基于地磁的卫星制导迫弹姿态测量方法-研究

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1、硕士学位论文基于地磁的卫星制导迫弹姿态测量方法研究1绪论1．1课题背景及意义精确制导武器是现代战争中不必可少的利器，美军各类精确制导武器在海湾战争中的出色表现让人记忆犹新，精确制导武器以其高精度、高毁伤、极强的可靠性和机动性成功把握了现代武器发展的走向【l～。海湾战争以后，世界各国纷纷投入大量物力财力发展精确制导武器，以求在未来局部战争中占据有利位置。导弹作为精确制导武器的杰出代表，可实现手术刀式的定点打击，是现代战场中的一种强有力的威慑力量，但其结构复杂且造价昂贵，在当今只存在小规模局部战争的世界格

2、局之下，不可能大批量生产并装配部队。考虑到开发新型弹药的成本及周期较长，如何在短时间内形成战力成为首要问题，弹道修正弹借此应运而生，本次设计中提到的卫星制导迫弹正是其中之一。弹道修正弹是在常规炮弹的基础上进行改装的一种精确制导武器，成功实现了大批量的常规炮弹由无控弹向有控弹的转变，以较低的成本大大提升了常规炮弹的性能和打击精度，成为炮弹研究领域的热点。纵观弹道修正弹的发展，从上个世纪80年代出现以来，弹道修正弹成功实现了从一维到二维的弹道修正，各国相继研制出高性能的弹道修正弹药如美国的JD』气M精确制

3、导炸弹、ⅪⅥ395精确制导追击炮弹以及瑞典的Strix反坦克迫弹等【3{J，均达到了相当高的精度。弹道修正弹的工作原理是在发射前预先装订目标的弹道信息，飞行过程中由自身探测到的姿态信息与理想弹道进行对比，根据偏差和目标信息驱动修正机构进行弹道修正。弹道修正的主要技术包括姿态测量技术和弹道修正技术，姿态测量技术作为弹道修正的前提更是其中关键，所以要实现目标的精确打击首先是要实时获得弹丸的姿态信息，这也是制导炮弹技术研究的重点。常规姿态测量方法主要包括以下几种【6_uJ：1)惯性导航系统(Ⅱ叮S)惯性导航

4、系统作为传统自主式导航系统，由3轴陀螺仪和3轴加速度计构成，可根据内部陀螺仪输出弹体的俯仰、横滚、及偏航姿态角信息。传统的陀螺仪体积较大，抗冲击能力不强，对于制导迫弹、榴弹这类身管发射的炮弹并不适用，由于陀螺仪本身存在时间积累误差，姿态角的测量将会受到影响。新型微机陀螺仪、光纤陀螺仪等虽然时间积累误差较小，但造价高仍难克服火炮出膛时数以万g的高过载，工作可靠性难以保证且就精度而言还难以媲美传统陀螺仪。能够抗高过载的微型陀螺仪虽已问世，但由于国外的技术封锁，短期内中国将不会获得此项技术。2)无陀螺惯性测

5、量系统l绪论硕士学位论文无陀螺惯性测量系统区别与传统惯性导航系统，它用加速度计代替陀螺仪测量弹丸的角速度，进而求出弹体的三个姿态角。比较常见的有三加速度计、六加速度计、和九加速度计几种方案，通过在不同位置对多个加速度计进行布阵，求解弹丸角速度。这种方法相对于传统惯性导航系统，可以承受较高的过载，且成本低廉精度也较高，但其对多个加速度计的布阵精度要求较高解算方法复杂，要在弹体引信狭小空间内完成多个加速度计的精确布阵并不现实。3)太阳方位角测姿系统太阳方位角测量方法是通过太阳方位角传感器根据光线角度测定弹

6、丸滚转姿态的一种方法，该方法抗过载能力强可应用与高转速旋转弹的姿态测量，精度也比较高，但其成本过高，无法大批量装配，容易受气候条件的影响，在夜间无法测出姿态角用因而使用起来具有一定的局限性。4)GPS测姿系统GPs俗称全球卫星定位系统，能精确授时实时提供载体速度及位置信息，因而得到了广泛的应用。与传统自主导航系统相比GPS精度更高，但抗干扰性不强，在卫星信号无法覆盖的区域无法保证可靠工作，且单一天线无法获取弹体姿态，因此GPS不能作为唯一导航设备使用，而只能作为辅助导航设备。与以上提到的几种方法相比，

7、地磁测量以地球磁场为基准，基准稳定，抗过载能力强且不存在时间积累误差，不受气候、时间的影响，响应速度快，成本低廉[11’屹】。弹体飞行时始终处在地磁场中，利用地磁传感器获取地磁信息通过相关算法即可实时获取弹丸姿态。其优点显而易见，开展这一方面的研究具有重要的现实意义和广阔的应用前景。1．2地磁探测技术的发展与应用我国对于地磁场的记载最早可以追溯到公元250年之前【13]，那时候的人们已经开始利用地磁定向，如四大发明中的司南等，宋代科学家沈括在其著作《梦溪笔谈》中最早提出了地磁偏角的现象，成为历史上第一

8、个从理论高度研究地磁场的人。近代在西方学者的努力下人们对于地磁场的认知有了突破性的进展，高斯、恰曼普等人通过物理的方法建立起了地磁场的数学模型，为现代地磁学的发展奠定了基础。目前主流的地磁场模型是由国际地磁与高空物理协会发布的国际地磁参考场(IGRF)【14d引，该模型以高斯球谐理论为基础，根据地磁场的变化每五年更新一次，目前已更新至IGRFll版本。此外，美国、日本、加拿大、俄罗斯、罗马尼亚也每三到五年公布本国的地磁参考场，我国为了国防建设的需要，实现