基于磁阻传感器的弹体姿态测量系统

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1、2010-03兵工自动化29(3)OrdnanceIndustryAutomation·75·doi:10.3969/j.issn.1006-1576.2010.03.026基于磁阻传感器的弹体姿态测量系统112侯宏录，王赛，张雄星（西安工业大学光电工程学院，陕西西安710032）摘要：为实时准确获取弹体俯仰和滚转参数，提出一种利用磁阻传感器获取地磁场强度，结合微机电陀螺精确求解弹体姿态的方法。介绍了基于地磁场的姿态测量系统原理和硬件设计，对存在的各种误差进行了分析，并提出了相应的误差补偿方法。最后，对所设计的系统进行了验证。结果表

2、明，其测量姿态角精度优于1°。关键词：姿态测量系统；弹体；磁阻传感器；误差补偿中图分类号：TP274;TP212.9文献标识码：AMissileAttitudeMeasurementSystemBasedonMagneticResistanceSensor112HOUHong-lu,WANGSai,ZHANGXiong-xing(CollegeofOptoelectronicsEngineering,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an710032,China)Abstract:Toacquirepr

3、ojectilebodypitchandrollparametersonreal-time,putforwardanewprojectilebodyattitudemethod,usingtoobtaingeomagneticfieldintensityandcombinemicrocomputergyroscope.Firstly,theprinciplesofattitudemeasurementsystemandhardwaredesignbasedongeomagneticfielddistributionareintrod

4、uced.Secondly,thevariouserrorfactorandinfluenceareanalyzed,andtherelevanttocompensationmethodsareputforward.Finally,testingandverificationforthedesignedsystemiscurriedout.Theexperimentresultsshowthatattitudemeasurementaccuracyisbetterthan1°.Keywords:Attitudemeasurement

5、system;Missile;Magneticresistancesensor;Errorcompensation0引言X、Y和Z，用微机电陀螺获取俯仰角f和翻滚角q。根据测量值X、Y、Z、f和q，经过坐标变换，将地球表面及近地空间存在磁场，其强度大约为0.5～0.6Gauss，有一分量平行于地球表面，且该测量值转化到地理坐标系上，从而可求得弹体的姿分量总指向地球磁场的北极。随着电子学和地球物态角。理学以及计算机技术等科学的快速发展，利用地磁Hx=X*cos(f)+Y*sin(f*)sin(q)-Zcos(q)*sin(f)场探测技

6、术可以解决目标相对于参考坐标系的方(1)[1]Hy=Y*cos(q)+Z*sin(q)(2)向，有望实现姿态测量。目前，国内外对弹体姿[2]计算出Hx、Hy。态探测的方法很多，例如利用太阳方位角遥测法，其原理简单，但易受大气环境干扰，安装较为复杂，由式(3)即可解算弹体的偏航角。Hy成本较高，不可能在现有“笨”弹的基础上大量装a=arctan()(3)Hx备；而利用加速度计方法测量时存在着误差积累效[3][4]由于地球的地理北极和磁北极并不重合，两者应；基于光电测量的外测法，其精度较低。因间相差一个磁偏角b，所以由式(3)计算出的值

7、，此，研制能有效提高弹体姿态探测精度、抗高过载，再加上当地的磁偏角，才能准确得到弹体相对于地并能充分利用现有弹药的方法及组件迫在眉睫。故理北极的姿态角。提出一种新的弹体姿态测量方法，以地磁场为参考进行姿态探测。2磁阻传感器测量系统总体设计1测量原理2.1系统要求及条件当弹体处于弹体坐标系的三维空间中，其坐标由于弹体发射过程的高过载和强干扰环境，磁系与地理坐标不重合，各轴分量会产生耦合，采用强度无法得到稳定输出，因此适用于弹体飞行稳定磁阻传感器和微机电陀螺组合，三轴地磁强度测量后的姿态求解，同时还应满足下列假设条件：系统用于检测地磁场

8、在弹体坐标系3个轴上的分量1)弹的外形和质量均为轴对称分布，任取过质收稿日期：2009-10-12；修回日期：2009-12-04基金项目：国防科技重点实验室基金项目“榴弹轴向加速度精确测量方法与试验研究”（9140C36061009