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火箭弹引信二维弹道修正原理与关键技术研究

作　者: 孙磊
导　师: 张河
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 二维弹道修正 GPS弹载微带天线卡尔曼滤波磁阻传感器
分类号: TJ431.5
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 9次
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内容摘要

本文研究内容是应用于火箭弹引信二维弹道修正技术，是在保留火箭弹结构参数基本不变，在引信的安全起爆功能基础上，增加弹道修正功能，实现火箭弹在射程和方位的修正，在预装定的位置起爆，从而提高火箭弹的毁伤概率和效能。论文结合十一五总装备部跨行业预研项目“二维弹道修正技术”开展先期研究的，属于引信智能探测技术与智能控制技术研究领域。通过对火箭弹基本弹道动力学和姿态动力学特性分析，并对主要落点精度扰动因素进行讨论，合理选择适用于火箭弹二维弹道修正的弹道运动模型，利用插值解析方法和射表数据查询方法，计算出弹道特征点的参数，为火箭弹弹道修正提供了理论计算参考数据，并介绍弹载计算机求解弹道修正量的方法。对于火箭弹二维弹道修正中定位和定姿关键技术，进行了GPS定位技术在弹道修正中应用研究，设计了GPS弹载微带天线和引信GPS定位模块，采用卡尔曼滤波算法对GPS信息滤波，利用MATLAB进行仿真。对磁探测在弹道修正中确定姿态技术进行研究，首先对空间地球磁场特性进行分析，建立三种磁探测定姿的数学模型，设计了基于磁阻传感器的磁探测电路，利用小波变换理论对原始磁探测信息去噪，利用MATLAB进行仿真，抗冲击过载实验和定位及定姿实验满足引信系统设计要求。在火箭弹二维弹道修正信息处理技术和可靠性技术方面，利用DSP芯片设计了信息处理控制单元，提出了系统热冗余技术，在设计过程考虑了电磁兼容要求，对压电陶瓷电源技术进行研究和实验，设计了适用于二维弹道修正的脉冲气动装置以及可编程逻辑控制器，提出了基于负电压泵和密码锁的控制技术。提出了火箭弹二维弹道修正的总体技术方案，并根据实验需要设计了二维弹道计算机观察模块和手持二维弹道观察模块，设计了nRF401无线收发芯片的射频模块，最后利用步进电机驱动演示模板做了探测与控制系统模拟实验。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-29
  1.1 选题的背景和意义  10-12
    1.1.1 概述  10
    1.1.2 研究背景及意义  10-12
  1.2 弹道修正弹药及其引信技术的发展  12-17
    1.2.1 弹道修正弹药引信技术研究的发展概况  12-16
    1.2.2 远程多管火箭的简易弹道修正控制技术研究现状  16-17
  1.3 火箭弹二维弹道修正关键技术及其研究和应用进展  17-26
    1.3.1 火箭弹二维弹道修正关键技术  17-18
    1.3.2 弹道修正的信息获取技术  18-22
    1.3.3 弹道修正的信息处理技术  22-24
    1.3.4 弹道修正的修正机构及控制  24-26
  1.4 论文的主要工作和结构  26-29
    1.4.1 本文的主要工作  26-27
    1.4.2 本文的结构  27-29
2 火箭弹的二维弹道修正原理分析  29-49
  2.1 弹道数学模型的分析和研究  29-35
    2.1.1 弹道方程涉及的诸元分析  29-32
    2.1.2 火箭弹弹道方程组及弹道特性  32-35
  2.2 弹道特征点的求解方法  35-41
    2.2.1 主动段弹道特征点的求解方法  35-39
    2.2.2 被动段弹道特征点的求解方法  39-41
  2.3 弹道条件非标准时的修正计算  41-43
    2.3.1 主动段弹道条件非标准下的修正计算  41-42
    2.3.2 被动段弹道条件非标准下的修正计算  42-43
  2.4 弹载计算机求解弹道修正量的方法  43-48
    2.4.1 射程修正量的求解方法  44-46
    2.4.2 方位修正量的求解方法  46
    2.4.3 弹道修正后与修正前仿真比较  46-48
  2.5 本章小结  48-49
3 弹道修正中 GPS定位技术研究  49-71
  3.1 全球定位系统概述  49-50
  3.2 GPS定位原理及数据处理  50-56
    3.2.1 GPS定位原理  50-53
    3.2.2 GPS动态定位的卡尔曼滤波和测量异常值处理  53-56
  3.3 GPS弹载微带天线的设计  56-61
    3.3.1 GPS弹载天线性能指标  56-57
    3.3.2 GPS弹载天线设计过程  57-59
    3.3.3 仿真分析和调整  59-61
  3.4 用于引信的 GPS模块定位实验  61-68
    3.4.1 抗冲击过载实验  62-63
    3.4.2 定位实验及分析  63-67
    3.4.3 滑轨运动测试实验和分析  67-68
  3.5 北斗导航系统代替 GPS的可行性分析  68-70
  3.6 本章小结  70-71
4 弹道修正中磁探测定姿技术研究  71-91
  4.1 空间地球磁场的研究  71-76
    4.1.1 地球均匀化磁场的数学模型  71-74
    4.1.2 地球磁场各分量的变化规律  74-76
  4.2 磁阻传感器的应用原理  76-77
  4.3 磁探测定姿的应用原理  77-83
    4.3.1 加速度计/磁探测定姿原理  78-79
    4.3.2 GPS/磁探测定姿原理  79-81
    4.3.3 初始标定/磁探测定姿原理  81-83
  4.4 磁探测信息小波去噪处理  83-84
  4.5 磁探测电路设计与姿态探测实验分析  84-90
    4.5.1 磁探测电路设计及仿真  84-87
    4.5.2 姿态探测实验及数据分析  87-89
    4.5.3 抗冲击过载实验  89-90
  4.6 本章小结  90-91
5 弹道修正中信息处理及驱动控制技术研究  91-113
  5.1 弹载信息处理单元的设计  91-102
    5.1.1 信息处理单元硬件电路设计  91-95
    5.1.2 信息处理单元软件结构设计  95-97
    5.1.3 信息处理融合技术应用研究  97-99
    5.1.4 信息处理系统冗余技术应用研究  99-100
    5.1.5 电磁兼容技术研究  100-102
  5.2 压电陶瓷电源技术研究  102-104
  5.3 脉冲气动装置的设计  104-106
  5.4 利用 FPGA技术修正控制器设计  106-109
  5.5 基于软件密码锁及负电压泵的可靠控制技术  109-112
    5.5.1 软件密码锁技术  109-110
    5.5.2 负电压泵技术  110
    5.5.3 控制可靠性分析  110-112
  5.6 本章小结  112-113
6 弹道修正的探测与控制模拟实验分析  113-129
  6.1 弹道修正系统的总体方案设计  113
  6.2 用于弹道修正的地面观察系统的设计  113-122
    6.2.1 地面观察系统的功能要求  113-114
    6.2.2 基于 VB技术的弹道观察模块  114-118
    6.2.3 基于 AVR设计的手持观察模块  118-122
  6.3 无线射频收发模块的设计  122-124
  6.4 驱动演示方案及电路设计  124
  6.5 系统模拟实验分析  124-128
  6.5 本章小结  128-129
7 结束语  129-131
  7.1 全文总结  129
  7.2 研究展望  129-131
致谢  131-132
攻读博士期间发表的论文  132-133
参考文献  133-138

火箭弹引信二维弹道修正原理与关键技术研究

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