基于磁传感器组合的旋转弹姿态测试研究

摘要

现在许多国家已经加快了对精确武器的研究，其中弹体的姿态测试技术是精确制导的关键。目前常用的旋转弹姿态测试的方法有惯性组合测试法、加速度计测试法和磁传感器测试法等。其中惯性组合测试法的成本较大且误差会随时间累积，后续数据处理复杂，不太适用于弹载测试系统。加速度计测试法的数据处理难度较大，可行性不高，且测量范围非常有限。随着地磁理论的不断发展和完善，技术也在不断进步，基于磁传感器测量姿态角的方法已得到广泛应用，该方法具有高可靠性、误差也不会随时间累积的优点。
　　因此，为得到准确的弹体姿态信息，本文提出了将三轴磁传感器和薄膜线圈式地磁传感器组合进行姿态测试。根据薄膜线圈式地磁传感器在地磁场内切割磁感线产生感应电动势，通过改进的欧拉算法解算出滚转角。然后根据三轴磁传感器输出信号建立数学模型，通过坐标变换解算出滚转角、偏航角和俯仰角的关系。通过实弹测试试验获得了测试数据，最终解算出姿态曲线，进一步验证了磁传感器组合测量姿态的可行性。该方法成本低，测试数据准确，有着重要的理论基础和实际的研究意义。
　　本文以存储测试技术为基础，主要研究了基于磁传感器组合的旋转弹姿态测试，具体包括以下几个方面的研究:
　　(1)根据测试系统的基本理论，研究了地磁场的基本理论和坐标变换，选择了适合测试系统的三轴磁传感器和薄膜式地磁传感器，提出了组合测量旋转弹的姿态信息。
　　(2)根据测试需求，研究了适合旋转弹测试系统的测试方案，对硬件电路、机械结构、缓冲材料等方面进行设计，以验证测试方案的可行性。
　　(3)进行实弹测试试验，根据改进的欧拉算法对测试数据进行分析，解算出旋转弹的姿态信息。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 惯性导航技术的发展

1．2．2 飞行体姿态测试方法

1．2．3 地磁测量技术

1．3 本文主要研究内容及结构安排

2．磁传感器和地磁传感器的基本理论

2．1 地磁场的基本理论

2．1．1 地磁场的特点

2．1．2 地磁场基本要素

2．2 姿态测量传感器

2．2．1 惯性元件

2．2．2 磁传感器类型

2．2．3 磁传感器和地磁传感器的适用范围

2．3 弹体材料对地磁场的影响

2．4 本章小结

3．磁传感器和地磁传感器的组合姿态测试研究

3．1 坐标系与坐标变换

3．1．1 常用坐标系

3．1．2 各坐标系之间的转换关系

3．2．1 三轴磁传感器的测试原理

3．2．2 三轴磁传感器的数学模型

3．3 薄膜式地磁传感器的姿态测试方法

3．3．1 薄膜式地磁传感器的工作原理

3．3．2 薄膜式地磁传感器的姿态解算

3．3．3 改进欧拉法的姿态算法

3．4 本章小结

4．弹载测试系统硬件设计

4．1 测试系统总体方案设计

4．2 测试系统的设计准则和指标

4．2．1 测试系统设计准则

4．2．2 测试系统设计指标

4．2．3 状态分析

4．3 硬件电路设计

4．3．1 电源及电源管理模块

4．3．2 传感器选型及适配电路模块

4．3．3 信号调理电路

4．3．4 采集与存储电路模块

4．3．5 控制电路模块及系统软件流程图

4．3．6 电路模块接口

4．4 测试系统的精度分析

4．4．1 影响测试精度的因素

4．4．2 提高测试系统精度的措施

4．5 机械结构设计及缓冲保护

4．6 本章小结

5．弹载测试系统数据分析研究

5．1 模拟实验

5．2 靶场测试实验数据分析

5．2．1 加速度传感器的实验数据分析

5．2．2 薄膜线圈式地磁传感器的实验数据分析

5．2．3 三轴磁传感器的实验数据分析

5．2．4 组合测量姿态角的数据分析

5．3 本章小结

6．1 全文总结

6．2 本文主要创新点、不足及下一步工作

6．2．1 本文主要工作和创新点

6．2．2 本文存在的不足与下一步工作

6．3 前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果

致谢