【摘要】：隨著智能化武器時代的到來,精確打擊能力已經成為了決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝負的關鍵因素之一。彈丸飛行姿態(tài)參數(shù)的準確測量是實現(xiàn)精確打擊技術的重要研究內容。針對目前大量常規(guī)彈藥智能化設計及改造的要求,采用多元化、新型化、低成本的組合測姿方式是姿態(tài)測試技術發(fā)展的必然趨勢。紅外與地磁復合姿態(tài)測試技術具有低成本、小體積、固態(tài)結構、高魯棒性,無漂移和累積誤差,不需要初始對準等優(yōu)點,十分適用于彈丸姿態(tài)信息的獲取。因此紅外與地磁復合的旋轉彈體姿態(tài)測試理論與方法的研究,對我國常規(guī)彈藥的精確化發(fā)展具有重要意義,在軍事、民用等方面擁有廣泛的應用前景。本文對地球紅外輻射場的產生機理進行研究,建立了紅外輻射姿態(tài)測量模型。對紅外干擾與地磁誤差來源進行深入分析,進行了彈上紅外與地磁測量誤差補償方法研究。采用紅外與地磁傳感器組合,尋求合理的布陣方式及解算方法,設計了紅外與地磁復合的旋轉彈體姿態(tài)測試系統(tǒng)。開展了半實物仿真實驗研究,驗證了紅外與地磁復合姿態(tài)測試方法的有效性。論文具體包括以下內容:(1)在分析地球紅外輻射場的組成及其產生機理的基礎上,深入研究了紅外輻射在大氣中的傳播規(guī)律,選擇了 8～14微米大氣窗口作為紅外輻射研究波段。根據(jù)天空和大地之間的溫度場分布,利用大氣分層理論研究了地球紅外輻射關于對地傾角的變化趨勢。采用普朗克黑體輻射定律構建了彈載紅外傳感器的理論測量模型,提出了基于地球紅外輻射場的姿態(tài)測試理論方法。(2)根據(jù)云層的紅外輻射特性,采用灰體近似模型建立了云層干擾下的紅外傳感器測量誤差模型。分析了山脈的紅外輻射影響,構建了山脈干擾下的紅外傳感器測量誤差模型。研究了云層和山脈干擾引起的姿態(tài)測量誤差,對比了不同視場角紅外傳感器的信噪比。針對地球紅外輻射場姿態(tài)測試方法存在的環(huán)境干擾因素,提出了基于信任度函數(shù)的多傳感器加權融合算法,增強了紅外姿態(tài)測試系統(tǒng)的抗背景干擾能力。(3)分析了彈上地磁傳感器測量誤差的來源,建立了針對靜態(tài)干擾的地磁測量誤差模型,設計了十二位置不對北法和基于遞推最小二乘算法的靜態(tài)誤差補償算法。根據(jù)旋轉彈體在高速旋轉情況下存在的渦流干擾磁場,構建了考慮動態(tài)干擾的地磁測量綜合誤差模型,提出了基于動態(tài)搜索策略的人工蜂群橢球擬合補償算法。設計了地磁測量誤差補償實驗,對比了靜態(tài)補償和動態(tài)補償算法的優(yōu)劣性。(4)針對常規(guī)紅外傳感器姿態(tài)解算方法中由于誤差傳遞而引起的測姿誤差問題,設計了分段交互的三軸紅外傳感器姿態(tài)優(yōu)化解算算法,提高了橫滾角的解算精度。提出了三正交磁傳感器的交叉比值姿態(tài)解算算法,通過航向角修正和線性插值法進一步增強了算法的適用性。構建了紅外與地磁復合的姿態(tài)解算模型,提出了基于新息正交性的自適應濾波切換估計算法,有效的提高了紅外與地磁復合測姿系統(tǒng)對復雜環(huán)境的適應性。通過數(shù)值仿真分析,對比驗證了各算法的有效性和可靠性。(5)根據(jù)旋轉彈體姿態(tài)測試系統(tǒng)的要求,設計了一套彈上紅外與地磁信號數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng),對系統(tǒng)的一體化設計、傳感器的最優(yōu)選型以及各子模塊構成進行了闡述。研制了紅外與地磁復合姿態(tài)測試系統(tǒng)的半實物裝置,對半實物裝置進行了一系列性能測試。利用三軸轉臺模擬旋轉彈體的姿態(tài)變化,開展了半實物仿真驗證實驗。實驗結果表明,基于紅外與地磁復合的姿態(tài)測試方法有效可行。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TJ410.6
【圖文】：

性導航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導，是一種全程自主式制導炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導旋轉彈，如圖１．２所示。其制導原逡逑理為中段采用慣性制導，末端采用激光制導，利用兩對相對垂直的鴨舵產生控制力，出逡逑炮口轉速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標設備應在距離０標地３？５ｋｍ附近位置進行０標搜索，逡逑確定目標的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導細迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠射程可達１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導迫擊炮逡逑反坦克導彈是旋轉體制應用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導彈。紅箭－８逡逑３逡逑

速在８ｒ／ｓ。射程根據(jù)發(fā)射平臺的不同，最大可達４７ｋｍ。采用全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）和慣逡逑性導航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導，是一種全程自主式制導炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導旋轉彈，如圖１．２所示。其制導原逡逑理為中段采用慣性制導，末端采用激光制導，利用兩對相對垂直的鴨舵產生控制力，出逡逑炮口轉速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標設備應在距離０標地３？５ｋｍ附近位置進行０標搜索，逡逑確定目標的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導細迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠射程可達１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導迫擊炮逡逑反坦克導彈是旋轉體制應用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導彈。紅箭－８逡逑

速在８ｒ／ｓ。射程根據(jù)發(fā)射平臺的不同，最大可達４７ｋｍ。采用全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）和慣逡逑性導航系統(tǒng)（ＩＮＳ）組合制導，是一種全程自主式制導炮彈。逡逑圖１．１神劍－ＸＭ９８２制導炮彈逡逑俄羅斯研制的紅土地２Ｋ２５式１５２ｍｍ激光末制導旋轉彈，如圖１．２所示。其制導原逡逑理為中段采用慣性制導，末端采用激光制導，利用兩對相對垂直的鴨舵產生控制力，出逡逑炮口轉速為６？１０ｒ／ｓ。彈徑１５２ｍｍ，彈長１３０５ｍｍ，最大射程距離２０ｋｍ，目標命中率為逡逑９０％以上１８１。在作戰(zhàn)中，搜尋目標設備應在距離０標地３？５ｋｍ附近位置進行０標搜索，逡逑確定目標的距離和方位后發(fā)射。逡逑圖１．２紅土地２Ｋ２５式丨５２毫米激光末制好炮彈逡逑迫擊炮大多采用旋轉體制，隨著常規(guī)彈藥智能化的不斷發(fā)展，世界各國都在研究制逡逑導細迫擊炮。其中比較具有代表性的是芙阿迮特技術系統(tǒng)公司研制的ＸＭ３９５精確制逡逑導迫擊炮，彈徑為１２０ｍｍ，最遠射程可達１５ｋｍ，如圖１．３所示１＇瑞典研發(fā)的紅外制逡逑導“斯特里克斯（Ｓｔｒｉｘ）”精確制導迫擊炮彈和俄羅斯的半主動激光制導的“格蘭（Ｇｒａｎ）”逡逑邊擊炮彈均己被作戰(zhàn)部隊所裝備。邐｜逡逑Ｉ逡逑圖１．３邋ＸＭ３９５精確制導迫擊炮逡逑反坦克導彈是旋轉體制應用最為廣泛的彈種之一。典型的型號有法國和德國聯(lián)合研逡逑制的“米蘭”、“霍特”等，我國的“紅箭－７３”和“紅箭－８”等反坦克導彈。紅箭－８逡逑

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本文編號：2747764