基于全加速度计的旋转弹姿态测量技术

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在当今世界军事化水平蓬勃发展的大趋势下,更高精度、成本更低的制导炮弹成为研究的焦点。其中准确测量制导炮弹的姿态角是制导炮弹能否精确制导的一项关键技术。传统的姿态角测量主要使用陀螺仪与加速度计共同完成,但是在制导炮弹发射时存在大加速度的条件下,陀螺仪往往容易损坏,无法完成测姿。因此针对传统测姿方法存在的问题,只使用加速度计测量制导炮弹的姿态角是一种较好的方法。随着加速度计制造工艺的提高,加速度计具有低成本、低能耗、高精度、抗过载能力强等优点。在这种大背景下,本文对基于全加速度计的旋转弹姿态测量技术进行了深入的研究。  首先,对空气弹道旋转弹进行了建模,并生成了理论的基准惯导数据。并针对九加速度计与十二加速度计安装构型,推导了运用全加速度计输出解算弹体角速度的各种方法,通过仿真进行验证,可知对数法和积分法解算弹体角速度精度较高,十二加速度计安装构型较九加速度计安装构型更适合旋转弹测姿系统。  其次,针对全加速度计存在位置安装误差的问题,提出了一种改进的十二加速度计安装构型,以减小位置安装误差对解算角速度的影响,并推导了相应的误差公式。将传统十二加速度计构型与提出的改进十二加速度计构型进行比较,可以发现在加速度计位置安装误差相同时,改进构型可以提高弹体角速度的解算精度。  最后,针对传统惯导中四阶龙格库塔算法、旋转矢量算法解算弹体姿态角误差随着时间积累的问题,研究了地磁与全加速度计组合测姿的方法解算弹体姿态角。经过分析和仿真,这种方法有效的抑制了姿态角解算误差的发散,在一定程度上提高了姿态角的解算精度。
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