基于加计与微硅陀螺的迫弹滚转角测量研究

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制导迫弹的使用可以显著提高迫击炮系统的作战能力,因此当前世界上的主要军事力量都在对其进行深入的研究和开发。深入开展制导迫弹姿态测量方面的研究工作是非常必要的,因为只有准确获取迫弹姿态,才能够实现其制导化。无驱动结构硅微机械陀螺是一种基于MEMS技术,不需要外部驱动结构即可实现测量的陀螺仪,具有成本低廉和抗过载能力强等优点。在当前军事领域中,它已被广泛应用于迫击炮弹的姿态测量任务中。不过该陀螺在载体自旋速度比较低、弹道较平缓的情况下输出信号噪声较大,很难获取有效信号。理论和试验表明,加速度计在载体自旋速度低、弹道平缓情况下信号正弦特征明显,易于解算转角。在解算弹体姿态方面,无驱动结构微机械陀螺和加速度计具备了信息融合的基础。本文针对无驱动硅微机械陀螺的不足之处,提出了无驱动结构硅微机械陀螺、加速度计组合姿态测量系统方案,实现了优势互补。本文的主要研究工作如下:(1)为了解决单一无驱动结构硅微机械陀螺仪在平缓弹道姿态解算中存在的问题,提出了一种加速度计和微硅机械陀螺组合测量的方法。该方法采用传感器互补测量技术,充分利用两种传感器的优势,从而有效提高组合姿态测量系统的可靠性和精度。(2)在姿态解算算法方面,采用扩展卡尔曼滤波完成信号滤波、希尔伯特算法完成全周期姿态解算,并采用自适应互补滤波算法完成无驱动结构硅微机械陀螺和加速度计的解算信息融合。通过仿真验证可知本算法可提高姿态解算结果精度。(3)在硬件方面,基于STM32芯片设计了信号处理电路,实现了电压转换、数据采集、姿态算法解算、数据通信功能。(4)在实验方面,采用加速度计与无驱动结构硅微机械陀螺组合测量系统在三轴精密转台进行实验。经实验结果分析,进一步验证了该系统在提高滚转角解算精度方面的有效性,滚转角解算最大误差在4°左右,达到了预期效果。
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