卡尔曼滤波在无伞末敏弹姿态测量中的应用研究
发布时间：2022-09-17 10:09
末敏弹是一种低成本的智能弹药,能够高效的击毁破坏装甲目标,末敏弹运动参数的测量在其研制中具有重要意义。而随着微惯性传感器研究的进步,微惯性测量系统有着低成本、中精度、小尺寸、低功耗等特点。本文针对无伞末敏弹姿态测量问题,使用低成本的微惯性测量单元,设计了卡尔曼滤波器,以估算末敏弹在空中的运动姿态,得到末敏弹的扫描运动参数。根据空气动力学理论,对末敏弹扫描运动时的受力情况进行分析,建立了末敏弹的扫描运动微分方程。建立末敏弹弹体坐标系和导航参考坐标系,用来描述末敏弹的姿态,并得到了末敏弹的扫描运动参数中扫描角和扫描转速与姿态角之间的关系。根据组合姿态测量系统的原理,分别设计了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波及容积卡尔曼滤波算法,以四元数作为状态向量,以加速度计和地磁传感器输出数据作为观测向量,实现了数据融合,更加精确的估计出末敏弹的姿态角。针对末敏弹高速旋转对加速度计输出影响问题,提出了通过判断加速度计输出误差来改变量测噪声矩阵的方法,有效改善了高动态条件下的姿态估计精度。通过实验验证了算法的有效性,设计了末敏弹投放试验测试平台,最后将算法应用于末敏弹模型的空中投放试验中,用来对末敏弹扫描运...
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 末敏弹的研究背景及其姿态测量意义
1.2 末敏弹的国内外发展概述
1.3 末敏弹姿态测量技术概述
1.4 卡尔曼滤波的发展和应用状况
1.5 本文的主要内容及结构安排
2 末敏弹扫描运动模型及姿态解算
2.1 运动模型中使用的坐标系
2.2 末敏弹所受的力和力矩
2.2.1 末敏弹弹体和弹翼的受力
2.2.2 末敏弹所受的力矩
2.3 末敏弹扫描运动模型
2.3.1 末敏弹质心运动和绕心运动
2.3.2 末敏弹运动微分方程组
2.4 末敏弹姿态测量原理
2.4.1 姿态测量中使用的坐标系
2.4.2 姿态更新算法
2.5 末敏弹扫描运动参数与姿态的关系
2.6 本章小结
3 卡尔曼滤波在姿态更新中的应用研究
3.1 系统滤波模型的建立
3.1.1 卡尔曼滤波基本原理
3.1.2 末敏弹扫描参数估计模型
3.2 基于广义扩展卡尔曼滤波的研究
3.3 基于无迹卡尔曼滤波的研究
3.3.1 无迹变换
3.3.2 无迹卡尔曼滤波(UKF)
3.4 基于容积卡尔曼滤波的研究
3.4.1 容积准则
3.4.2 容积卡尔曼滤波(CKF)
3.4.3 平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)
3.4.4 基于球面单纯形-径向容积准则的SCKF
3.5 滤波方法仿真
3.5.1 滤波算法的仿真计算
3.5.2 滤波算法总体效果对比
3.6 高转速条件下滤波算法的改进
3.7 本章小结
4 姿态测量方法的验证和应用
4.1 实验平台介绍
4.2 姿态测量方法的验证实验
4.3 末敏弹投放试验中的应用
4.3.1 投放试验过程
4.3.2 末敏弹运动参数的解算结果
4.4 本章小结
5 总结和展望
5.1 总结
5.2 研究的不足和展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析[J]. 舒敬荣,杨玉林,张婷,杨海波. 航空学报. 2015(10)
[2]基于MEMS传感器的姿态测量系统设计[J]. 张鑫,来智勇,张志毅,翟贝贝. 计算机测量与控制. 2015(02)
[3]基于USQUE的四元数容积卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用[J]. 张正彬. 舰船电子工程. 2015(02)
[4]基于Kalman滤波算法角度测量信号融合技术研究[J]. 张立中,胡瀚元,洪进,孟立新,白杨杨. 长春理工大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]国外末敏弹发展概述[J]. 崔瀚,焦志刚. 飞航导弹. 2015(02)
[6]基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究[J]. 米刚,田增山,金悦,李泽,周牧. 传感技术学报. 2015(01)
[7]基于迭代中心差分卡尔曼滤波的飞机姿态估计[J]. 韩萍,干浩亮,何炜琨,Daniel Alazard. 仪器仪表学报. 2015(01)
[8]基于无迹卡尔曼滤波的四旋翼无人飞行器姿态估计算法[J]. 朱岩,付巍. 测试技术学报. 2014(03)
[9]基于改进的迭代容积卡尔曼滤波姿态估计[J]. 钱华明,黄蔚,孙龙. 哈尔滨工业大学学报. 2014(06)
[10]高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法[J]. 牛春峰,刘世平,王中原. 火力与指挥控制. 2012(05)
博士论文
[1]基于MARG传感器的AHRS关键技术研究[D]. 李翔.西安电子科技大学 2013
[2]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[3]双翼末敏弹稳态扫描技术研究[D]. 胡志鹏.南京理工大学 2013
[4]无伞末敏弹气动外形设计与气动特性分析[D]. 周志超.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]双翼无伞末敏弹扫描运动设计方法研究[D]. 王刘星.南京理工大学 2014
[2]捷联惯性导航系统设计与信息融合算法研究[D]. 刘洋.华南理工大学 2013
[3]基于微惯性测量单元的末敏弹稳态扫描参数测量方法研究[D]. 马凯臣.中北大学 2012
[4]无伞末敏弹稳态扫描运动模型与计算方法研究[D]. 周思渊.南京理工大学 2010
[5]捷联惯性导航系统中UKF滤波技术的应用研究[D]. 陆海勇.南京航空航天大学 2009
[6]无伞末敏弹稳态扫描特性研究[D]. 王爱中.南京理工大学 2008
[7]伞降末敏子弹运动特性研究[D]. 王福海.南京理工大学 2007
[8]末敏弹扫描运动数学力学模型及计算机仿真[D]. 顾建平.南京理工大学 2007
[9]基于MEMS器件的航向姿态测量系统的研究[D]. 宋丽君.西北工业大学 2007
本文编号：3679034
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 末敏弹的研究背景及其姿态测量意义
1.2 末敏弹的国内外发展概述
1.3 末敏弹姿态测量技术概述
1.4 卡尔曼滤波的发展和应用状况
1.5 本文的主要内容及结构安排
2 末敏弹扫描运动模型及姿态解算
2.1 运动模型中使用的坐标系
2.2 末敏弹所受的力和力矩
2.2.1 末敏弹弹体和弹翼的受力
2.2.2 末敏弹所受的力矩
2.3 末敏弹扫描运动模型
2.3.1 末敏弹质心运动和绕心运动
2.3.2 末敏弹运动微分方程组
2.4 末敏弹姿态测量原理
2.4.1 姿态测量中使用的坐标系
2.4.2 姿态更新算法
2.5 末敏弹扫描运动参数与姿态的关系
2.6 本章小结
3 卡尔曼滤波在姿态更新中的应用研究
3.1 系统滤波模型的建立
3.1.1 卡尔曼滤波基本原理
3.1.2 末敏弹扫描参数估计模型
3.2 基于广义扩展卡尔曼滤波的研究
3.3 基于无迹卡尔曼滤波的研究
3.3.1 无迹变换
3.3.2 无迹卡尔曼滤波(UKF)
3.4 基于容积卡尔曼滤波的研究
3.4.1 容积准则
3.4.2 容积卡尔曼滤波(CKF)
3.4.3 平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)
3.4.4 基于球面单纯形-径向容积准则的SCKF
3.5 滤波方法仿真
3.5.1 滤波算法的仿真计算
3.5.2 滤波算法总体效果对比
3.6 高转速条件下滤波算法的改进
3.7 本章小结
4 姿态测量方法的验证和应用
4.1 实验平台介绍
4.2 姿态测量方法的验证实验
4.3 末敏弹投放试验中的应用
4.3.1 投放试验过程
4.3.2 末敏弹运动参数的解算结果
4.4 本章小结
5 总结和展望
5.1 总结
5.2 研究的不足和展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析[J]. 舒敬荣,杨玉林,张婷,杨海波. 航空学报. 2015(10)
[2]基于MEMS传感器的姿态测量系统设计[J]. 张鑫,来智勇,张志毅,翟贝贝. 计算机测量与控制. 2015(02)
[3]基于USQUE的四元数容积卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用[J]. 张正彬. 舰船电子工程. 2015(02)
[4]基于Kalman滤波算法角度测量信号融合技术研究[J]. 张立中,胡瀚元,洪进,孟立新,白杨杨. 长春理工大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]国外末敏弹发展概述[J]. 崔瀚,焦志刚. 飞航导弹. 2015(02)
[6]基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究[J]. 米刚,田增山,金悦,李泽,周牧. 传感技术学报. 2015(01)
[7]基于迭代中心差分卡尔曼滤波的飞机姿态估计[J]. 韩萍,干浩亮,何炜琨,Daniel Alazard. 仪器仪表学报. 2015(01)
[8]基于无迹卡尔曼滤波的四旋翼无人飞行器姿态估计算法[J]. 朱岩,付巍. 测试技术学报. 2014(03)
[9]基于改进的迭代容积卡尔曼滤波姿态估计[J]. 钱华明,黄蔚,孙龙. 哈尔滨工业大学学报. 2014(06)
[10]高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法[J]. 牛春峰,刘世平,王中原. 火力与指挥控制. 2012(05)
博士论文
[1]基于MARG传感器的AHRS关键技术研究[D]. 李翔.西安电子科技大学 2013
[2]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[3]双翼末敏弹稳态扫描技术研究[D]. 胡志鹏.南京理工大学 2013
[4]无伞末敏弹气动外形设计与气动特性分析[D]. 周志超.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]双翼无伞末敏弹扫描运动设计方法研究[D]. 王刘星.南京理工大学 2014
[2]捷联惯性导航系统设计与信息融合算法研究[D]. 刘洋.华南理工大学 2013
[3]基于微惯性测量单元的末敏弹稳态扫描参数测量方法研究[D]. 马凯臣.中北大学 2012
[4]无伞末敏弹稳态扫描运动模型与计算方法研究[D]. 周思渊.南京理工大学 2010
[5]捷联惯性导航系统中UKF滤波技术的应用研究[D]. 陆海勇.南京航空航天大学 2009
[6]无伞末敏弹稳态扫描特性研究[D]. 王爱中.南京理工大学 2008
[7]伞降末敏子弹运动特性研究[D]. 王福海.南京理工大学 2007
[8]末敏弹扫描运动数学力学模型及计算机仿真[D]. 顾建平.南京理工大学 2007
[9]基于MEMS器件的航向姿态测量系统的研究[D]. 宋丽君.西北工业大学 2007
本文编号：3679034
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3679034.html
