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基于磁阻传感器的弹体姿态测量技术研究

作　者: 陶维之
导　师: 王志兴
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 磁阻传感器姿态测量 STM32 ARM处理器转台实验误差补偿
分类号: TJ760
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近几年来,随着微电子技术、现代传感器技术、计算机技术的快速发展以及相关技术在新型武器上的不断应用,常规弹药被赋予了新的生命力。飞行弹体姿态信息的获取无论是对弹体的设计、空气动力学的研究以及弹体制导都有着重要的意义,因此,飞行弹体姿态信息实时测量成为了目前重要的研究课题。本课题以某型号弹体的实弹发射实验作为应用背景,设计了基于三轴磁阻传感器的弹体姿态测量系统方案。进行了传感器特性分析研究,姿态信息解算算法研究,完成了试验样机系统的软硬件设计,利用设计的试验样机系统进行了实验,对实弹数据进行了分析研究。具体包括以下内容：(1)分析了常用姿态测量传感器的特性,介绍了地磁场的基本理论及相关参考模型,论证了基于磁阻传感器的地磁探测用于弹体姿态测量的优势。(2)详细阐述了弹体姿态测量涉及坐标系及其相互转换,推导了姿态解算的数学模型,重点推导了利用迭代法修正姿态角的过程。(3)设计了两轴磁阻传感器与单轴磁阻传感器正交组合成三轴测量的方案,并结合了电子经纬仪、光电编码器设计适用于转台实验的硬件系统,对系统的误差源进行了分析和补偿。(4)进行了转台实验,并利用实验平台利验证了误差补偿的效果。对实弹数据进行分析,模拟了基于磁阻传感器测量弹体飞行滚动角过零判别的漂移,有进一步研究的必要性及其价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1. 绪论  7-13
  1.1. 课题的研究背景及科学意义  7
  1.2. 国内外姿态测量技术的研究现状与进展  7-12
  1.3. 本文研究的主要内容  12-13
2. 地磁探测的理论基础  13-27
  2.1. 引言  13-18
    2.1.1. 地磁场基本理论  13-14
    2.1.2. 地磁场常用模型  14-16
    2.1.3. 基于三轴磁阻传感器的载体姿态测量原理及数学模型  16-18
  2.2. 姿态角与姿态矩阵  18-27
    2.2.1. 坐标系、姿态参数  18-20
    2.2.2. 姿态矩阵  20-21
    2.2.3. 姿态角的解算  21-27
3. 弹体姿态测量的试验样机的开发  27-42
  3.1. 引言  27
  3.2. 弹体姿态测量系统的设计  27-33
    3.2.1. 磁传感器的介绍及选型量系统的设计  27-30
    3.2.2. 微处理器的选择  30-33
  3.3. 系统硬件电路设计  33-36
    3.3.1. 电源电路的设计  33-34
    3.3.2. 磁传感器置位复位电路的设计  34-35
    3.3.3. 放大调理电路的设计  35-36
  3.4. 电磁兼容性设计  36-37
  3.5. 实验转台的设计  37-41
    3.5.1. 电子经纬仪  38
    3.5.2. 光电编码器  38-39
    3.5.3. 转台的机械结构设计  39-41
  3.6. 本章小结  41-42
4. 试验样机误差分析及补偿方法  42-46
  4.1. 误差来源及分析  42-43
    4.1.1. 真北标定误差  42
    4.1.2. 传感器误差  42-43
    4.1.3. 安装误差  43
  4.2. 安装误差的补偿  43-45
  4.3. 罗差及其补偿  45-46
5. 实验及数据分析  46-55
  5.1. 转台实验环境  46
  5.2. 磁场方向的标定  46-47
    5.2.1. 调平  46
    5.2.2. 定向  46-47
  5.3. 实验数据采集  47-49
    5.3.1. 俯仰轴转动测试  47-48
    5.3.2. 滚动轴转动测试  48-49
  5.4. 实验数据分析  49-50
  5.5. 实弹数据及其分析  50-54
  5.6. 本章小结  54-55
6. 总结与展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-58

基于磁阻传感器的弹体姿态测量技术研究

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