隨著新型傳感技術(shù)的進步和發(fā)展,實現(xiàn)傳統(tǒng)彈藥的精確制導化設(shè)計是未來武器系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。為實現(xiàn)精準的彈道控制和修正以減小彈道誤差散布,首先需要精確測量制導炮彈的飛行姿態(tài)。本文以外彈道模型為基礎(chǔ),圍繞低成本的地磁-慣性捷聯(lián)組合測姿系統(tǒng)及非線性姿態(tài)濾波方法中存在的基礎(chǔ)理論和問題,展開了深入的分析和研究。首先通過選取合適的坐標系,應(yīng)用外彈道理論對制導炮彈展開運動學和動力學分析,并建立了描述彈體運動狀態(tài)的六自由度剛體彈道方程組,通過數(shù)值仿真分析了低速滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈的彈道特性,為后續(xù)的彈道仿真和姿態(tài)濾波奠定了理論基礎(chǔ)。針對制導炮彈低成本姿態(tài)測量問題,提出利用磁傳感器結(jié)合加速度計的組合測姿方法。以地球磁場理論為基礎(chǔ),分析了描述地磁場特性的磁場要素和數(shù)學模型,并簡要介紹了常用的地磁測量傳感器的工作原理和適用場合。為實現(xiàn)姿態(tài)濾波估計,推導分析了利用磁傳感器測量值確定濾波初值的算法。通過坐標轉(zhuǎn)換和捷聯(lián)組合系統(tǒng)測姿原理,推導了用于非線性姿態(tài)濾波的量測方程。以理想彈道為基礎(chǔ),分別建立了描述彈體姿態(tài)角運動和彈道參數(shù)變化的非線性濾波狀態(tài)模型和彈道濾波方程。在全彈道數(shù)值仿真中,采用EKF、UKF和MKF方法分別對彈體姿態(tài)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 制導炮彈發(fā)展現(xiàn)狀及簡析
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 制導炮彈發(fā)展簡析
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 制導炮彈剛體彈道方程
    2.1 引言
    2.2 坐標系與坐標轉(zhuǎn)換
        2.2.1 坐標系定義
        2.2.2 坐標系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系
    2.3 彈體運動方程組
        2.3.1 炮彈質(zhì)心運動方程
        2.3.2 炮彈繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動方程
    2.4 作用在炮彈上的力和力矩
        2.4.1 相對速度和相對攻角
        2.4.2 重力
        2.4.3 有風時的空氣動力
        2.4.4 有風時的空氣動力矩
    2.5 炮彈六自由度剛體彈道方程
    2.6 本章小結(jié)
第3章 地磁慣性捷聯(lián)姿態(tài)解算方法
    3.1 引言
    3.2 地磁場理論基礎(chǔ)
        3.2.1 地磁場特性分析
        3.2.2 地磁場模型描述
        3.2.3 地磁測量傳感器簡介
    3.3 捷聯(lián)組合姿態(tài)量測方程
        3.3.1 磁傳感器解算姿態(tài)角
        3.3.2 炮彈姿態(tài)初值確定算法
        3.3.3 加速度計姿態(tài)解算方程
        3.3.4 姿態(tài)估計量測模型
    3.4 本章小結(jié)
第4章 制導炮彈姿態(tài)濾波估計算法
    4.1 引言
    4.2 炮彈的角運動方程
        4.2.1 角運動的幾何描述
        4.2.2 炮彈角運動方程的建立
        4.2.3 炮彈攻角方程的建立
    4.3 炮彈姿態(tài)非線性濾波模型
        4.3.1 姿態(tài)估計狀態(tài)模型
        4.3.2 彈道濾波狀態(tài)模型
    4.4 彈體姿態(tài)估計的非線性濾波算法
        4.4.1 擴展卡爾曼濾波算法
        4.4.2 無跡卡爾曼濾波算法
        4.4.3 混合卡爾曼濾波算法
    4.5 本章小結(jié)
第5章 炮彈飛行姿態(tài)濾波仿真分析
    5.1 引言
    5.2 制導炮彈彈道仿真
    5.3 非線性濾波估計仿真
        5.3.1 彈體姿態(tài)角仿真分析
        5.3.2 彈道濾波仿真分析
    5.4 姿態(tài)濾波魯棒性分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]0.1 nT靈敏度質(zhì)子磁力儀設(shè)計[J]. 張語珊,許廷發(fā).  地球物理學進展. 2016(05)
[2]基于地磁傳感器與陀螺儀的姿態(tài)測量法[J]. 閆愛天,陳雄,周長省,鄒晗霆.  彈箭與制導學報. 2016(02)
[3]美軍制導彈藥發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 王琦,穆希輝,路桂娥.  飛航導彈. 2015(08)
[4]新型無陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)導航方案設(shè)計及建模[J]. 李成剛,謝志紅,尤晶晶,夏玉輝,魏學東.  中國慣性技術(shù)學報. 2015(03)
[5]基于衛(wèi)星/地磁組合的彈箭滾轉(zhuǎn)姿態(tài)解算方法[J]. 苗勁松,翟英存,茍秋雄,陳德明,王琨.  彈箭與制導學報. 2014(05)
[6]地磁與衛(wèi)星組合的彈丸滾轉(zhuǎn)角測量與誤差分析[J]. 曹鵬,王曉鳴,于紀言,吳有龍.  彈箭與制導學報. 2013(06)
[7]一種靈巧彈藥的滾轉(zhuǎn)估計方法[J]. 文云,辛長范,楊春香,陳銘.  兵工自動化. 2013(07)
[8]國外制導炮彈發(fā)展綜述[J]. 白毅,仲海東,秦雅娟,夜樂萍.  飛航導彈. 2013(05)
[9]最新國際地磁參考場模型IGRF11研究[J]. 劉元元,王仕成,張金生,鄭玉航,喬玉坤.  地震學報. 2013(01)
[10]基于地磁傳感器和UKF的靈巧彈藥滾轉(zhuǎn)估計[J]. 陳銘,辛長范,文云,趙書超,馬迎輝.  彈箭與制導學報. 2012(06)

博士論文
[1]彈道修正彈飛行姿態(tài)角磁探測技術(shù)及其彈道修正方法研究[D]. 高峰.南京理工大學 2008

碩士論文
[1]基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的彈箭姿態(tài)估計[D]. 顧貞友.南京理工大學 2013
[2]基于GPS與地磁組合的彈丸姿態(tài)解算方法研究[D]. 張華強.南京理工大學 2012
[3]多傳感器數(shù)據(jù)融合組合測量彈箭飛行姿態(tài)及誤差分析[D]. 郝婷.南京理工大學 2009
[4]地磁探測與GPS復合滾轉(zhuǎn)姿態(tài)檢測技術(shù)研究[D]. 謝海波.南京理工大學 2008



本文編號：3214448