姿態(tài)測量是制導炮彈實現(xiàn)精確打擊目標的一項關鍵技術,姿態(tài)測量的精度直接影響到炮彈制導的精度。因此姿態(tài)解算算法的分析和姿態(tài)測量系統(tǒng)的設計便成為研究制導炮彈導航制導的重要環(huán)節(jié)。本文選用陀螺儀和地磁傳感器研究設計了一種組合測量制導炮彈的飛行姿態(tài)的方案,并基于DSP處理器完成了姿態(tài)解算單元的軟硬件設計。本文首先介紹了陀螺儀和地磁傳感器測量姿態(tài)的基本原理,針對陀螺儀,深入分析了圓錐運動下等效旋轉矢量法,選用基于角速率和角增量的改進算法;針對地磁傳感器,選用非正交的兩個單軸地磁傳感器的安裝方式,在極值比值法的基礎上提出精度更高的積分比值法。然后介紹了地磁陀螺儀的組合測姿算法,利用地磁數(shù)據(jù)解算出的滾轉角信息對陀螺儀漂移誤差進行補償。最后詳細介紹了基于TMS320F2812處理器的姿態(tài)解算單元的軟硬件設計,硬件設計包括最小系統(tǒng)電路、片外RAM模塊電路以及通信模塊電路;軟件設計包括了總體設計、數(shù)據(jù)通信模塊以及姿態(tài)解算模塊的程序設計。實驗仿真表明該方案具有可行性和較高的精度。本文針對高動態(tài)環(huán)境下的制導炮彈研究和探索了一種傳感器組合測姿方案,利用陀螺儀和地磁傳感器互補的特性,大大提高系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性,故該方案... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 彈體姿態(tài)測量方法研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內容及章節(jié)安排
2 測姿系統(tǒng)理論概述
    2.1 常用坐標系
    2.2 坐標系轉換及姿態(tài)角
    2.3 陀螺儀測量原理及選型
        2.3.1 陀螺儀分類及工作原理
        2.3.2 本文選用的彈載陀螺儀
    2.4 地磁測量原理及選型
        2.4.1 地磁場基本理論
        2.4.2 地磁傳感器分類及測姿原理
        2.4.3 本文選用的地磁傳感器
    2.5 本章小結
3 高動態(tài)捷聯(lián)慣導姿態(tài)算法及仿真
    3.1 四元數(shù)法與旋轉矢量法
        3.1.1 四元數(shù)法
        3.1.2 四元數(shù)的初始化和規(guī)范化處理
        3.1.3 旋轉矢量法
    3.2 錐運動環(huán)境下的旋轉矢量優(yōu)化算法
        3.2.1 經典圓錐運動
        3.2.2 精度準則
    3.3 基于角增量的旋轉矢量法
    3.4 基于角速率的旋轉矢量法
        3.4.1 基于角速率的雙子樣旋轉矢量算法
        3.4.2 基于角速率的圓錐運動優(yōu)化算法
    3.5 改進的等效旋轉矢量算法
    3.6 圓錐運動環(huán)境下的算法仿真
    3.7 本章小結
4 地磁傳感器姿態(tài)算法設計
    4.1 磁傳感器姿態(tài)測量的算法原理
    4.2 磁傳感器俯仰角算法
        4.2.1 極值比值法求解俯仰角
        4.2.2 積分比值法求解俯仰角
    4.3 地磁傳感器滾轉角算法
    4.4 地磁測姿仿真
    4.5 本章小結
5 陀螺地磁組合姿態(tài)測量算法設計及仿真
    5.1 陀螺儀與地磁傳感器組合姿態(tài)算法
        5.1.1 初始姿態(tài)角解算方法
        5.1.2 實時姿態(tài)角解算方法
    5.2 彈道及姿態(tài)算法仿真
        5.2.1 生成彈道及彈體姿態(tài)數(shù)據(jù)
        5.2.2 生成傳感器器件數(shù)據(jù)
        5.2.3 姿態(tài)解算算法仿真
    5.3 本章小結
6 基于DSP的姿態(tài)解算單元軟硬件設計
    6.1 姿態(tài)解算單元硬件設計
        6.1.1 TMS320F2812芯片介紹
        6.1.2 最小系統(tǒng)電路設計
        6.1.3 片外RAM模塊設計
        6.1.4 通信模塊電路設計
    6.2 姿態(tài)解算單元軟件設計
        6.2.1 軟件開發(fā)環(huán)境
        6.2.2 姿態(tài)解算單元軟件總體設計
        6.2.3 數(shù)據(jù)接收驅動軟件設計
        6.2.4 姿態(tài)解算模塊軟件設計
        6.2.5 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊軟件設計
    6.3 測姿系統(tǒng)實驗驗證
        6.3.1 上位機串口軟件
        6.3.2 實驗驗證
    6.4 本章小結
7 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
致謝
參考文獻
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]基于磁阻與加速度傳感器的彈體姿態(tài)測量系統(tǒng)研究[D]. 楊永鑫.南京理工大學 2010
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[5]制導炮彈飛行姿態(tài)的陀螺/磁阻傳感器組合測量方法研究[D]. 韓艷.南京理工大學 2010
[6]艦載智能天線通信系統(tǒng)的關鍵技術研究[D]. 郝榮昌.西安電子科技大學 2010
[7]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
[8]基于DSP的激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)實時實現(xiàn)方法研究[D]. 李同安.國防科學技術大學 2007



本文編號：3613181