优秀研究生学位论文题录展示

基于磁传感器组合的旋转弹体姿态测试方法研究

专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 专家系统 故障树 神经网络 故障诊断 飞行驾驶仪 自动诊断系统
分类号: V44  V24
形 态: 共 131 页 约 85,805 个字 约 4.104 M内容
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内容摘要


各种弹丸飞行姿态参数的获取无论是对弹丸的设计、弹丸空气动力学的研究还是对引信的设计都有着重要的意义,因此准确测试弹丸飞行姿态数据对加快武器研究进度和提高武器性能意义重大。

随着地磁理论的不断完善以及传感器、微处理器和解算算法的日趋成熟,利用磁探测技术测量弹丸地磁场的各个信号分量,通过计算可以获得弹丸的空间姿态,并以其隐蔽性好、可靠性高、抗干扰能力强、具有抗高过载能力和误差不随时间积累等优点成为了当前测姿和导航研究领域的一个热点。

本文设计了以磁传感器组合为主的组合测姿的方案,用于测量旋转弹体的姿态。

进行了传感器的布阵及相应的算法研究,在仿真的基础上完成了系统的软硬件设计,对研制的测量组合进行了半实物仿真,验证了本文设计方案的有效性,对磁传感器测量组合的实用化进行了有益的尝试。

同时,针对存在线加速度的弹体探讨了磁\微惯性传感器的kalman滤波器设计,并通过仿真验证了滤波器的性能。

具体包括以下内容:

(1)提出了两种应用于高转速弹体姿态测量的方案,这两种方案均适用于有线加速度的载体,并且具有无需知道地磁场强度、只需要标量运算、不受光线天气限制等特点。

(2)设计了适用于弹载和转台实验的实时数据采集系统,应用于转台实验时,可采用无线通信、实时传输的模式,应用于弹载测试时可采用数据存储、事后回收的模式。

(3)分析了磁传感器测量组合的误差源,并着重讨论了软硬铁效应补偿措施。

对于有条件进行天向翻滚的应用场合,采用了十二位置不对北的标定方法,并通过转台实验验证了此方法对软硬铁效应补偿的效果。

(4)对姿态测量系统的电磁兼容性进行了设计,采用小波分析技术对地磁测量信号进行预处理以便为姿态解算提供有价值的前端数据。

利用转台进行了半实物实验并对转台实验数据进行了解算和分析,结果表明解算姿态角与理想姿态角相比误差在1.内。

(5)探讨了磁传感器\微惯性器件的kalman滤波器的设计,尤其是对于有摇摆和线加速度的弹体,通过仿真验证了所设计的kalman滤波器的性能,并对两种滤波器进行了比较。

关键词:

磁传感器组合,数值仿真,误差分析,罗差,半实物仿真,kalman滤波器

全文目录


摘要
注释表
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题的背景
1.1.3 选题的意义
1.2 国内外研究概述
1.2.1 惯性导航系统的研究概况
1.2.2 无陀螺惯性测量组合的研究概况
1.2.3 组合导航系统的研究
1.3 本文的研究内容
2 基于地磁探测的载体姿态测量基本原理与方法
2.1 引言
2.2 坐标系定义
2.3 姿态角与姿态矩阵
2.4 等效旋转矢量法
2.5 地磁场基本理论
2.5.1 地磁场的特点
2.5.2 常用地磁场模型
2.6 地磁场应用分析
2.7 三轴磁传感器与加速度计组合测姿的基本原理与数值仿真
2.7.1 三轴地磁测量模型
2.7.2 三轴磁传感器与加速度计测姿的基本原理与数值仿真
2.8 本章小结
3 基于磁传感器组合的新型姿态测量方案设计
3.1 引言
3.2 旋转弹丸飞行稳定性简介
3.3 磁传感器特殊配置的关键技术
3.3.1 地磁矢量与各坐标系之间的关系
3.3.2 磁传感器特殊配置方式
3.3.3 特殊配置的磁传感器解算方法
3.3.4 零交叉法与极值比值法的比较
3.4 偏航角修正的两种测量组合方案研究
3.4.1 加速度计与磁传感器配置方案
3.4.2 全磁传感器配置方案
3.4.3 两种偏航角修正方案的比较
3.5 姿态解算算法的适用条件
3.6 本章小结
4 磁传感器测量组合硬件电路设计
4.1 引言
4.2 测试系统总体方案设计
4.2.1 微控制器的选型
4.2.2 ADC的选型
4.2.3 FLASH芯片的选型
4.2.4 无线传输的解决方案
4.3 测试系统硬件电路设计
4.3.1 磁传感器置位/复位电路设计
4.3.2 调理电路设计
4.3.3 数据采集和存储电路设计
4.3.4 无线传输部分电路设计
4.3.5 电源模块
4.4 测试系统软件设计
4.4.1 初始化程序设计
4.4.2 采集存储程序设计
4.4.3 USB通信程序设计
4.5 硬件抗干扰设计
4.6 软件抗干扰设计
4.7 本章小结
5 磁传感器测量组合误差分析
5.1 引言
5.2 磁传感器组合的误差分类
5.3 俯仰角解算误差分析
5.3.1 安装角度误差分析
5.3.2 σ_m查表误差分析
5.4 横滚角解算误差分析
5.5 偏航角修正误差分析
5.5.1 姿态信号的间接传递误差
5.5.2 罗差分析及修正方法的研究与应用
5.6 本章小结
6 磁传感器组合弹体测姿的半实物仿真研究
6.1 引言
6.2 磁传感器测量组合的结构设计
6.2.1 结构设计原则
6.2.2 系统微型化
6.2.3 磁传感器测量组合的灌封
6.3 磁传感器信号预处理
6.3.1 弹上地磁信号模型
6.3.2 小波消噪算法
6.3.3 地磁信号的小波消噪结果分析
6.4 磁传感器测量组合的电磁兼容性设计
6.4.1 测量组合的电磁兼容性分析
6.4.2 测量组合的抗电磁干扰设计
6.4.3 电磁兼容性实验
6.5 测量系统转台实验及结果分析
6.5.1 实验系统简介
6.5.2 转台实验结果分析
6.6 本章小结
7 磁传感器/微惯性传感器组合测姿的kalman滤波器设计
7.1 引言
7.2 测量误差模型与姿态误差四元数
7.2.1 测量误差模型
7.2.2 姿态误差四元数
7.2.3 姿态误差四元数的微分方程
7.3 磁传感器和陀螺/加速度计组合测姿的kalman滤波器设计
7.3.1 kalman滤波器的状态方程
7.3.2 kalman滤波器的观测方程
7.3.3 kalman滤波器设计
7.4 陀螺/磁传感器组合测姿的kalman滤波器设计
7.4.1 陀螺姿态确定方法
7.4.2 磁传感器组合姿态确定方法
7.4.3 卡尔曼滤波器组合定姿算法
7.5 本章小结
8 总结与展望
8.1 论文总结
8.2 创新点归纳
8.3 后续工作展望
参考文献
附录

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中图分类: > V44 > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制
其他分类: > V24 > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航

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