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《南京理工大学》 2012年
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基于磁阻/陀螺组合测量弹体飞行姿态的数据融合方法研究

马秀丽  
【摘要】:飞行弹体的姿态测量是制导炮弹设计中必须要解决的问题。本文利用磁阻和陀螺组合测量弹体的飞行姿态,分别采用基于权系数和基于卡尔曼滤波的数据融合方法对传感器信号进行处理,建立了基于权系数与基于UKF的弹体姿态角解算方法。 在姿态角解算过程中,假设偏航角可忽略与不可忽略两种情况,分别建立了初始姿态角与实时姿态角的解算方法。仿真结果表明:两种情况下,姿态角的解算误差相当。但偏航角可忽略时,只用磁阻传感器的信号便可确定弹体姿态角,不需要陀螺信号的辅助。即在陀螺信号异常时,只有磁阻传感器的信号仍可以解算弹体姿态,反之亦然。 在研究基于权系数的数据融合方法时,当初始姿态角确定后,本文先利用陀螺的信号,通过积分运算确定弹体的实时姿态角;然后将积分运算得到的偏航角作为已知量,再利用磁阻信号确定弹体实时俯仰角与滚转角。最后采用最小方差估计权值分配方法确定权系数,建立了基于权系数的弹体姿态角解算方法。在研究基于卡尔曼滤波的数据融合方法时,根据磁阻和陀螺的安装方式、测试原理及各个坐标系的转换关系,建立了组合测量系统的量测方程;通过对弹体进行动力学分析,建立了姿态角状态方程。以离散化的量测方程与状态方程作为系统模型,建立了基于UKF的弹体姿态角解算方法。 通过仿真分析发现:对于无控飞行的弹体,基于UKF的弹体姿态解算方法在磁阻/陀螺组合测量系统跟踪弹箭飞行10s后便能以较高的精度实时估计弹体姿态角,且收敛后的稳态误差要小于基于权系数的弹体姿态角解算误差;对于有控飞行的弹体,基于UKF的弹体姿态解算方法同样可以在跟踪弹箭飞行很短一段时间后,以较高的精度实时估计弹体的姿态,且在舵面发生瞬时偏转后,可以很快跟踪信号的变化而解算出满足精度的弹体实时姿态角。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TJ413.6

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【参考文献】
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