發(fā)布時間：2022-09-17 10:09

　　末敏彈是一種低成本的智能彈藥,能夠高效的擊毀破壞裝甲目標,末敏彈運動參數(shù)的測量在其研制中具有重要意義。而隨著微慣性傳感器研究的進步,微慣性測量系統(tǒng)有著低成本、中精度、小尺寸、低功耗等特點。本文針對無傘末敏彈姿態(tài)測量問題,使用低成本的微慣性測量單元,設(shè)計了卡爾曼濾波器,以估算末敏彈在空中的運動姿態(tài),得到末敏彈的掃描運動參數(shù)。根據(jù)空氣動力學理論,對末敏彈掃描運動時的受力情況進行分析,建立了末敏彈的掃描運動微分方程。建立末敏彈彈體坐標系和導航參考坐標系,用來描述末敏彈的姿態(tài),并得到了末敏彈的掃描運動參數(shù)中掃描角和掃描轉(zhuǎn)速與姿態(tài)角之間的關(guān)系。根據(jù)組合姿態(tài)測量系統(tǒng)的原理,分別設(shè)計了擴展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波及容積卡爾曼濾波算法,以四元數(shù)作為狀態(tài)向量,以加速度計和地磁傳感器輸出數(shù)據(jù)作為觀測向量,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合,更加精確的估計出末敏彈的姿態(tài)角。針對末敏彈高速旋轉(zhuǎn)對加速度計輸出影響問題,提出了通過判斷加速度計輸出誤差來改變量測噪聲矩陣的方法,有效改善了高動態(tài)條件下的姿態(tài)估計精度。通過實驗驗證了算法的有效性,設(shè)計了末敏彈投放試驗測試平臺,最后將算法應用于末敏彈模型的空中投放試驗中,用來對末敏彈掃描運... 

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 末敏彈的研究背景及其姿態(tài)測量意義
    1.2 末敏彈的國內(nèi)外發(fā)展概述
    1.3 末敏彈姿態(tài)測量技術(shù)概述
    1.4 卡爾曼濾波的發(fā)展和應用狀況
    1.5 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
2 末敏彈掃描運動模型及姿態(tài)解算
    2.1 運動模型中使用的坐標系
    2.2 末敏彈所受的力和力矩
        2.2.1 末敏彈彈體和彈翼的受力
        2.2.2 末敏彈所受的力矩
    2.3 末敏彈掃描運動模型
        2.3.1 末敏彈質(zhì)心運動和繞心運動
        2.3.2 末敏彈運動微分方程組
    2.4 末敏彈姿態(tài)測量原理
        2.4.1 姿態(tài)測量中使用的坐標系
        2.4.2 姿態(tài)更新算法
    2.5 末敏彈掃描運動參數(shù)與姿態(tài)的關(guān)系
    2.6 本章小結(jié)
3 卡爾曼濾波在姿態(tài)更新中的應用研究
    3.1 系統(tǒng)濾波模型的建立
        3.1.1 卡爾曼濾波基本原理
        3.1.2 末敏彈掃描參數(shù)估計模型
    3.2 基于廣義擴展卡爾曼濾波的研究
    3.3 基于無跡卡爾曼濾波的研究
        3.3.1 無跡變換
        3.3.2 無跡卡爾曼濾波(UKF)
    3.4 基于容積卡爾曼濾波的研究
        3.4.1 容積準則
        3.4.2 容積卡爾曼濾波(CKF)
        3.4.3 平方根容積卡爾曼濾波(SCKF)
        3.4.4 基于球面單純形-徑向容積準則的SCKF
    3.5 濾波方法仿真
        3.5.1 濾波算法的仿真計算
        3.5.2 濾波算法總體效果對比
    3.6 高轉(zhuǎn)速條件下濾波算法的改進
    3.7 本章小結(jié)
4 姿態(tài)測量方法的驗證和應用
    4.1 實驗平臺介紹
    4.2 姿態(tài)測量方法的驗證實驗
    4.3 末敏彈投放試驗中的應用
        4.3.1 投放試驗過程
        4.3.2 末敏彈運動參數(shù)的解算結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)和展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 研究的不足和展望
致謝
參考文獻


【參考文獻】：
期刊論文
[1]無傘末敏彈大攻角掃描運動穩(wěn)定性分析[J]. 舒敬榮,楊玉林,張婷,楊海波.  航空學報. 2015(10)
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[9]基于改進的迭代容積卡爾曼濾波姿態(tài)估計[J]. 錢華明,黃蔚,孫龍.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2014(06)
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博士論文
[1]基于MARG傳感器的AHRS關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李翔.西安電子科技大學 2013
[2]航天器相對導航中的非線性濾波問題研究[D]. 魏喜慶.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]雙翼末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描技術(shù)研究[D]. 胡志鵬.南京理工大學 2013
[4]無傘末敏彈氣動外形設(shè)計與氣動特性分析[D]. 周志超.南京理工大學 2011

碩士論文
[1]雙翼無傘末敏彈掃描運動設(shè)計方法研究[D]. 王劉星.南京理工大學 2014
[2]捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)設(shè)計與信息融合算法研究[D]. 劉洋.華南理工大學 2013
[3]基于微慣性測量單元的末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描參數(shù)測量方法研究[D]. 馬凱臣.中北大學 2012
[4]無傘末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描運動模型與計算方法研究[D]. 周思淵.南京理工大學 2010
[5]捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中UKF濾波技術(shù)的應用研究[D]. 陸海勇.南京航空航天大學 2009
[6]無傘末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描特性研究[D]. 王愛中.南京理工大學 2008
[7]傘降末敏子彈運動特性研究[D]. 王福海.南京理工大學 2007
[8]末敏彈掃描運動數(shù)學力學模型及計算機仿真[D]. 顧建平.南京理工大學 2007
[9]基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究[D]. 宋麗君.西北工業(yè)大學 2007



本文編號：3679034