??地面火炮射擊精度改進系統(tǒng)”采用的是地面設備接受來之ＧＰＳ的信息并控制彈丸上的??阻尼減速板。另一種是“ＳＰＡＣＩＤＯ改進系統(tǒng)”方案，如圖１．４。它依靠炮口多普勒雷達??測速跟蹤測量高智能準確導航彈藥彈丸飛行速度變化，計算阻尼減速裝置最佳展開時??亥ＩＪ，并發(fā)送給彈丸［２］。??“二維彈道修正引信”是簡易制導彈藥修正技術(shù)發(fā)展的第三階段，即能對彈道縱橫??向的誤差進行調(diào)節(jié)。它主要有微型ＧＰＳ接收機、姿態(tài)傳感器和執(zhí)行部分組成，其通過??ＧＰＳ接收機來測得彈體的實時位置，姿態(tài)傳感器測得彈體的飛行姿態(tài)，把所得結(jié)果與理??論彈道對比，最后通過執(zhí)行機構(gòu)來修正彈體姿態(tài)。在射程超過１００ｋｍ時，能將普通彈藥??的誤差減少３？１０倍［３１。??
美國阿連特公司的ＸＭＵ５６式精確制導組件（ＰＧＫ）是一種可以應用于現(xiàn)役常規(guī)彈??藥的低成本的彈道修正引信。常規(guī)彈藥加上ＰＧＫ后，在射程５０ｋｍ時的圓概率射擊誤差??（ＣＥＰ）是５５ｍ，精度明顯提高。如圖１．５所示。??英國ＢＡＥ公司在Ｍ７８２上研制了?ＧＰＳ的彈道修正引信，其修正是減速裝置通過改??變空氣阻力來實現(xiàn)。初始縱向修正通過微調(diào)減速板實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)減速板完成橫向調(diào)節(jié)，末??段縱向修正由主減速器完成。如圖１．６所示。??我國在簡易制導彈藥方面的研究起步較晚。在“十五”期間，中國兵器裝備研究院??五九分部，在彈藥復合增程技術(shù)和自適應彈道修正技術(shù)上，取得了一定的成果。其中，??西北工業(yè)大學的谷良賢教授在做了一些研究。中北大學在火箭彈設計、彈道仿真方面進??行了部分理論研究［４］。二維彈道修正引信技術(shù)的研究對于提高我國武器的性能具有重要??的意義［５］。??１．２．２慣性導航技術(shù)??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]彈道修正彈發(fā)展綜述[J]. 張民權(quán),劉東方,王冬梅,龐艷珂. 兵工學報. 2010(S2)
[2]海洋局域地磁場球冠諧分析建模方法研究[J]. 趙建虎,王勝平,劉輝,李登富. 測繪科學. 2010(01)
[3]基于磁通門傳感器的彈丸姿態(tài)角測量系統(tǒng)設計[J]. 王康誼,李世中,薛鵬. 彈箭與制導學報. 2009(03)
[4]基于磁阻傳感器的旋轉(zhuǎn)彈飛行姿態(tài)測量方法[J]. 李冠中,王雷. 彈箭與制導學報. 2009(02)
[5]慣性導航中陀螺儀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 張均紅,趙君轍. 科協(xié)論壇(下半月). 2008(07)
[6]泰勒多項式擬合法在區(qū)域地磁場建模中的應用研究[J]. 喬玉坤,王仕成,張金生,王哲. 工程地球物理學報. 2008(03)
[7]一種基于可觀測度分析的SINS/GPS自適應反饋校正濾波新方法[J]. 劉百奇,房建成. 航空學報. 2008(02)
[8]基于TI6000系列DSP的多路信號采集系統(tǒng)[J]. 楊俊波,趙繼敏. 工業(yè)控制計算機. 2008(01)
[9]火箭彈MR/GPS制導系統(tǒng)應用仿真[J]. 史連艷,楊樹興. 系統(tǒng)仿真學報. 2007(23)
[10]地磁方位傳感器及其在飛行體姿態(tài)測量中的應用[J]. 陳文輝,尤文斌,馬鐵華. 彈箭與制導學報. 2007(02)
博士論文
[1]基于磁傳感器組合的旋轉(zhuǎn)彈體姿態(tài)測試方法研究[D]. 李玎.南京理工大學 2009
碩士論文
[1]基于地磁傳感器與MEMS陀螺儀組合姿態(tài)測量技術(shù)研究[D]. 閆愛天.南京理工大學 2016
[2]地磁/陀螺姿態(tài)測量組合系統(tǒng)設計[D]. 任志華.中北大學 2013
[3]制導炮彈末段修正系統(tǒng)設計與研究[D]. 楊曉明.中北大學 2012
[4]基于靈巧彈藥的目標探測與彈道修正技術(shù)研究[D]. 張斌.中北大學 2010
[5]高動態(tài)環(huán)境下MIMU/地磁組合姿測技術(shù)研究[D]. 賀飛.中北大學 2010
[6]基于地磁、陀螺原理的姿態(tài)測試技術(shù)研究[D]. 段精婧.中北大學 2010
[7]小型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)研究[D]. 楊敏.中南大學 2010
[8]利用磁阻傳感器測量飛行體滾轉(zhuǎn)角[D]. 孫寧.南京理工大學 2008
[9]基于TMS320C6713和USB2.0的多路實時信號采集系統(tǒng)的研究[D]. 楊俊波.上海交通大學 2008
[10]基于MEMS的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的研究[D]. 梁谷.哈爾濱工程大學 2008
本文編號：3012472
【文章來源】：中北大學山西省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＸＭ９８２?“神劍”高智能準確導航彈藥?圖１．２ＡＰＫＷＳ高智能準確導航火箭彈??
１９９９年英國研制了一種高智能準確導航彈藥射程修正引信“ＳＴＡＲ”，具有ＧＰＳ阻??尼接收機和減結(jié)構(gòu)速如圖１．３，?Ｍ５４９式炮彈加裝了此引信并取得了射擊試驗的成功。法??國研制了地面多普勒雷達和ＧＰＳ的兩種一維修正引信系統(tǒng)。基于ＧＰＳ的為“ＳＡＭＰＲＡＳＳ??地面火炮射擊精度改進系統(tǒng)”采用的是地面設備接受來之ＧＰＳ的信息并控制彈丸上的??阻尼減速板。另一種是“ＳＰＡＣＩＤＯ改進系統(tǒng)”方案，如圖１．４。它依靠炮口多普勒雷達??測速跟蹤測量高智能準確導航彈藥彈丸飛行速度變化，計算阻尼減速裝置最佳展開時??亥ＩＪ，并發(fā)送給彈丸［２］。??“二維彈道修正引信”是簡易制導彈藥修正技術(shù)發(fā)展的第三階段，即能對彈道縱橫??向的誤差進行調(diào)節(jié)。它主要有微型ＧＰＳ接收機、姿態(tài)傳感器和執(zhí)行部分組成，其通過??ＧＰＳ接收機來測得彈體的實時位置，姿態(tài)傳感器測得彈體的飛行姿態(tài)，把所得結(jié)果與理??論彈道對比，最后通過執(zhí)行機構(gòu)來修正彈體姿態(tài)。在射程超過１００ｋｍ時，能將普通彈藥??的誤差減少３？１０倍［３１。??
美國阿連特公司的ＸＭＵ５６式精確制導組件（ＰＧＫ）是一種可以應用于現(xiàn)役常規(guī)彈??藥的低成本的彈道修正引信。常規(guī)彈藥加上ＰＧＫ后，在射程５０ｋｍ時的圓概率射擊誤差??（ＣＥＰ）是５５ｍ，精度明顯提高。如圖１．５所示。??英國ＢＡＥ公司在Ｍ７８２上研制了?ＧＰＳ的彈道修正引信，其修正是減速裝置通過改??變空氣阻力來實現(xiàn)。初始縱向修正通過微調(diào)減速板實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)減速板完成橫向調(diào)節(jié)，末??段縱向修正由主減速器完成。如圖１．６所示。??我國在簡易制導彈藥方面的研究起步較晚。在“十五”期間，中國兵器裝備研究院??五九分部，在彈藥復合增程技術(shù)和自適應彈道修正技術(shù)上，取得了一定的成果。其中，??西北工業(yè)大學的谷良賢教授在做了一些研究。中北大學在火箭彈設計、彈道仿真方面進??行了部分理論研究［４］。二維彈道修正引信技術(shù)的研究對于提高我國武器的性能具有重要??的意義［５］。??１．２．２慣性導航技術(shù)??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]彈道修正彈發(fā)展綜述[J]. 張民權(quán),劉東方,王冬梅,龐艷珂. 兵工學報. 2010(S2)
[2]海洋局域地磁場球冠諧分析建模方法研究[J]. 趙建虎,王勝平,劉輝,李登富. 測繪科學. 2010(01)
[3]基于磁通門傳感器的彈丸姿態(tài)角測量系統(tǒng)設計[J]. 王康誼,李世中,薛鵬. 彈箭與制導學報. 2009(03)
[4]基于磁阻傳感器的旋轉(zhuǎn)彈飛行姿態(tài)測量方法[J]. 李冠中,王雷. 彈箭與制導學報. 2009(02)
[5]慣性導航中陀螺儀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 張均紅,趙君轍. 科協(xié)論壇(下半月). 2008(07)
[6]泰勒多項式擬合法在區(qū)域地磁場建模中的應用研究[J]. 喬玉坤,王仕成,張金生,王哲. 工程地球物理學報. 2008(03)
[7]一種基于可觀測度分析的SINS/GPS自適應反饋校正濾波新方法[J]. 劉百奇,房建成. 航空學報. 2008(02)
[8]基于TI6000系列DSP的多路信號采集系統(tǒng)[J]. 楊俊波,趙繼敏. 工業(yè)控制計算機. 2008(01)
[9]火箭彈MR/GPS制導系統(tǒng)應用仿真[J]. 史連艷,楊樹興. 系統(tǒng)仿真學報. 2007(23)
[10]地磁方位傳感器及其在飛行體姿態(tài)測量中的應用[J]. 陳文輝,尤文斌,馬鐵華. 彈箭與制導學報. 2007(02)
博士論文
[1]基于磁傳感器組合的旋轉(zhuǎn)彈體姿態(tài)測試方法研究[D]. 李玎.南京理工大學 2009
碩士論文
[1]基于地磁傳感器與MEMS陀螺儀組合姿態(tài)測量技術(shù)研究[D]. 閆愛天.南京理工大學 2016
[2]地磁/陀螺姿態(tài)測量組合系統(tǒng)設計[D]. 任志華.中北大學 2013
[3]制導炮彈末段修正系統(tǒng)設計與研究[D]. 楊曉明.中北大學 2012
[4]基于靈巧彈藥的目標探測與彈道修正技術(shù)研究[D]. 張斌.中北大學 2010
[5]高動態(tài)環(huán)境下MIMU/地磁組合姿測技術(shù)研究[D]. 賀飛.中北大學 2010
[6]基于地磁、陀螺原理的姿態(tài)測試技術(shù)研究[D]. 段精婧.中北大學 2010
[7]小型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)研究[D]. 楊敏.中南大學 2010
[8]利用磁阻傳感器測量飛行體滾轉(zhuǎn)角[D]. 孫寧.南京理工大學 2008
[9]基于TMS320C6713和USB2.0的多路實時信號采集系統(tǒng)的研究[D]. 楊俊波.上海交通大學 2008
[10]基于MEMS的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的研究[D]. 梁谷.哈爾濱工程大學 2008
本文編號：3012472
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