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基于地磁传感器姿态角的探测方法仿真与实验研究

作　者: 李爽
导　师: 张嘉易
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 姿态探测磁阻传感器捷联惯导半实物仿真嵌入式处理器
分类号: TJ765.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着新世纪战争形势的变化，为了适应复杂多变的战场环境，实现高效毁伤的目标。而技术的关键之一就是弹丸飞行姿态角的获取，但是由于弹丸高速的旋转使得目前的捷联惯导测量设备无法达到其所需要的测量要求。因此本文对基于三轴磁传感器的弹丸姿态角测量系统进行建模与实验。深入的研究了地磁场的形成原理、常用的地磁场描述与计算模型。结合地磁软件获得的数据，对地球磁场应用于弹丸姿态解算系统的可行性进行了分析，根据常用磁传感器元件的工作原理，分析其各自的优缺点。以捷联惯性导航为基础，介绍了坐标模型和坐标转化关系。研究地磁探测技术和其相关的理论，提出基于磁传感器的姿态导航系统算法和磁传感器标定的方法，重点研究了通过直线法、转动法和查函数值法来求解滚转角。以某型弹丸为实例，根据6自由度弹道方程建立弹丸运动轨迹的数学模型，对弹丸高旋转情况下，通过基于磁传感器姿态解算系统和捷联惯性导航系统的数值仿真与对比实验的分析，结果表明利用磁传感器的系统解算精度高于捷联惯导系统的解算精度，其解算姿态误差不大于10°。搭建FPGA的导航系统样机，该系统器件包括磁传感器、陀螺仪、加速计、温度计和GPS。对惯导样机进行半实物实验，实验结果表明了基于磁传感器的姿态解算系统设计是可行的，有效的。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 研究背景与意义  12-14
  1.2 测量弹丸姿态方法的发展现状  14-16
  1.3 磁技术的国内外发展状态  16-19
  1.4 论文的主要研究工作  19-20
第2章磁传感器测量的理论基础  20-29
  2.1 地磁场描述  21-22
  2.2 地磁场模型概述  22-23
  2.3 磁传感器测姿原理  23-28
    2.3.1 线圈传感器  23-24
    2.3.2 磁通门传感器  24-25
    2.3.3 霍尔磁传感器  25
    2.3.4 磁阻传感器  25-27
    2.3.5 巨磁阻效应传感器  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章基于磁传感器的姿态研究  29-53
  3.1 系统坐标系  29-31
    3.1.1 系统坐标系定义  29-31
    3.1.2 姿态角  31
  3.2 坐标系之间关系  31-35
  3.3 捷联导航算法  35-39
    3.3.1 姿态解算  36-37
    3.3.2 速度更新  37-38
    3.3.3 位置更新  38-39
  3.4 磁传感器的姿态解算可行性  39-40
  3.5 基于磁传感器的姿态求解  40-49
    3.5.1 求解偏航角和俯仰角  41-43
    3.5.2 滚转角的解算  43-49
  3.6 磁传感器标定方法  49-51
  3.7 本章小结  51-53
第4章基于磁传感器组合导航系统设计  53-62
  4.1 导航系统的结构  53-54
  4.2 采集模块  54-58
    4.2.1 磁传感器  54-55
    4.2.2 陀螺仪  55-56
    4.2.3 加速计  56-57
    4.2.4 温度传感器  57
    4.2.5 GPS  57-58
  4.3 A/D 转换模块  58
  4.4 数据处理模块  58-60
  4.5 数据储存模块  60
    4.5.1 SDRAM 控制器  60
    4.5.2 FLASH 存储器  60
  4.6 输出模块  60-61
  4.7 本章小结  61-62
第5章系统仿真和半实物实验结果分析  62-76
  5.1 数值仿真姿态角解算  62-72
    5.1.1 弹丸轨迹仿真数学模型  62-64
    5.1.2 磁传感器仿真数学模型  64-65
    5.1.3 陀螺仪仿真数学模型  65-66
    5.1.4 加速计仿真数学模型  66
    5.1.5 导航系统数值仿真及其结果  66-72
  5.2 导航系统的构成  72
  5.3 半实物导航实验  72-75
  5.4 本章总结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科学成果  81-82
致谢  82-83

基于地磁传感器姿态角的探测方法仿真与实验研究

内容摘要

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