基于ARM的飞行器信号采集处理与实现

发布时间：2020-04-04 20:03

【摘要】：自美国海军战争中心在2016年成功研制了一款高效费比的81mm滑翔制导迫击炮弹之后,近年来小口径常规炮弹的制导化越来越被各个国家所重视,而国内到目前为止仍没有相关的产品面世。本文以81mm固定翼双旋末制导炮弹为研究对象,对其在末制导段的飞行信号采集处理方法和实现途径做了相关研究,主要包括以下几个方面:论文首先介绍了一般制导炮弹的控制理论与方法,进一步说明了本文双旋末制导炮弹的系统组成和控制原理;其次,分析了飞行信号中导引头信号、IDT-ZMID5201角度检测信号、北斗导航信号和压电寻地信号的探测原理与采样方法,并研究了飞行信号与执行机构合成气动力之间的关系,推导出姿态调整的控制力矢量制导算法;接着,依据四种信号的特性,设计并实现了基于ARM的信号采集处理系统和部分探测电路的硬件,包括最小控制系统电路、无线通信电路、角度检测电路、逻辑电平转换电路、数据存储电路、压电寻地电路等6个模块电路;另外,软件采用分模块设计实现了SPI、ⅡC、UART接口传感器驱动程序,并对姿态解算算法和串级PID算法的设计进行了研究;最后,通过单轴转台测试了信号探测电路的输出结果以及各软件模块的驱动程序,通过双轴转台测试了半实物系统的控制效果。测试结果表明:解算姿态角最大误差为-0.5°,最小误差为-0.02°;串级PID算法有效改善了执行机构速度响应的平稳性,减小了步进电机在旋转过程中出现的堵转、失步问题;执行机构旋转角度理论值与实际值误差最大为0.78°,落点偏差为14.36m,基本满足制导要求,对81mm小口径制导炮弹的研发具有参考意义。
【图文】：

末制导炮弹领域起步较晚，最初是通过引进前苏联的各种制导武器，通过科研人员的自主创新，直到本世纪初在制导方面己有相当的技术积累，为导炮弹打下坚实的基础。从已有文献来看，除了东风系列导弹之外，在 150mm 系列制导炮弹的研制工作中，已有包括激光半主动末制导炮弹，GPS两种完全不同制导方式的产品面世，如 GP155A，GP120A/B，而且最大到 5m 以内。总体来说，我国大口径炮弹的制导技术已经比较成熟，走在但是采用 GPS/INS 制导技术中用到的是美国的 GPS 系统，如果战争时期GPS 信号，则以 GPS/INS 制导技术为核心的智能弹药将无法实现精确打击域我国无法接收到 GPS 高精度的 P 码，只能使用低精度的 C/A 码获取导限制我国末制导炮弹打击精度的重要原因之一[13]。氏防务报道，目前世界各国对于更小口径的 81mm 制导炮弹研究仍然较少2016 年 9 月面世了一款 81mm 滑翔制导迫击炮弹，如图 1-1 所示。该炮弹，可以有效的提升炮弹的打击范围，射程可以达到 21km，制导采用 GP提高了炮弹的打击精度。控制中具体所采用的技术方案，目前还没有更多。

使其能在制导段正常工作。当解锁完成，导引系统开始搜索目标反射的激号，再依据北斗接收机实时采集的弹体姿态信息，形成控制指令发给控制系统，对炮鸭舵机构进行控制，实现姿态调整，由于炮弹是在飞行末端完成姿态调整，所以称之制导炮弹。依据控制通道数，制导武器可以分为单通道、双通道和三通道控制[20]。三通道控制对炮弹的俯仰，偏航，滚转六个自由度都进行控制，与炮弹自身的结构和执行机构息关，从控制技术角度来说对炮弹进行三通道控制所涉及的技术比较复杂，造价必然会大，但制导精度会相应得到提高。从目前各个国家所研制的三通道控制制导武器实物，执行机构都是由两对单独的舵机或者两对矢量喷气系统组成，控制技术大多涉及自驶与姿态解耦。双通道相比于三通道减少了在滚转方向对炮弹的控制，炮弹自身不旋转行机构也是利用相互独立的的舵机，对炮弹的俯仰和偏航方向进行控制[21]。单通道控有对炮弹滚转通道的控制，一般弹体都会由自身结构决定自发旋转，，采用侧向通道控弹的空间运动。本文的双旋末制导炮弹，是对炮弹在飞行过程中的俯仰和偏航两个方行控制，属于单通道控制，所对应的炮弹具有控制仓体积小，造价低，结构简单等特点小口径常规弹药制导的最优选择。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ413.6

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本文编号：2614018