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滚转角测量中直角棱镜相位损失及解决方法

西安交通大学学报 2014年第9期48卷 112-116页

作者：李朝辉王昭黄军辉汤善治郭俊杰西安交通大学机械工程学院西安710049 陕西恒通智能机器有限公司西安710049

在利用正交偏振光外差干涉相位法测量数控机床滚转角误差的过程中,发现反射元件直角棱镜造成的相位损失对系统分辨率产生了不可忽略的影响,通过琼斯矩阵运算,量化了该相位损失对实验结果的影响,并进行了实验验证;同时,针对相位损失问题... 详细信息

在利用正交偏振光外差干涉相位法测量数控机床滚转角误差的过程中,发现反射元件直角棱镜造成的相位损失对系统分辨率产生了不可忽略的影响,通过琼斯矩阵运算,量化了该相位损失对实验结果的影响,并进行了实验验证;同时,针对相位损失问题,提出了基于高反膜相长干涉原理的解决方法。结果表明:直角棱镜引入的相位损失使测量系统在灵敏区的放大倍数降低了40.7%,而基于平面反射镜的解决方案基本消除了相位损失对测量系统分辨率的影响;滚转角误差引起的相位变化幅度由原来的55.8°上升到使用平面反射镜时的349.2°,与参考实验数据358.5°的变化幅度十分接近,从而证明了应用高反膜相长干涉原理解决相位损失问题的可行性。该原理和方法同时为解决全反射导致的光学相位变化问题提供了理论依据和解决思路。

关键词：滚转角直角棱镜相位损失相长干涉平面反射镜

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基于弹道修正引信的滚转角误差补偿方法

兵工学报 2020年第S02期41卷 50-55页

作者：王诗瑶李东光尹昊肖斯雨北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

为了提高弹体姿态角的探测精度,将误差分类并进行针对性校正,基于多项式拟合与反馈系统提出一种弱化随机噪声影响的误差补偿算法。该算法无需外部设备协助,可实现自我预测与校正。采用三轴转台实验机对误差补偿算法的性能进行验证,误差... 详细信息

为了提高弹体姿态角的探测精度,将误差分类并进行针对性校正,基于多项式拟合与反馈系统提出一种弱化随机噪声影响的误差补偿算法。该算法无需外部设备协助,可实现自我预测与校正。采用三轴转台实验机对误差补偿算法的性能进行验证,误差分析显示新方法在椭球拟合校正方法的基础上将滚转角测量精度提高到1°.转台实验结果表明,所提出的自主校正方法提高了滚转角的实时测量精度,可以很好地控制随机噪声。

关键词：三轴磁强计滚转角误差补偿随机噪声

两步快速可重构无迹卡尔曼滤波算法测量导弹滚转角

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仪器仪表学报 2018年第6期39卷 140-147页

作者：闫小龙陈国光田晓丽中北大学

快速准确地测量旋转导弹的滚转角是非常重要的,利用地磁场测量滚转角是常用的一种方法。由于磁场测量手段中不可避免的误差,使得滚转角不能及时准确的被测量。提出了两步快速可重构无迹卡尔曼滤波（ARUKF）算法,可以快速的校准磁强计及... 详细信息

快速准确地测量旋转导弹的滚转角是非常重要的,利用地磁场测量滚转角是常用的一种方法。由于磁场测量手段中不可避免的误差,使得滚转角不能及时准确的被测量。提出了两步快速可重构无迹卡尔曼滤波（ARUKF）算法,可以快速的校准磁强计及测量电路,从而准确的估计导弹的滚转角。与现有算法不同,ARUKF的状态向量根据滚转角参数与测量电路的校正参数而提出,并且在不同阶段可以配置不同的被估计参数,这样可以较大程度上节约弹载计算机资源。为了滤波算法快而准确的收敛,该算法在滤波初始阶段,根据量测信息与测量电路特征参数进行滤波初值的两步快速调整。通过仿真与半实物仿真结果表明,两步ARUKF算法在收敛特性和计算成本方面优于现有的UKF算法。

关键词：旋转导弹磁强计滚转角无迹卡尔曼滤波可重构

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基于自抗扰控制的引信滚转角控制方法

探测与控制学报 2023年第3期45卷 12-16页

作者：雷泷杰霍鹏飞陈超高智西安机电信息技术研究所陕西西安710065

针对如何有效估计弹丸飞行过程中二维弹道修正引信受到的轴向摩擦力矩以及气动干扰力矩并对其进行补偿以实现引信滚转角的高精度控制问题,提出基于自抗扰控制的引信滚转角控制方法。该方法基于自抗扰控制理论,通过引入引信滚转角速度和... 详细信息

针对如何有效估计弹丸飞行过程中二维弹道修正引信受到的轴向摩擦力矩以及气动干扰力矩并对其进行补偿以实现引信滚转角的高精度控制问题,提出基于自抗扰控制的引信滚转角控制方法。该方法基于自抗扰控制理论,通过引入引信滚转角速度和增加滚转角跟踪微分滤波的扩张状态观测器模型,实现对引信滚转运动过程中受到的轴向摩擦力矩以及气动干扰力矩的准确估计,通过总扰动状态量化描述并反馈至控制回路进行相关补偿计算,实现引信滚转角的稳定控制。仿真结果表明,这种基于自抗扰控制的引信滚转角控制方法能够有效估计弹丸飞行过程中二维弹道修正引信受到的轴向摩擦力矩以及气动干扰力矩并对其进行补偿,最终实现引信滚转角的高精度控制,与经典PID控制和变结构控制相比,鲁棒性更强,工程实现简单,能够满足更高的滚转角控制精度需求。

关键词：二维弹道修正引信滚转角自抗扰控制

基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法

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中国惯性技术学报 2018年第1期26卷 87-91页

作者：王佳伟祁克玉杨恺华梁轲闫杰西北工业大学航天学院西安710072 机电动态控制重点实验室西安710065

针对二维弹道修正引信全弹道转速变化范围较大的旋转特点,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法。首先以某双旋稳定迫弹为仿真平台,分别在高速和低速时变转速条件下对引入转速补偿的EKF滚转角测量算法进行了验证。仿... 详细信息

针对二维弹道修正引信全弹道转速变化范围较大的旋转特点,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法。首先以某双旋稳定迫弹为仿真平台,分别在高速和低速时变转速条件下对引入转速补偿的EKF滚转角测量算法进行了验证。仿真结果表明,高转速条件下全弹道滚转角解算绝对误差不大于5°,低转速条件下解算绝对误差全弹道不大于2.5°,且均能快速收敛。而后又基于MEMS三轴转台进行了实验室滚转角测量精度验证,结果表明,在修正引信转速自30 r/s至1 r/s范围动态变化过程中,滚转角解算绝对误差不超过4°。

关键词：二维弹道修正双旋稳定弹滚转角扩展卡尔曼滤波转速补偿

速度匹配加机动辅助的滚转弹滚转角空中对准法

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兵工学报 2019年第7期40卷 1390-1400页

作者：彭博岑梦希中国航天空气动力技术研究院彩虹无人机科技有限公司

针对卫星与惯性速度匹配法对滚转角的空中对准精度不高这一问题,提出一种卫星与惯性速度匹配加机动辅助的方法。在卫星与惯性组合制导方式下,以可观测性分析为基础,机动辅助采取纵向比例导引加重力补偿制导律形式,结合卡尔曼滤波完成滚... 详细信息

针对卫星与惯性速度匹配法对滚转角的空中对准精度不高这一问题,提出一种卫星与惯性速度匹配加机动辅助的方法。在卫星与惯性组合制导方式下,以可观测性分析为基础,机动辅助采取纵向比例导引加重力补偿制导律形式,结合卡尔曼滤波完成滚转角的空中对准,并分析机动辅助策略在不同导航比、重力补偿系数下对滚转角对准效果的影响,以及弹体名义转速拉偏、惯性组件误差拉偏对机动辅助策略的影响。仿真结果表明:在考虑卫星定速及惯性组件误差情况下,该方法能够在全弹道内实现滚转角的精对准,误差在2°以内,收敛时间10s;可通过调节重力补偿系数改变对准的速度、精度,导航比用来保证制导稳定。卫星与惯性速度匹配加机动辅助的方法相比于卫星与惯性速度匹配法,对准效果更好;在弹体名义转速以及惯性组件误差存在拉偏情况下,对准效果受影响较小,抗干扰性较强。

关键词：滚转弹速度匹配机动辅助卡尔曼滤波滚转角空中对准

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基于锁相跟踪和惯组的旋转弹滚转角估计方法

北京理工大学学报 2015年第8期35卷 810-815页

作者：杨登红李东光申强曾广裕北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

为解决微惯性测量组合测量旋转弹滚转角的问题,在对旋转弹角运动特性进行分析研究的基础上,建立微惯性测量组合测量滚转姿态的数学模型,提出基于锁相跟踪算法和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计方法.该方法对基于三阶锁相环的锁相跟踪... 详细信息

为解决微惯性测量组合测量旋转弹滚转角的问题,在对旋转弹角运动特性进行分析研究的基础上,建立微惯性测量组合测量滚转姿态的数学模型,提出基于锁相跟踪算法和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计方法.该方法对基于三阶锁相环的锁相跟踪算法及其特性进行研究,根据旋转弹角运动特性和微惯性测量组合测量信号特性确定三阶锁相环环路滤波参数,并建立基于三阶锁相环和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计模型,即可根据模型进行锁相跟踪计算得到滚转角.仿真结果表明,三阶锁相跟踪环路能对旋转弹滚转信号进行有效跟踪,并能够通过微惯性测量组合估计滚转角速度和滚转角,满足旋转弹滚转运动姿态提取的要求,有较大的实用价值.

关键词：旋转弹微惯性测量组合滚转角速度滚转角锁相跟踪三阶锁相环

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融合加速度计与陀螺仪的滚转角测试方法

科学技术与工程 2022年第10期22卷 3959-3966页

作者：李小燕中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006 煤矿采掘机械装备国家工程实验室太原030032 山西天地煤机装备有限公司太原030032

实时高精度滚转角信息对提高高速旋转载体的控制精度尤为重要。由于高旋载体纵轴存在高速旋转,若纵轴采用大量程陀螺,则会带来较大的输出噪声,同时不可避免地存在累积误差,导致滚转角测量精度不高。为解决这个问题,提出了一种融合双轴... 详细信息

实时高精度滚转角信息对提高高速旋转载体的控制精度尤为重要。由于高旋载体纵轴存在高速旋转,若纵轴采用大量程陀螺,则会带来较大的输出噪声,同时不可避免地存在累积误差,导致滚转角测量精度不高。为解决这个问题,提出了一种融合双轴正交加速度计与单轴陀螺仪的滚转角测试方法,纵轴采用大量程陀螺进行滚转角测量,双轴正交加速度计测量横轴和竖轴上的加速度,利用低通滤波提取重力投影测量滚转角,由加速度计得到的滚转角作为观测量,基于卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)融合两种方式得到滚转角信息,利用加速度计修正陀螺仪从而提高滚转角测量精度。为验证算法的有效性,进行了仿真实验与半物理仿真试验。结果表明,融合算法能够有效地抑制累积误差,且融合算法比加计测量或者陀螺测量方法测量精度有所提高,证明了该算法具有重要的工程应用价值。

关键词：高速旋转滚转角加速度计陀螺仪卡尔曼滤波

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基于加计与微硅陀螺的迫弹滚转角测量研究

基于加计与微硅陀螺的迫弹滚转角测量研究

作者：姜圆圆西安工业大学

学位级别：硕士

制导迫弹的使用可以显著提高迫击炮系统的作战能力,因此当前世界上的主要军事力量都在对其进行深入的研究和开发。深入开展制导迫弹姿态测量方面的研究工作是非常必要的,因为只有准确获取迫弹姿态,才能够实现其制导化。无驱动结构硅微... 详细信息

制导迫弹的使用可以显著提高迫击炮系统的作战能力,因此当前世界上的主要军事力量都在对其进行深入的研究和开发。深入开展制导迫弹姿态测量方面的研究工作是非常必要的,因为只有准确获取迫弹姿态,才能够实现其制导化。无驱动结构硅微机械陀螺是一种基于MEMS技术,不需要外部驱动结构即可实现测量的陀螺仪,具有成本低廉和抗过载能力强等优点。在当前军事领域中,它已被广泛应用于迫击炮弹的姿态测量任务中。不过该陀螺在载体自旋速度比较低、弹道较平缓的情况下输出信号噪声较大,很难获取有效信号。理论和试验表明,加速度计在载体自旋速度低、弹道平缓情况下信号正弦特征明显,易于解算转角。在解算弹体姿态方面,无驱动结构微机械陀螺和加速度计具备了信息融合的基础。本文针对无驱动硅微机械陀螺的不足之处,提出了无驱动结构硅微机械陀螺、加速度计组合姿态测量系统方案,实现了优势互补。本文的主要研究工作如下:(1)为了解决单一无驱动结构硅微机械陀螺仪在平缓弹道姿态解算中存在的问题,提出了一种加速度计和微硅机械陀螺组合测量的方法。该方法采用传感器互补测量技术,充分利用两种传感器的优势,从而有效提高组合姿态测量系统的可靠性和精度。(2)在姿态解算算法方面,采用扩展卡尔曼滤波完成信号滤波、希尔伯特算法完成全周期姿态解算,并采用自适应互补滤波算法完成无驱动结构硅微机械陀螺和加速度计的解算信息融合。通过仿真验证可知本算法可提高姿态解算结果精度。(3)在硬件方面,基于STM32芯片设计了信号处理电路,实现了电压转换、数据采集、姿态算法解算、数据通信功能。(4)在实验方面,采用加速度计与无驱动结构硅微机械陀螺组合测量系统在三轴精密转台进行实验。经实验结果分析,进一步验证了该系统在提高滚转角解算精度方面的有效性,滚转角解算最大误差在4°左右,达到了预期效果。

关键词： MEMS陀螺仪加速度计惯性测量滚转角