高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法

精确的弹箭位置与姿态测量数据是提高制导弹箭射击精度的基础。通过分析高速旋转弹位置与姿态传感器的量测噪声,采用卡尔曼滤波方法进行误差估计,以提高测量精度。基于高速旋转弹质心运动和角运动方程,建立了系统状态方程;根据全球定位系统和地磁传感器的测量原理,建立了量测方程;以某弹飞行数据为例,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和无味卡尔曼滤波(UKF)分别对弹箭的位置和姿态进行最优估计。仿真结果表明,采用上述方法可有效减少系统误差,并使综合误差进一步降低,射程与高度误差均控制在±1 m,攻角和侧滑角误差分别为±0.02 rad和±0.01 rad,可满足工程应用的要求。     

高超声速飞行器组合导航系统研究

为提高高超声速飞行器的导航精度,在SINS/GPS位置、速度组合导航模型基础上增加了GPS姿态信息,推导了姿态算法中姿态角误差与平台误差角的关系。通过理论分析说明了其可消除数学模型误差,提高系统的姿态精度,并以此建立了SINS/GPS组合导航系统姿态、位置、速度观测方程。通过仿真验证了该算法的有效性,结果表明SINS/GPS姿态、位置、速度组合导航可以有效提高高超声速飞行器导航定位精度。     

低转速条件下的弹丸飞行稳定性分析

为了解决制导炮弹引信试验成本高、研制进度慢、试验条件复杂等问题,以制式榴弹为原型设计了模拟试验弹,用于模拟引信的发射环境。由于试验弹转速较低,在不采用尾翼的条件下,出炮口距离200~300 m内,弹丸是否飞行稳定,是一个需要重点考虑的问题。飞行中的弹丸,由于阻力方向与质心运动方向不一致,导致合力不一定通过质心,迫使弹体在空中翻转,所以弹体的旋转速度和气动外形设计是弹体飞行稳定的必要条件。通过对弹丸在一定距离内的飞行稳定性数值计算,用数值计算结果进行稳定性仿真分析,进而说明数值仿真计算对弹丸气动外形设计可以提供有效参考。     

脱壳弹弹托分离的双目视觉测量

脱壳弹的弹托分离过程对弹体的飞行稳定性和打击效能具有显著的影响。针对脱壳弹出膛后弹托相对弹体的六自由度运动过程,提出采用基于双目视觉原理的弹托分离角测量方法。通过在弹体表面和弹托表面设置标记点,采用图像处理和跟踪算法实现对标记点的识别和跟踪。结合双目空间标定参数解算出标记点的空间位置,进而获得弹托相对弹体的分离角度,同时采用实验验证了上述测量方法的精度,其精度达到2%。以实验室进行的初速度1 550 m/s和1 750 m/s的脱壳弹射击试验为例,测量并分析了不同初速度下的弹托分离轨迹。结果表明:脱壳弹分离初速度越快,弹托分离轨迹越靠近弹体。     

惯性弹体运动预测建模

基于弹道方程的理论建立了来袭惯性弹体的运动预测模型和识别模型,一方面为防空作战从战术前沿拓展到中程以上拦截提供模型基础,另一方面为前沿防空中拦截榴弹、火箭弹类小型目标提供出精度更高的预测模型。最后,研究中成功给出了弹体运动状态预测及识别的计算结果,并得到了真实射表的验证。模型普遍适用于所有来袭惯性弹体的运动。     

GPS/INS组合导航在制导火箭弹中的应用

为实时、精确获得火箭弹飞行过程中的状态参数,针对火箭弹的导航环境,研究了GPS/INS组合导航系统在制导火箭弹中的应用,建立了组合系统的动态方程及位置、速度组合误差模型,采用卡尔曼滤波器对该组合系统进行最优估计并进行了仿真分析。仿真结果表明,组合导航系统能为火箭弹制导提供高精度的位置姿态信息,进而为控制系统提供较精确的测量信息,从而大大提高了火箭弹的射击精度。考虑到导航系统成本较低、工作可靠,算法可以实时实现,因此研究结果具有一定的实际应用价值。     

利用零交叉点测量旋转弹磁方位角的试验方法

针对旋转弹在地磁空间运动时的环境条件,提出了基于零交叉点原理测量弹体磁方位角的模拟试验方法,并在不同的方位角、传感器倾角和转速等条件下进行了试验.试验结果表明,零交叉点原理可以实现弹体在地磁场中的角度测量,精度基本控制在±3°的范围内,并可进一步减小误差,但该原理也存在测量盲区,盲区范围与传感器倾角有关.     

弹药弹体尺寸自动测量系统

在对某系列特种弹药的弹体结构尺寸分析和归类的基础上,详细阐述了弹体几何尺寸的测量原理,并结合工厂的实际,采用激光位移传感器和计算机自动控制技术,实现了弹体的关键尺寸的数字化测量与评价。实际应用表明该系统可以有效地提高弹体尺寸的测量精度并定量评价弹体的尺寸误差,内外径和同轴度的测量精度可达10μm以内,外长的测量精度可达100μm以内,能有效地指导加工的工艺流程和加工的尺寸精度控制。     

小型无人机航位推算定位算法研究与误差分析

对空中航位推算(DR)算法做了深入研究,提出了适用于小型无人机(UAV)的风速估计策略;将算法中各元素的误差对推算定位精度的影响进行了理论分析与数值计算;该研究结果应用于某小型UAV的航位推算/GPS组合导航系统的设计与实现中;飞行试验表明,通过提高对DR误差影响较大的元素的测量精度和风速的估计精度,有效提高了DR推算精度,与以往其他小型UAVs相比,在断开GPS对DR的修正后,DR精度保持在一定范围的持续时间显著延长.     

制导炸弹弹体结构可靠性分析与应用

对制导炸弹弹体结构可靠性进行了分析,提出了弹体结构可靠性设计的一般流程,介绍了一种常用的弹体结构可靠性工程计算方法—可靠性安全系数法,确定了计算弹体结构可靠度所需的常用材料变差系数及制导炸弹飞行过程中的载荷变差系数,优化了改进弹体结构可靠性的技术途径,使结构设计更加合理。     

火箭弹载捷联惯导在线标定中旋转运动方案设计

在火箭炮发射之前,需要对弹载捷联惯导各个误差参数进行标定,通过在捷联惯导标定过程中加入横滚运动可以提高误差参数的可观测性,从而提高标定精度。但当前研究中没有给出标定时弹体横滚运动的具体参数,不利于实际应用。对弹载捷联惯导标定过程中的误差进行了计算分析,得出在标定开始阶段当弹体横滚运动加速转过0.2π角度时,对陀螺常值漂移标定效果最好,并通过对比仿真实验,结合实际分析得出了弹体射前标定阶段的最优运动参数。     

某型末制导炮弹惯导飞行角运动研究

为研究某型末制导炮弹惯性飞行过程的稳定性,建立该炮弹在惯导飞行阶段有控弹道攻角运动方程.基于该攻角运动方程,求解方程特征根推导出末制导炮弹自由运动的稳定性条件,并给出舵片偏转控制力对弹体强迫作用的解,分别讨论了影响自由运动和受迫运动稳定性的因素.分析结果表明,惯性飞行过程中,舵面参数以及弹丸转动角速度是影响飞行稳定的主要因素,舵片偏转过程与弹丸共振条件无关.     

轨道转移航天器紫外自主导航的应用

应用紫外敏感器可较高精度地实现航天器全程自主导航。为解决其应用于中高轨不全程可见以及地心距测量误差大的问题,将紫外敏感器采用中心视场和环形视场同轴的结构,用中心视场观测地球,仅以地心方向矢量作为观测量降维输出,采用扩展卡尔曼滤波算法估计出航天器的位置和速度。对该方案建立算法模型,以轨道高度1 000~36 000 km的转移轨道为例仿真验证,研究测量精度、采样周期对导航精度的影响,分析系统可观性。仿真结果表明,系统可观,紫外敏感器测量精度越高导航精度越高,地心方向测量误差不大于0.05°时导航精度位置误差不超过4km、速度误差不超过0.5 m/s,方案有效可行。     

旋成体射弹倾斜入水运动仿真

为了研究运动参数和弹头外形对弹体斜入水过程的影响规律,采用气液两相流体积分数和水汽空化模型,通过嵌套网格实现刚体三自由度运动学和动力学耦合,模拟了弹体以80～100 m/s速度倾斜入水开空泡阶段的运动过程。经文献实验验证,入水弹体速度与位移的误差为0～6%和-8%～0,转动角度误差为-6%～0。通过对入水速度和入水角度的多工况模拟研究,发现入水速度增大,弹体轴向冲击载荷增大,最大载荷与速度的平方呈线性关系,弹体速度非线性衰减率大;入水角增大,弹体转动角速率减小,运动稳定性强,速度衰减率不受入水角影响。与圆锥头部弹体相比,采用头部阶梯状修型后的弹体的平均速度衰减率、转动角速率和最大轴向冲击载荷分别降低到66.7%、40%和77.2%,显著提高了运动稳定性。     

导弹飞行轨迹运动参数的稳健回归

对导弹飞行轨迹分析中的运动学方程参数求解拟合问题进行了研究,给出了运动学参数的数值计算方法,对参数拟合误差进行了分析.采用了基于B样条函数基的参数稳健回归拟合方法,有效降低了测量异常值对计算结果的影响,提高了拟合精度.试验结果表明:该方法能很好地解决导弹运动参数的曲线拟合与误差分析问题.     

SINS/DR组合导航系统可观测性研究

对SINS/DR组合导航系统的误差方程进行了介绍。将陀螺漂移、加速度计零偏和里程仪刻度系数误差扩展为卡尔曼滤波器的状态,建立了19维状态的组合导航滤波模型。采用分段线性定常系统(PWCS)分析了载车在各个不同运动特性下SINS/DR组合导航系统的可观测矩阵;利用奇异值分解(SVD)分析法定量地分析了SINS/DR导航系统的可观测度。通过系统仿真预测了位置误差、姿态误差和速度误差的滤波效果,仿真结果表明,位置误差、姿态误差和速度误差的估计效果较好。     

基于火箭弹旋转运动的主子惯导在线标定方案研究

针对火箭炮在射前标定阶段不能进行线运动,只能进行两自由度的角运动,以及需要标定参数多,模型维数大导致标定实时性差等缺点。以火箭炮制导化改造为背景,首先利用旋转调制的原理建立了误差模型,将惯性器件的零偏误差分离,并且理论分析了旋转调制对惯性器件刻度系数误差标定的影响,分析结果表明,旋转运动对刻度系数误差的可观测性影响很大。但是,由于单独的横滚运动不能激励全部6个刻度系数误差,所以最后设计了新的火箭弹机动方案,以及滤波算法使全部刻度系数误差均可观测,并且结果表明除x轴陀螺刻度系数误差外,其余参数均能较快地收敛,与传统的方法相比,标定的实时性和精度都有了较大提高,充分体现了弹丸横滚运动对火箭炮射前标定的重要性。     

基于自适应滤波的GPS/INS数据融合算法

研究了高动态环境下的GPS/INS组合导航系统,重点讨论了基于伪距、伪距率的GPS/INS数据融合算法.借助于载体的运动模型、GPS系统和INS系统的定位误差模型,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程,利用自适应Kalman滤波算法实现了GPS/INS系统的伪距、伪距率融合.最后,利用实测数据对数据融合算法进行了仿真,结果显示该数据融合算法能够增强组合导航系统的精度、可靠性和完备性.     

基于CST MWS的引信天线电磁辐照响应

利用CST MWS软件建立了引信弹体模型,利用高斯脉冲激励,一次仿真计算,得到了引信天线端口的时域和归一化频率响应。通过改变平面波传播方向及弹体长度,得到了不同仿真结果。仿真结果表明:当平面波传播方向与弹体轴线平行且电场极化方向平行于T型天线平面时,引信天线端口的谐振点一定频率范围内的频率响应及时域响应峰值均有最大值;当弹体长度超过一定范围,弹体截断长度对引信天线能量耦合的影响可以忽略。     

变后掠翼导弹制导精度研究(英文)

将飞行器变后掠翼技术应用于导弹上,弹翼的运动对弹体动态特性与整个系统的制导精度会直接产生影响。首先基于多刚体动力学原理获得的变后掠翼导弹完整的数学模型,通过小扰动线性化方法得到了弹体相关的传递函数,并利用统计线性化方法计算了制导数学模型的均值与协方差传播方程,最后应用协方差分析描述函数方法分析得到了导弹的弹翼转动速度、弹翼后掠角大小与弹翼转动时刻对制导精度影响的规律。