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旋转弹用免驱动三轴MEMS陀螺角速率提取算法研究

尚剑宇  
【摘要】:常规弹药的制导化改造过程中,传统的速率陀螺难以在高转速、高过载的恶劣环境中正常工作。针对高速旋转的灵巧弹药,利用一种捷联在弹体上的MEMS陀螺可以很好的完成三轴角速率的测量。这种陀螺基于哥氏效应,利用弹体自身的旋转作为驱动,只需一个陀螺即可完成三轴角速率的测量。 针对旋转弹用免驱动三轴MEMS陀螺输出信号为糅合了横滚角速率、偏航角速率和俯仰角速率的复杂信号,如何从该信号中准确解调出三轴角速率信息至关重要。基于此问题,本文首先根据陀螺输出信号的数学模型以及信号特征,提出三轴角速率解算方案,进而对其中的鉴频与鉴相两项关键技术进行了讨论。 本文重点研究信号的鉴频技术。信号时频信息的提取精度将会直接影响偏航角速率与俯仰角速率的解算精度。文章分别就时域和频域上的时频信息提取方法进行对比分析,得出适合于实时时频提取方法为基于“最小二乘法”的改进型过零点测频法,并对其性能展开研究;适合于事后时频信息提取的方法为“滑动窗口CZT”法,且研究了滑动窗口宽度、信噪比(SNR)等因素对该算法解算精度的影响;此外,还研究了鉴相技术,得出适合相位差提取的算法为“相关法”,并分析了幅值、初始相位差、采样频率以及信号长度对该算法精度的影响; 最后设计了三维转台半物理仿真实验,分别实现偏航和横滚角速率输入时的算法验证、俯仰和横滚角速率输入时的算法验证以及三轴角速率同时输入时的算法验证。将三轴角速率的计算值与理论值进行对比分析,验证了三轴角速率解算方案的正确性以及所选取鉴频和鉴相方法的可行性。


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