基于两磁传感器极值比值的弹体横滚姿态测量

针对高转速弹体飞行过程中的高速旋转,微惯性器件无法满足测量要求的问题,提出利用两个磁传感器组合测量姿态的方法.将磁传感器组合中的一个与弹轴成锐角安装,利用两磁传感器输出的极值信息,采用极值比值的方法确定姿态,无需知道地磁场强度且解算过程中只需要标量运算.与Thomas Harkins,David Hepner提出的零交叉法相比,姿态角信息多且是单值的.针对极值比值算法及磁传感器安装角度误差进行了仿真,仿真结果表明:该算法具有较高的精度,解算的姿态角与真实姿态角相符;对磁传感器的位置误差修正后,姿态角的解算精度有所提高.     

基于地磁传感器的弹体姿态测量方法

针对现有求解弹体姿态角方法存在易受天气影响、不易分析解的存在性的不足,提出了一种基于地磁传感器的弹体姿态测量方法。该方法基于弹体坐标系及弹轴坐标系之间的转换关系求得弹轴坐标系上磁场强度,并通过迭代的方法解算出弹体姿态角,解决了常规利用磁传感器求解弹体姿态角难以分析解的存在性的问题。仿真结果表明,姿态角解算结果具有较小的误差,且不随时间积累,能实现对弹体的姿态测量。     

MEMS陀螺/磁传感器复合弹丸姿态测量

针对弹体高速旋转下一个微机械陀螺和磁传感器组合无法测量弹丸姿态角的问题,用磁传感器和微机械陀螺构建了新型低成本姿态探测系统。该系统由两个微机械陀螺和一个三轴磁传感器组成,通过测量弹体三轴磁场强度、双轴角速度,实现姿态探测。计算机仿真分析表明:该姿态测量系统可以准确地捕捉到弹体姿态角,实现高速旋转下弹体的姿态测量。     

基于有限元的弹体磁屏蔽效能分析

在地磁导航系统中,弹体的磁屏蔽作用对磁传感器的测量带来很大的误差。为了对该误差进行补偿,文中采用ANSYS软件对弹体的磁屏蔽效能进行分析。首先针对无限长圆柱腔的弹体磁屏蔽系数进行数学建模得到理论值,然后采用ANSYS软件进行仿真分析得到实验值,最后分析得到了磁导率对弹体磁屏蔽系数的影响规律。通过比较可得实验值与理论值的误差很小,验证了利用有限元方法对弹体磁屏蔽效能进行分析的可行性。     

基于磁传感器/GPS组合制导飞行弹体的姿态和位置估计

提出一种基于磁传感器/GPS组合制导的飞行弹体的姿态和位置估计方法。使用两个简化的随机动态方程分别建立飞行弹体的轨迹和姿态动态模型，利用GPS和磁传感器的测量值，基于Kalman滤波和Unscented变换(UT)的组合滤波器，得到弹体轨迹和姿态角的估计值。对155 mm旋转弹的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

抗干扰弹载地磁测姿系统设计

实时准确的弹丸姿态测试是实现高速旋转弹丸正确修正的关键技术。受弹丸高转速、发射时高过载及全天候使用等因素的限制,地磁测量弹体姿态成为解决该关键问题的唯一途径。根据地磁场基本特性、磁阻传感器测量姿态的基本原理,建立了飞行过程中实时解算弹体姿态的简化模型。针对弹体剩磁、舵机干扰等众多影响磁传感器准确测量的问题,设计了抗干扰的弹载地磁测姿系统。为了评估地磁测量弹体转速和滚转角的精度,与基于光敏器件和太阳方位角的绝对滚转角测量系统同时进行飞行试验,通过飞行试验验证,所设计的抗干扰系统有效地减小了弹体剩磁和舵机干扰的影响,基于地磁信息解算出的滚转角速率与光敏器件测量得到的绝对滚转角速率误差在0.5 Hz,解算出的滚转角度误差为6°,符合工程应用的要求。     

基于地磁梯度的弹丸运动涡流磁场模型

针对传统的磁补偿方法不能满足旋转弹丸高速飞行过程中干扰涡流磁场补偿要求的问题,提出了基于地磁梯度的弹丸运动涡流磁场模型。该模型结合弹体涡流磁场与地磁梯度的特点,阐明了运动涡流磁场与弹体飞行参数、地磁场矢量强度和地磁梯度之间的数学关系,完整地体现了影响弹体涡流磁场的因素。数值仿真实验的结果表明,不考虑地磁场梯度会造成涡流补偿效率和姿态角解算精度的降低,且随着弹体飞行跨越地理范围的增大,其误差也增大。所提出的模型有效可靠,可用于弹体背景磁场的补偿研究。     

弹载地磁传感器时变误差的校正

在弹箭设计过程中,为了获得弹体飞行时的气动参数,通常采用地磁传感器来测量弹体的姿态信息,而采用的三轴磁传感器都存在误差,因此,对误差的校正就显得很有必要了。在文中提出了一种新的校正方法,该方法是对已有的常规误差校正方法的扩展,使之能用来对磁传感器的时变误差进行校正。这种方法可用于复杂电磁环境中的弹载测量系统,可以有效校正磁传感器的测量误差,最后通过仿真实验数据对结果进行了验证。     

基于非正交磁传感器组合的旋转弹体横滚角测试

针对微惯性传感器测量误差随时间严重发散且量程不能满足旋转弹体横滚角测量的要求,采用磁传感器组合对旋转弹体的横滚角测量及工程可实现性进行了研究。对于不同角度、位置安装的磁传感器,给出了其敏感轴上的数学表达式,并且利用两个非正交安装的磁传感器输出的极值之比与俯仰角呈固定关系进行姿态角求解。分析了产生奇异的条件和使用磁传感器进行横滚角测量的可行性,并对传感器布阵方案及解算方法进行了半实物实验。实验结果表明,俯仰角和横滚角的解算误差基本控制在1°以内,此测量方案适用于偏航角变化不大的旋转弹体。     

地磁传感器测量弹体滚转姿态方法研究

地磁传感器抗过载能力强且成本低,在制导炮弹中得到广泛应用,它的主要功能是测量弹体姿态;介绍了一种双轴地磁传感器测量弹体滚转姿态的方法,该双轴传感器固联在弹体横截面上;该测量方法利用地磁传感器随弹体滚转时感应磁场变化产生的正弦输出解算弹体滚转角速率及滚转方向,利用经纬度信息及弹体俯仰偏航信息,根据地磁场模型计算地磁场矢量在弹体横截面上的投影分量,然后由投影分量解算出滚转姿态角的基准角,最后根据双轴地磁传感器输出和基准角判定弹体姿态角;通过试验验证了该滚转姿态测量方法的可行性,并进行了误差分析,误差在可接受范围内,可满足简易制导炮弹需求。     

轨道炮弹丸所处强磁场环境屏蔽设计与仿真

针对电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰问题,采用 COMSOL中 PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型和脉冲电流模型;采用趋肤效应理论分析电磁屏蔽原理,建立了屏蔽效能评估方法,并设计了一种屏蔽体模型。分别采用导电、导磁材料设计了单层、多层组合屏蔽体,用 COMSOL中磁场模块计算离弹底不同距离处的强磁场屏蔽效果,得出在离电枢较近时,导电材料与导磁材料的屏蔽效能较低,屏蔽体距离电枢越远时,导电材料的屏蔽效能不变,导磁材料的屏蔽效能逐渐提高,距离电枢100 mm时屏蔽效能达到34 dB。轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。     

弹道修正引信中的地磁信号及其抗干扰研究

为了利用地磁传感器获取弹道修正弹的飞行姿态角,分析了磁场高度、地磁异常、弹体磁场干扰和系统噪声及其对地磁信号的影响情况,提出了相应的抗干扰措施.介绍了基于地磁探测的弹丸滚转角辨识原理,进行了滚转角辨识系统静态与动态试验.结果表明,利用弹载地磁传感器并结合抗干扰措施所获得的地磁信号稳定可靠,可为弹丸飞行姿态角探测所利用,实验室条件下滚转角辨识精度在5°以内.     

基于弹载地磁测试的高速旋转稳定弹锥形运动分析

为了研究高速旋转稳定弹丸在飞行过程中的锥形运动规律,采用弹载地磁姿态测试方法,通过分析当地地磁矢量、弹丸速度矢量及弹轴地磁测试分量间的角度关系,构建高速旋转弹丸角运动规律及参数的测试模型。给出弹载地磁测试的试验方法,构建测试平台及相应的标定与校正设备,通过试验测试获得了地磁测试数据,完成了地磁测试数据的信号滤波与姿态解算,得到弹丸锥形运动的轨迹曲线。结合弹丸角运动模型对测试弹丸的角运动过程测试结果进行分析,进一步分解得到了弹丸进动、章动运动规律。分析结果表明弹载地磁测试与弹丸角运动模型可以相互支撑,能准确揭示高速旋转弹锥形运动的规律。     

基于磁阻传感器的弹体姿态测量系统

为实时准确获取弹体俯仰和滚转参数,提出一种利用磁阻传感器获取地磁场强度,结合微机电陀螺精确求解弹体姿态的方法。介绍了基于地磁场的姿态测量系统原理和硬件设计,对存在的各种误差进行了分析,并提出了相应的误差补偿方法。最后,对所设计的系统进行了验证。结果表明,其测量姿态角精度优于1°。     

弹箭滚转姿态地磁测角仪的卡尔曼滤波算法

为降低地磁测角仪测量地磁场矢量信息解算弹箭滚转姿态角误差,文中运用卡尔曼滤波算法对弹体滚转角进行估计.通过对火箭弹滚转角速度变化规律的分析,用二阶近似表达弹体滚转运动规律作为卡尔曼滤波算法的系统方程,以磁场强度与数字量输出之间的非线性关系作为卡尔曼滤波算法的量测模型.通过实验仿真分析结果表明,滤波所得弹体滚转角、滚转角速度精度满足弹道修正弹要求,可用于弹道修正弹药被动段的弹道控制.     

基于DSP 的地磁陀螺组合测姿系统

为解决弹体姿态控制能力问题,对基于DSP的地磁陀螺组合测姿系统进行研究,将三轴MEMS陀螺与地磁组合成样机,基于旋转矢量法姿态算法和TMS320F28335进行数据处理,并进行转台试验,解算出不同转速下的滚转角并进行误差分析。试验结果表明:该方案能够实时、准确、稳定地处理陀螺和地磁信号并解算出姿态结果,满足姿态控制的要求。     

地磁陀螺组合弹药姿态探测技术研究

在对飞行弹体控制时，需要实时获取弹体的姿态角。文中提出了一种采用地磁传感器和硅微陀螺构建低成本姿态探测系统的方案，给出了利用地磁矢量和陀螺探测结果进行弹体姿态解算的数学模型。仿真结果显示．该方案在一定条件下可以达到较高的精度。     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰，一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度，对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论，推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成，建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型；在分析磁场传感器测量误差的基础上，建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确，可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明，所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。     

表面异形遮弹层的诱偏机理与试验

为揭示表面异形遮弹层的诱偏机理,采用Hertz接触理论建立了弹体与偏航层中异形体撞击的力学模型,综合考虑了弹体入射姿态、命中速度以及异形体材料特性、几何参数等因素的影响,并根据刚体运动学理论进一步导出弹体与异形体撞击过程中的运动微分方程.弹体偏转角随命中速度增大而增大;在一定速度范围内,计算结果与试验数据较为接近.结果表明,弹体在撞击异形体的过程中受到巨大的非对称力作用,且其作用随命中速度增大而增大,致使产生较大的攻角和角速度,削弱了弹体侵彻威力.