基于磁阻传感器的常规弹姿态测量技术研究

摘要

常规弹药制导化是近年来国内外军事导航制导领域的研究热点之一，如何实现弹丸姿态角的高精度测量直接影响到常规弹药制导化的研制进程。绝大多数弹丸飞行时伴随高速旋转，姿态角变化范围很大，要求测量器件满足高精度和宽量程的条件。针对该问题，本文利用磁阻传感器测量地磁信号的方法，实现了弹丸姿态角的高精度测量，并且不受量程限制，具有抗过载、体积小、功耗低、误差不随时间累积等优点。
　　以常规弹药为研究对象，在深入调研国内外飞行体姿态测量技术研究进展的基础上，结合弹上应用环境的特殊性，研究了基于磁阻传感器的弹丸姿态测量原理，推导了解算姿态角的数学模型，设计了基于三轴磁阻传感器测量信号的弹丸姿态角解算算法。
　　借助理想弹道数学模型计算得到的姿态角理论数据对算法进行了仿真，并分别从给定姿态角数据不准确误差、初始固定参数不准确误差、磁测数据不准确误差三个方面针对算法误差来源及影响进行了分析。
　　为减小载体磁场对传感器测量数据的影响，针对常规弹的载体磁场分布规律进行了研究，通过二维与三维仿真分析，得到了规则形状铁磁质和简化弹体模型的磁场分布规律，根据仿真结果确定弹体中受载体磁场干扰较小的“磁洁净区”用于安装磁阻传感器。
　　最后设计了静态与动态测试试验验证算法的正确性和有效性，试验结果表明在静态测试条件下姿态角解算误差约为0.5°，动态测试条件下能够实时解算姿态角并且解算误差低于1°。对于飞行过程中航向角变化范围较小的常规弹丸，本文的测量方法能够测得较高精度的姿态角，尤其是对高旋弹丸的横滚角测量，这种优势更明显。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究和发展现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 常规弹姿态测量环境分析

2.1 坐标系与姿态角定义

2.2 常规弹姿态测量环境分析

2.3 影响姿态测量精度的因素——载体磁场干扰

2.4 本章小节

第三章 基于磁阻传感器的常规弹姿态解算算法设计与仿真

3.1 基于磁阻传感器的常规弹姿态测量原理

3.2 常规弹姿态解算算法设计

3.3 常规弹姿态解算算法仿真

3.4 算法误差分析

3.5 本章小节

第四章 常规弹载体磁场有限元分析

4.1 稳定磁场的基本理论

4.2 规则形状铁磁材料的载体磁场二维分析

4.3 常规弹载体磁场三维仿真与分析

4.4 弹体“磁洁净区”

4.5 本章小节

第五章 测姿算法试验验证

5.1 姿态测量系统组成

5.2 静态测试试验

5.3 动态测试试验

5.4 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢