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基于惯性测量单元（IMU）的弹体姿态数据处理算法研究

基于惯性测量单元（IMU）的弹体姿态数据处理算法研究

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作者：盛娟红南京理工大学

学位级别：硕士

常规弹药制导化,努力提高武器装备的精确打击能力已经成为了军事领域的一个重要研究方向。而要实现常规弹药制导化、精准打击敌人的目的,其中一个关键问题便是精确测量飞行弹体的姿态。因此,研究出一套切实可行的低成本的弹体姿态测量方... 详细信息

常规弹药制导化,努力提高武器装备的精确打击能力已经成为了军事领域的一个重要研究方向。而要实现常规弹药制导化、精准打击敌人的目的,其中一个关键问题便是精确测量飞行弹体的姿态。因此,研究出一套切实可行的低成本的弹体姿态测量方案,对实现制导炮弹精准打击敌人的目的具有重要的意义。本文主要以某地对空高速旋转的二维弹道修正弹为研究对象,研究弹体姿态的精确测量技术,研究内容如下:(1)本文首先对目前常见的姿态测量技术以及制导炮弹姿态的组合测量技术进行整理,在此基础上,提出了基于陀螺/地磁/加速度计三者组合导航测量弹体姿态的方案。(2)由于MEMS陀螺仪传感器数据中存在测量误差和复杂噪声,使得滤波精度降低,得不到最优姿态角,针对这一问题本文设计了一种基于MEMS/加速度计的改进自适应滤波算法,并通过摇摆实验进行验证。实验结果表明,该算法具有良好的动态噪声抑制能力,提高了系统对环境变化的适应性。(3)为了完整地得到弹体的三个姿态角度,本文提出了一种基于陀螺/地磁/加速度计三者组合定姿的算法,并利用一种简易的罗差校正补偿方法以降低外界磁干扰源对磁传感器输出数据的影响,最后通过手动无磁转台实验进行验证。实验结果表明,相比于姿态测量器件直接输出的数据,该算法可以有效地降低测量误差。(4)为了验证MEMS陀螺在3～8r/s、10000g过载的弹体环境下的适用性,本文主要通过转台旋转实验和马希特实验来验证它的性能。实验结果表明,MEMS陀螺可以满足3～8r/s、10000g过载的要求。

关键词：陀螺/地磁/加速度计扩展Kalman滤波组合导航测量姿态弹体姿态测量

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