基于孔缝耦合的可定位无线式弹载存储测试系统研究

摘要

炮弹、导弹等武器在研发过程中需要进行大量的试验来验证相关性能是否满足设计指标。虽然弹载存储测试技术日趋成熟，但仍存在试验后存储测试装置落点搜寻困难，回收与数据读取效率低下等问题。针对该问题目前最常见的解决方案是将定位技术和无线通信技术融合进传统的存储测试技术里，采用弹射法解决金属弹体对无线信号的屏蔽问题。但该方案的不足之处是需要与弹体试射无关的弹射装置且非全弹道测试。 根据实际工程需要，本文提出了一种基于孔缝耦合的可定位无线式弹载存储测试系统方案，为上述问题的解决提供了新的思路。分析了等势体的静电屏蔽效应，基于巴比涅原理研究了电磁波在具有孔缝的封闭金属空腔内外的耦合特性。借助CST软件建立金属圆柱型弹体模型与狭缝模型，基于控制变量法进行有限元仿真，在GPS与4G信号频段内确定缝隙的长度、宽度、深度、缝隙填充介质、天线安装位置等参数对孔缝耦合效应的影响。之后基于Solidworks软件设计模拟弹缝隙与存储测试装置的机械结构。 从硬件和软件两方面提升多模式定位模块MAX-M8Q的性能。硬件优化主要在于防静电保护和天线接入端的抗干扰研究。软件方面主要在于采用闭环控制法优化定位模块的启动性能以及采用空闲中断法优化NMEA-0183协议数据帧的接收。 基于4G数传模块通过云服务器透传数据，大大提升了目前存储测试系统的通信距离与可靠性。此外，采用“乒乓存储算法”优化了存储效率;对系统进行了低功耗设计与抗过载研究;并基于QT开发了上位机软件，基于JS开发了具备纠偏功能的地图工具。 通过各模块实验及整机上弹实验，对本课题设计的存储测试装置的性能及指标进行了考核。实验结果表明，该装置在无沙土掩埋时静态定位误差不超过3米，沙土掩埋时静态定位误差不超过20米;抗过载性能满足10000g;并能实现远距离无线数据回收。

目录

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摘要

1绪论

1．2存储测试技术发展现状

1．2．1存储测试国外研究现状

1．2．2存储测试国内研究现状

1．3金属腔体的孔缝耦合研究现状

1．4课题研究内容与结构

2系统总体方案

2．1系统需求分析及技术选型

2．1．1金属腔体静电屏蔽解决方案对比

2．1．2定位方案对比

2．1．3远程无线通信方案对比

2．2总体方案

2．3本章小结

3等势体内基于孔缝耦合原理的通讯技术研究

3．1等势体静电屏蔽原理

3．2孔缝耦合原理

3．3孔缝耦合仿真分析

3．3．1弹体缝隙模型的建立

3．3．2弹体缝隙的电磁场仿真分析

3．4机械结构设计

3．5本章小结

4可定位无线式弹载存储测试系统关键技术研究

4．1．1定位模块硬件设计

4．1．2闭环控制法优化定位模块启动性能

4．1．3定位模块软件设计与优化

4．2基于4G的云透传通信系统设计

4．3微型存储采集系统设计

4．3．1采集电路设计

4．3．2电源设计

4．3．3乒乓存储算法

4．4低功耗与抗过载研究

4．4．1低功耗设计

4．4．2抗过载研究

4．5远程监控端软件设计

4．5．1基于QT的上位机软件开发

4．5．2基于JS的纠偏地图开发

4．6本章小结

5实验联调及数据分析

5．1模块性能单独测试实验

5．1．1定位实验

5．1．2沙土掩埋实验

5．1．3通信实验

5．1．4马歇特锤击实验

5．2整机上弹实验

5．2．1某型火箭橇运行加速度检测实验

5．2．2某高过载弹体无损回收试验

5．3本章小结

6总结与展望

6．1工作总结

6．2论文创新点

6．3工作展望

致谢

参考文献

附录