微型抗高过载姿态记录仪的设计与研究

摘要

近年来，随着导弹、卫星、航空、航天技术的快速发展，姿态测试技术已成为飞行载体导航的核心技术。准确的获取姿态信息可为新型武器的研发、机动性、精确打击能力等提供决策性依据。针对加速度计安装复杂、精度要求高、解算算法复杂等问题。本文针对小体积自旋弹的姿态测试提出了采用磁阻传感器和陀螺组合的测试方案。
　　首先，对导航姿态测试的基本理论和姿态参数的解算方法进行了详细的介绍，并引出了地磁场的基本理论、陀螺和地磁传感器的选择等内容。
　　其次，为提高姿态测试系统对飞行体姿态参数的解算能力，设计了以DSP作为测试系统的微处理器，完成对惯性测量组合的动态信息的采集、姿态的实时解算、存储的记录仪。并对记录仪的可靠性进行了设计和试验验证。
　　最后，根据地磁传感器和陀螺的输出特性，建立了姿态解算的数学模型。结合地磁传感器和陀螺的特点，设计了具有信息融合能力的卡尔曼滤波器。通过仿真和转台试验验证了算法的可行性与可靠性，结果表明卡尔曼滤波算法有效的抑制了陀螺解算的累积误差，能够准确的解算出姿态信息，达到了提高测试系统精度的目的。
　　本文设计的记录仪的优点在于采用卡尔曼滤波算法能够完成姿态信息的实时解算，得到的结果能够真实的反映出被测体的姿态信息。因此，该测试方案有进一步研究的意义和价值。

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1 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本文的主要研究工作

2 导航姿态测试的基本理论与方法

2.1 导航常用坐标系

2.2 捷联矩阵与姿态角

2.3 系统的姿态更新算法

2.4 地磁场基本理论

2.5传感器选型

2.6本章小结

3基于地磁、陀螺的姿态解算算法

3.1 陀螺传感器数学模型及解算算法

3.2 磁阻传感器探姿模型分析

3.3 卡尔曼滤波算法原理

3.4 基于地磁/MEMS陀螺的卡尔曼滤波算法

3.5 传感器输出信号的误差模型

3.6 算法仿真与结果分析

3.7 本章小结

4 姿态存储测试系统设计

4.1 系统的设计原则

4.2测试系统设计方案

4.3微控制器的选择

4.4硬件功能模块设计

4.5测试系统抗高过载设计

4.6 本章小结

5姿态测试系统转台实验

5.1 实验方案

5.2 转台模拟实验及结果分析

5.3 本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2创新点归纳

6.3课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢