發(fā)布時間：2021-10-28 11:14

　　隨著對彈藥射擊精度要求的不斷提高及各種智能彈藥的研制,迫切需要掌握彈體飛行的規(guī)律。精確測量彈體的飛行姿態(tài)參數(shù)成了刻不容緩的研究任務。準確測試旋轉彈體的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)以提高各種武器性能,對我國國防科技發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。利用地磁場測量來實現(xiàn)彈體的姿態(tài)測試具有無源、無輻射、全天時、全天候、能耗低的優(yōu)良特征,已經成為彈箭姿態(tài)信息獲取方法的發(fā)展趨勢。目前所有利用地磁來進行飛行體姿態(tài)測量的方法都面臨背景磁場的干擾問題,且僅測量地磁場三軸分量無法得到姿態(tài)角的全部信息,使得該技術在載體姿態(tài)測量中還處于輔助測量的地位。本文對旋轉彈體背景磁場的干擾機理和特性進行分析,建立了背景磁場的數(shù)學模型,進行了彈上地磁場測量的模型化補償技術的研究。采用全磁傳感器組合,尋求合理的布陣方式及解算方法,設計了基于地磁探測的旋轉彈體姿態(tài)角測量方案。在此基礎上完成了測試系統(tǒng)的軟硬件設計,對研制的測量裝置進行了半實物仿真實驗,驗證了所設計方案的有效性。論文具體包括以下內容：（1）在分析背景磁場的組成及其干擾機理的基礎上,研究了旋轉彈體背景磁場的數(shù)學建模,并結合磁傳感器自身誤差特性,建立了地磁場測量綜合補償模型,提出了彈上地磁... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 選題的背景及意義
        1.1.1 選題的背景
        1.1.2 選題的意義
    1.2 國內外研究概述
        1.2.1 慣性導航系統(tǒng)的發(fā)展研究概況
        1.2.2 無陀螺慣性測量系統(tǒng)的發(fā)展研究概況
        1.2.3 基于地磁測量的導航測姿技術發(fā)展研究概況
        1.2.4 載體磁測量補償技術的發(fā)展研究概況
    1.3 本論文的研究內容與結構
2 基于地磁測量的彈體姿態(tài)測試原理
    2.1 引言
    2.2 姿態(tài)測試中的坐標系與姿態(tài)矩陣
        2.2.1 常用坐標系
        2.2.2 姿態(tài)角與姿態(tài)矩陣
    2.3 慣導系統(tǒng)的基本姿態(tài)更新算法
    2.4 地磁場的基本理論
        2.4.1 地磁場的組成特點和要素
        2.4.2 地磁場的解析模式
        2.4.3 地磁差異及應用分析
    2.5 基于三軸磁傳感器的測姿基本方法與數(shù)值仿真
        2.5.1 基于載體三軸地磁分量測量的姿態(tài)算法原理
        2.5.2 基于載體三軸地磁分量測量的姿態(tài)算法的數(shù)值仿真
    2.6 本章小結
3 彈體背景磁場理論分析與建模
    3.1 引言
    3.2 彈體材料特性簡介
    3.3 彈體背景磁場原理分析
        3.3.1 固定剩余磁場原理
        3.3.2 磁化感應磁場原理
        3.3.3 渦流感應磁場原理
    3.4 磁傳感器測量坐標系下的彈體背景磁場建模
        3.4.1 彈載磁傳感器測量坐標系簡介
        3.4.2 地磁、固定、磁化磁場建模
        3.4.3 渦流磁場建模
        3.4.4 磁傳感器測量坐標系下彈體背景磁場總模型
        3.4.5 背景干擾磁場原理實驗研究
    3.5 彈上地磁測量綜合補償模型
        3.5.1 磁傳感器輸出模型
        3.5.2 地磁測量綜合補償模型
        3.5.3 背景磁場引起的姿態(tài)角測量誤差分析
        3.5.4 數(shù)值仿真
    3.6 本章小結
4 地磁測量補償模型系數(shù)的辨識技術研究
    4.1 引言
    4.2 地磁測量補償模型系數(shù)的特點與分類
    4.3 靜態(tài)補償系數(shù)辨識方法研究
        4.3.1 橢球幾何變換擬合法
        4.3.2 十二位置不對北法
        4.3.3 基于線性支持向量機SVM的參數(shù)估計
        4.3.4 線性神經網(wǎng)絡參數(shù)辨識
        4.3.5 靜態(tài)補償參數(shù)各種算法的比較
    4.4 動態(tài)渦流補償系數(shù)辨識方法研究
        4.4.1 不同運動狀態(tài)下載體地磁三分量變化率分析
        4.4.2 動態(tài)渦流補償系數(shù)的辨識實驗設計
        4.4.3 渦流補償參數(shù)的求解及分析
    4.5 本章小結
5 基于全磁傳感器組合的姿態(tài)測試方案設計
    5.1 引言
    5.2 基于磁傳感器特征比值的姿態(tài)角初步估計算法
        5.2.1 旋轉彈體飛行姿態(tài)特點簡介
        5.2.2 磁傳感器組合布陣方式
        5.2.3 零交叉法
        5.2.4 極值比值法
        5.2.5 三正交比值法
    5.3 三種特征比值的姿態(tài)算法的對比與仿真
        5.3.1 三種算法的比較
        5.3.2 數(shù)值仿真分析
    5.4 基于全磁傳感器組合與模型化補償技術的姿態(tài)角修正方案
        5.4.1 基于模型化補償技術的姿態(tài)角修正算法
        5.4.2 算法數(shù)值仿真分析
    5.5 全磁定姿算法的適用性分析
        5.5.1 姿態(tài)角誤差范圍分析
        5.5.2 測量盲區(qū)的分析
    5.6 本章小結
6 全磁姿態(tài)測量系統(tǒng)的軟硬件設計
    6.1 引言
    6.2 姿態(tài)測量系統(tǒng)的總體方案分析與設計
    6.3 姿態(tài)測量系統(tǒng)的硬件電路設計
        6.3.1 磁傳感器調理電路設計
        6.3.2 FPGA最小系統(tǒng)電路設計
        6.3.3 AD轉換電路設計
        6.3.4 數(shù)據(jù)存儲電路設計
        6.3.5 USB通訊電路設計
        6.3.6 電源電路設計
    6.4 姿態(tài)測量系統(tǒng)的軟件設計
        6.4.1 數(shù)據(jù)采集存儲程序設計
        6.4.2 USB通訊程序設計
    6.5 系統(tǒng)軟硬件抗干擾設計
    6.6 本章小結
7 旋轉彈體地磁定姿的半實物實驗研究
    7.1 引言
    7.2 全磁傳感器組合的彈體測姿系統(tǒng)半實物裝置的設計
        7.2.1 半實物裝置機械結構的設計
        7.2.2 PCB電路板結構設計
        7.2.3 半實物樣機測量系統(tǒng)的其他配件
    7.3 系統(tǒng)半實物裝置的硬件電路調試
        7.3.1 磁傳感器硬件電路性能測試
        7.3.2 數(shù)采存儲電路性能測試
    7.4 地磁分量測試信號預處理方法研究
        7.4.1 小波消噪技術
        7.4.2 地磁信號小波消噪實驗分析
    7.5 姿態(tài)算法轉臺驗證實驗及結果分析
        7.5.1 轉臺實驗系統(tǒng)簡介
        7.5.2 轉臺實驗結果分析
    7.6 馬歇特錘沖擊實驗
    7.7 本章小結
8 總結與展望
    8.1 論文總結
    8.2 創(chuàng)新點歸納
    8.3 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]硅微陀螺儀正交耦合系數(shù)的計算及驗證[J]. 姜劭棟,裘安萍,施芹,蘇巖.  光學精密工程. 2013(01)
[2]環(huán)氧樹脂灌封技術淺析[J]. 孫霞.  電子世界. 2012(23)
[3]數(shù)字磁羅盤的全姿態(tài)羅差補償[J]. 劉仁浩,王華.  光學精密工程. 2011(08)
[4]地磁場全球建模和局域建模[J]. 徐文耀,區(qū)加明,杜愛民.  地球物理學進展. 2011(02)
[5]傅里葉變換與小波變換在信號去噪中的應用[J]. 司禎禎.  電子設計工程. 2011(04)
[6]嵌入式系統(tǒng)的存儲測試技術及無線傳輸應用[J]. 孫婷婷,馬鐵華,沈大偉.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應用. 2011(01)
[7]彈道修正彈發(fā)展綜述[J]. 張民權,劉東方,王冬梅,龐艷珂.  兵工學報. 2010(S2)
[8]基于磁強計和陀螺的彈箭飛行姿態(tài)測試方法[J]. 崔敏,馬鐵華,段精婧,范錦彪.  彈箭與制導學報. 2010(06)
[9]UKF在基于地磁場的自主導航中的應用分析[J]. 王向磊,趙東明.  大地測量與地球動力學. 2010(06)
[10]全磁傳感器彈體定姿布陣與半實物仿真[J]. 李玎,卜雄洙,向超,曾俊.  南京理工大學學報(自然科學版). 2010(05)

博士論文
[1]基于磁傳感器組合的旋轉彈體姿態(tài)測試方法研究[D]. 李玎.南京理工大學 2009
[2]基于地磁探測的彈丸滾轉角辨識系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 陳勇巍.南京理工大學 2007
[3]無陀螺慣性測量組合仿真及實驗研究[D]. 牟淑志.南京理工大學 2007

碩士論文
[1]基于微慣性組合的嵌入式航姿參考系統(tǒng)研究[D]. 楊續(xù)偉.上海交通大學 2012
[2]基于三維磁探測的彈丸姿態(tài)角檢測技術研究[D]. 陳麗.南京理工大學 2009
[3]弱磁傳感器在地磁探測應用中的功能優(yōu)化研究[D]. 路超.南京理工大學 2008
[4]慣性/地磁組合導航技術研究[D]. 晏登洋.西北工業(yè)大學 2007



本文編號：3462730