基于地磁传感器的旋转弹姿态存储测试系统的设计
基于磁阻传感器的旋转弹姿态测量算法研究
表示在此转角基础 上旋转 弹滚转 到 当前 姿态 时又转 是 地磁 矢 量在 旋转 弹 横截 面 内 的投 影 ， 、
过的角度 。
Ｈ 是在该平 面内对 的分解 ， 因此 ， 当 不 同时 ， 地磁传感 器探测到 的 、 会有数值 和符号上 的改变 ： 月
＝ ・ ｉ （ ）， ６＝ ｓｎ ｙ１ 。 ｏ （ １ ｃｓ ｙ ） （） ３
图 ５ 滚 转 角 分 解 示 意 图
（ｓｎ ・ ｉｙ 一ｃｓ ・ ｏｔ
＝
） ’ｓｎ０ ＋ Ｈｙ ｉ ｂ。ｃ ｓ ｏＯ
月 ・ｏ 一 ｃｓ
‘ｉ ｓ ｎ
（ １ １）
同理 ， 以
眦 ｃｏｓ
为界 ， 分解为 ｙ 。和 ｙ。 。
ａｎ …ｃ ｒ（ ｃ ） ｓ ｓ ｉ ｉ ｎ
×ｂ
Ｚｂ ｚ ｂ
ｊ
图 １ 弹 体 座 标分 量
图 ３ 滚 转 角 分 解 示 意 图
０
・
在实际中 ， 所测值是否达到 与 ： 同并 不需 要仪器 相 测定 ， 因为 当旋转 弹 经过 确定 角 度 的偏 航 和俯 仰后 ， 、 ： 都是定值 ， 是 一确定角度。 。
－
ｓｅ ｄ ｐ ｅ ．Ａ ｋ ｎ ｆ ａ ｕ ｉ ｇ ａｇ ｒ ｈ ｗ ｔ ｈ ｈ ｒｃ ｅ ｉ ｉｓ ｏ ｉ ｈ ａ ｃ ｒｃ ｎ ｅｎ ｕｔｂ ｅ ｆｒ ｂｇ ｄ ｎ ｍｉ ｉｄ ｏ ｓ ｒｎ ｌｏ ｔ ｍ ｉ ｔ ｅ ｃ ａａ ｔｒｓ ｃ ｆｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ａ ｄ ｂ ｉ ｇ ｓ ｉ ｌ ｏ ｉ ｙ ａ ｃ ｍｅ ｉ ｈ ｔ ａ
２ 滚转 角解 算
弹体 坐标系定 义 ］ 弹体质心 为原点 Ｏ， 沿纵轴 指 ： Ｙ轴 向前 ， 与纵轴垂 直指向上 ， ｚ轴 Ｘ 轴指 向右 ， 与 Ｙ 轴 、 ｘ轴 ｚ 轴构成 右手 坐标 系 ， 为 Ｏ ｂ ｂ ｂ 记 Ｘ Ｙ Ｚ 。沿 Ｘ 、 ｂＺ 坐标轴 的 ｂ Ｙ 、ｂ
基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法
ＣＵＩＭ ｉ Ｍ Ａ Ｔｉｈ ａ ＤＵＡＮ Ｊｎ Ｊ ｇ Ｆ ｎ， ｅ ｕ ， ｉｇｉ ， ＡＮ ｉｂａ ｎ Ｊｎ ｉｏ （ ｙ Ｉ ｂ ｒｔｒ ｆＩｓｒ ｍｅ ｔｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｇ Ｋｅ ｏ ａｏ ｙｏ ｎ ｔｕ ｎ ａｉ ｃｅ ｃ ．Ｄｙ ａ ｃＭ ｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ａ ｏ ｎ ｍｉ ａ ｕ ｅ ｎ ，Ｎｏ ｔ ｉｅ ｓｔ ｆＣｈｎ ，Ｔａｙ ａ ３ ０ ，Ｃｈｎ ） ｒｈＵｎｖ ｒｉ ｏ ｉａ ｙ ｉｕ ｎ０ ０ ５ １ ｉａ
来 解 算 姿 态 角 的 算 法 。设计 一种 基 于 地 磁 和 陀 螺 的 姿 态 测 量 系 统 ， 用 组 合 样 机 在 三 维 无 磁 性 转 台 上 采集 数 利
据 ， 析 和 处 理 了实 验 数 据 ， 卡 尔 曼 滤 波 器进 行 了 测 试 。结 果 表 明 ： 算 法 可 用 于 旋 转 飞 行 体 的 姿 态 测 量 。 分 对 该
第 ３ Ｏ卷 第 ６期 ２１ ０ ０
学
报
Ｖｏ１ Ｏ ＮＯ． ．３ ６ Ｄｅ Ｏ１ ｅ２ ０
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｏｅｔｌｓ ｏ ｒ ａ ｆＰｒｊｃｉ ，Ｒｏ ｋ ｔ，Ｍ ｉｓｌｓａ ｄＧｕｄ ｎ ｅ ｅ ｃｅｓ ｓ ｉ ｎ ｉａ ｃ ｅ
基于 磁 强 计 和 陀 螺 的弹 箭 飞行 姿 态 测 试 方法
关 键 词 ： 阻 传 感 器 ； 螺 ； 尔 曼 滤 波 器 ； 态 磁 陀 卡 姿
中图 分 类 号 ： Ｊ ６ ． ２ Ｔ ７ ０ ６ 文献标志码 ： Ａ
Ｍ ｉｓｌ ／Ｒｏ ｋ ｔＦ ｉ ｈ ｔｔ ｄ ｓ ｅ ｈ ｄ Ｂａ ｅ ｎ ｓｉ ｅ ｃ ｅ ｌｇ ｔＡｔｉｕ ｅＴｅ ｔＭ ｔ ｏ ｓ ｄ ｏ
基于磁阻传感器的弹用姿态测试系统设计
基于磁阻传感器的弹用姿态测试系统设计李栋(衡水学院，河北衡水〇53000)摘要:设计一种基于霍尼韦尔公司生产的H M C1001型和H M C1002型磁阻传感器的姿态测量系统，通过对飞弹飞行过 程中的姿态实时测量，实现飞弹的导航制导。
该设计中，为解决磁阻传感器易受环境温度影响，且输出信号较弱的问题，专门设计了一种新型的恒流源供电电路以及信号放大、滤波、A/D转换电路，然后使用磁场发生器对系统的静态性能做 了标定，得到的测试结果完全满足设计指标的要求。
关键词:磁阻传感器;恒流源供电电路;静态标定中图分类号:TP212 文献标识码:A文章编号=1673-1131(2019)03-0096-021磁阻传感器的原理磁阻传感器的工作原理是其中的磁敏感物质的阻值会随 磁场强度的变化而变化。
霍尼韦尔公司生产的H M C1001和 H M C1002磁阻传感器，选取玻莫合金作为磁敏感原件，使用 半导体工艺将玻莫合金制成H M C1001薄膜覆于硅晶体之上。
磁阻材料的电阻率大小受到磁场方向和电流方向的夹角0决定[1]，即：p{ff)=px+(p2-a)c〇s2e⑴式中a为通过波莫合金的电流与外磁场方向平行时磁阻 材料的电阻率。
为垂直时磁阻材料的电阻率。
当磁场方向 平行于电流方向时，磁阻材料的阻值最小。
一般我们使玻莫 合金与外磁场的方向夹角为45°附近，此时传感器的输出和磁 场的变化成线性相关B]。
2恒流源供电电路测量系统我们选取H M C1001、H M C1002来构建一个三轴的姿态 测量系统，通过测量弹体实时所处的地磁场信号，并经过相关 数学算法计算，最后可以求出飞弹的实时飞行信息。
HM C1001和HMC1002传感器的内部设计了惠斯通电桥 电路，当外界温度不变时，其输出电压表达式为：V,=~{R-M)+^(R+AR)=V^(2)A R受磁场影响，随磁场改变，电阻率也会产生改变。
且A R的阻值还受外界温度影响。
基于磁强计和陀螺仪的姿态参数测试系统的设计
基于磁强计和陀螺仪的姿态参数测试系统的设计【摘要】本文设计了一种基于磁强计和陀螺仪的姿态参数测试系统，设计了测试系统的总体框架，硬件电路和壳体，选择了合适的陀螺仪和磁强计，具有体积小，功耗低，稳定性高，抗干扰性强的优点。
通过实验表明，测试系统可以对飞行体的进行姿态测试。
【关键词】测试系统；磁强计；陀螺仪；姿态随着各种高新科技在军事领域内的广泛运用，武器装备的性能有了飞跃性的发展，对弹箭飞行测试也提出了更高的要求[1]。
全弹道飞行姿态、轨迹甚至落点等测试内容变得越来越重要[2]。
以往在武器弹药弹道姿态参数的测试方面主要采用地磁传感器、太阳方位角传感器、高速摄影法等方法获取飞行姿态参数，但由于地磁传感器、太阳方位角传感器易受气候、环境条件及障碍物影响；而高速摄影法时间短、有效作用距离短[3]。
磁传感器不能够独立提供三维姿态信息，存在着局限性，但磁传感器不会随时间累积误差；MEMS陀螺具有小体积、抗高过载、测量精度高及较高量程等优点，但是存在误差积累[4]。
本文将两者组合起来，互相补充来解决测量弹丸滚转角的问题。
利用磁强计、MEMS陀螺进行姿态测量是近年来捷联式低成本、全固态测量系统研究的热点之一[5]。
本文设计了磁强计/陀螺组合的姿态参数测试系统，用于测量旋转弹体的姿态。
1.测试系统的总体设计电路模块是整个测试系统的核心部分，高速动能弹测试系统为了在有限壳体内实现三维地磁信号的测试，整个电路采用了微型化设计，在对电路进行最简设计前提下，使测试系统的元器件数量最少，电路系统功耗最低，使用平面封装IC 器件，小体积电阻、电容器件，有效地减小电路模块的体积。
从而使该测试电路能够适应系统要求的体积，增加测试系统的环境适应性。
测试系统主要由传感器组、适配电路、电源控制器、存储器、主控电路等几部分组成的，陀螺、磁传感器将采集到的信号转换成电压信号。
将传感器的输出电压信号进行放大、滤波等处理，将模拟信号转换成为适合A/D变换器输入的信号。
地磁传感器在弹载测试系统中的应用
120
698 73. 2 69. 5 664 1 219. 3 60. 97 50. 8 0. 8
注 :kl = 20 表 3 氧气体积分数为 50 %,环境气压为 101 kPa ,不同环境 温度时测试数据 Tab 3 Test data with different ambient temperature at oxygen
Abstract : The wo rking p rinciple , st ruct ure and application of eart h magnetic field sensors in bullet s test system are int roduced. Aimed at t he specificity of bullet s test ,a bullet s test system based on t hin film coil eart h magnetic field sensors is designed. The advantages of t his system are t hat t he erro r does not accumulate wit h time ,high reliability and fast respo nse ,etc. The wo rking p rinciple and hardware st ruct ure of bullet s test system and signal conditio ning circuit of t he t hin film coil eart h magnetic field sensors are briefly described. Thro ugh t he cart ridge testing ,it validates t hat t his eart h magnetic bullet s test system can accurately measure t he act ual flight parameters of acceleration and rotational speed. Key words : magnetic field sensor ; rotational speed ; bullet s measurement ; eart h magnetism
地磁传感器测量弹体滚转姿态方法研究
１ ０ ４
四川 兵 工 学报
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｓ ｃ ｂ ｇ ． ｑ ｋ ｓ ． ｃ ｑ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ／
固连在 弹体横截 面上 ， 与
利用 固定在 弹上地磁传感 器探测 各 弹轴上 的地磁 分量 变化 规 律并 以此解算 出弹体姿态。介绍 了根据地磁 场模型 ， 利用
地磁 场模 型计算地磁场矢量在 弹体横 截面上的投影分量 ， 然后 由投影分 量解算 出滚转姿态 角的基准 角 ， 最后 根据双
轴地 磁传感器输 出和基准角判定 弹体姿态角 ； 通过试 验验 证 了该 滚转姿 态测量 方法 的可行 性 ， 并 进行 了误差 分析 ， 误差 在可接受范 围内， 可满足简易制导炮 弹需求 。 关键词 ： 地磁 传感 器 ； 滚转姿 态角 ； 测量
ｃ ａ ｎｎ ｏ ｎ ｂａ ｌ １ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｇ ｅ ｏ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ；ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ；ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ
Ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ： Ｑ Ｉ Ｕ Ｒ ｏ ｎ ｇ － ｊ ｉ ａ ｎ ． Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｓ Ｒ ｏ ｌ ｌ Ａ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｂ ｙ Ｇ ｅ ｏ —
第３ ５卷 第 １ ０期
四 川 兵 工 学 报
２ ０ １ ４年 ｌ Ｏ月
【 信息科学与控制工程】
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ０ ９ ／ ｓ ｃ ｂ ｇ ｘ ｂ ２ ０ １ ４ ． １ ００ ２ ９
基于地磁方位角的旋转弹丸姿态解算方法
其次通过分析稳定弹丸的飞行特性及外力矩情况，推导出了包含俯仰和偏航参数的绕质心动力学方程
组。然后以此动力学方程组为驱动方程，以地磁方位角为观测量，借助扩展卡尔曼滤波估计出了弹丸
的俯仰角和偏航角。仿真结果显示，基于地磁方位角的姿态解算方法可以准确估计出旋转弹丸的姿态
角信息，最大误差不超过 0.2°，验证了该方法的有效性。最后实弹实验结果进一步表明了该方法具有
第 27 卷第 5 期 2019 年 10 月
文章编号：1005-6734(2019)05 of Chinese Inertial Technology
Vol.27 No.5 Oct. 2019
doi: 10.13695/ki.12-1222/o3.2019.05.009
收稿日期：2019-05-23；修回日期：2019-10-23 基金项目：装备预研基金（9140C300305140C30140） 作者简介：安亮亮（1986—），男，博士研究生，从事组合测姿及导航制导技术研究。E-mail：anliangno1@ 联 系 人：王良明（1963—），男，教授，博士生导师。E-mail：lmwang_802@
地球磁场有着丰富的参数信息，利用地磁场来实 现弹体的姿态测量具有全天候、能耗低、抗冲击能力 强、无累积误差、可靠性高等优良特征[1]。近年来， 随着集成电路技术的成熟以及反卫星武器的不断发 展，地磁探测技术不断受到重视，广泛应用于航空航 天、军事等领域 [2-3]。
采用地磁传感器组合测量弹丸的飞行姿态参数， 对于分析弹箭动力学、为导航制导系统提供支持等都 有重要意义。常用的地磁传感器测姿方法大多依赖于 坐标系转移矩阵，即载体坐标系与导航坐标系的相关 转移。由于三姿态角的解算方程并不独立，需要假定 某一姿态角为已知量，或者通过与内置弹载器件如陀
运用地磁传感器对旋转弹进行程序控制
运用地磁传感器对旋转弹进行程序控制
陈智刚;C．N．斯特列蚨;等
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2001(015)003
【摘要】目的运用地磁感应传感器对旋转飞行中的多管火箭弹进行控制. 方法通过分析合理地利用地磁导航系统，以实现弹的自动控制程序. 结果地磁感应传感器与两个线性加速度计的使用将给出足够的信息量以供实现弹的程序控制. 结论推荐的控制系统性能优于现有的编程控制系统.
【总页数】3页(P169-171)
【作者】陈智刚;C．N．斯特列蚨;等
【作者单位】华北工学院机械电子工程系,;华北工学院机械电子工程系,;图拉国立大学,
【正文语种】中文
【中图分类】E927
【相关文献】
1.基于地磁传感器的旋转弹姿态存储测试系统的设计 [J], 李慧;
2.利用编程器进行可编程序控制器的故障诊断 [J], 赵晓玲
3.利用汇川伺服驱动器和可编程序控制器通信对伺服电动机进行运行控制 [J], 温惠萍
4.基于地磁传感器的旋转弹箭滚转角解算精度分析 [J], 陈胜政;杨波;张意;王天明;
杨靖
5.基于线圈式地磁传感器的高速旋转弹转速测试 [J], 张慧;曹咏弘;马铁华;范锦彪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于地磁传感器的弹体姿态角测量方法研究
基于地磁传感器的弹体姿态角测量方法研究
邱荣剑;宓卉
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2012(032)011
【摘要】随着各国对信息化弹药的重视，地磁传感器测姿技术也得到快速发展。
目前国内的地磁测姿设备仅能测量弹体的滚转角及转速，文章介绍了一种利用三轴矢量磁力计测量飞行弹体在弹体坐标系下的磁场强度及磁场强度变化率，然后通过测得的磁场强度及变化率求解弹体姿态（俯仰角、偏航角及滚转角）的理论计算方法，该测量方法的精度主要取决于矢量磁力计的测量精度，具有很高的工程应用价值。
【总页数】3页(P97-99)
【作者】邱荣剑;宓卉
【作者单位】太原市和平北路10号信箱,太原030027;晋西工业集团,太原030027【正文语种】中文
【中图分类】TJ765.4
【相关文献】
1.应用地磁场的弹体飞行姿态测量方法研究 [J], 郭庆伟;李超旺
2.地磁传感器测量弹体滚转姿态方法研究 [J], 邱荣剑
3.基于地磁传感器的弹体姿态测量方法 [J], 陈春行;林春生;贾文抖;翟国君
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辉;李志勇
5.基于UKF弹体滚转姿态测量方法研究 [J], 袁丹丹;易文俊;管军;孙蕾;张浩然因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于GPS／地磁组合弹体滚转姿态测量方法
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｎｔｅｇｒａｔｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ （ＧＰＳ），ｔｈｅｂｌｉｎｄｓｐｏｔｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓａｎａ ｌｙｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｒｏｌｌａｔｔｉｔｕｄｅ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｂｌｉｎｄｓｐｏｔｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｉｓｔｓ， ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｒｏｌｌａｔｔｉｔｕｄｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｂｅｃｏｍｅｓｉｎａｃｃｕｒａｔｅ．Ａｉｍｉｎｇｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｉｄｅａｏｆｕｓｉｎｇｔｈｅｒｏｌｌ ａｎｇｌｅｔｏｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌａｔｔｉｔｕｄｅｏｕｔｐｕｔｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ａｎｄａｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅｒｏｌｌａｎｇｌｅｔｏｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒａｘｉｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＧＰＳｏｕｔｐｕｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄａｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｉｎａｃ ｃｕｒａｔｅｒｏｌｌａｔｔｉｔｕｄｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉ ｆｉｅｄｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｂｌｉｎｄａｒｅａｄｒａｗｂａｃｋｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｅｆ ｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｒｏｌｌａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．
基于地磁传感器的弹体姿态测量方法
基于地磁传感器的弹体姿态测量方法陈春行;林春生;贾文抖;翟国君【摘要】针对现有求解弹体姿态角方法存在易受天气影响、不易分析解的存在性的不足,提出了一种基于地磁传感器的弹体姿态测量方法.该方法基于弹体坐标系及弹轴坐标系之间的转换关系求得弹轴坐标系上磁场强度,并通过迭代的方法解算出弹体姿态角,解决了常规利用磁传感器求解弹体姿态角难以分析解的存在性的问题.仿真结果表明,姿态角解算结果具有较小的误差,且不随时间积累,能实现对弹体的姿态测量.%Aiming at the shortcomings of the existing methods of the proj ectile attitude measuring which is easi-ly affected by the weather and hard to analyze the existence of solutions for solving the attitude angle of proj ec-tile,a method of attitude measurement based on geomagnetic sensor was proposed in this paper.The method used a body coordinate system and three axis geomagnetic sensor to calculate attitude angle of the projectile,sol-ving the problem of conventional single magnetic sensor could not solve the attitude angle.The simulation results showed that the method had less error in calculation between attitude angle and it did not change over time, which could help to measure the attitude of the proj ectile.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】4页(P33-35,39)【关键词】姿态测量;仿真;地磁传感器【作者】陈春行;林春生;贾文抖;翟国君【作者单位】海军工程大学,湖北武汉430033;海军工程大学,湖北武汉430033;海军工程大学,湖北武汉430033;海军海洋测绘研究所,天津300061【正文语种】中文【中图分类】TP2160 引言随着新形势下战场环境的恶化，对常规兵器的作战性能的要求也随之提高，实现精确打击已成为现代常规弹药的重要任务，弹体姿态测量方法的实现也显得越发重要[1]。
基于地磁传感器的旋转弹姿态存储测试系统的设计
基于地磁传感器的旋转弹姿态存储测试系统的设计
李慧
【期刊名称】《伺服控制》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】传统的由加速度计和陀螺组合而成的惯性测量系统，由于安装时存在误差，并且误差随时间积累导致无法计算出准确的姿态角，且不能承受较高的冲击。
地磁传感器具有误差不随时间积累、使用简单、量程范围广的优点，在姿态测试中有广泛的应用空间。
本文通过分析旋转弹的滚转姿态的测量环境和需求，设定了基于薄膜式地磁传感器的旋转弹滚转角姿态存储测试系统的性能指标。
根据制定出的技术指标，进行了测试系统硬件电路中调理电路部分的设计。
最后介绍了测试系统针对恶劣的测试环境采取的提高系统可靠性的措施。
【总页数】4页(P65-68)
【作者】李慧
【作者单位】太原航空仪表有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.13
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1.基于CC430的高速旋转弹弹载测试系统设计
2.小直径飞行体姿态存储测试系统设计
3.基于地磁传感器解算旋转体姿态的方法
4.基于地磁传感器的旋转弹箭滚转角解算精度分析
5.基于线圈式地磁传感器的高速旋转弹转速测试
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2009-史连艳(解放军军械学院)-基于地磁测量的弹体滚转角测量系统设计
前仍未能有效解决。 因此，研制能有效提高弹体滚转姿态探 于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用，直到半导体问世
测精度、抗高过载并能充分利用现有弹药的方法及组件迫在 后才真正用于磁场测量。 其优点是体积小，重量轻，功耗小，
眉睫。 而利用地磁场为参考进行探测，原理简单，可以全天候 价格便宜，接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。 但是，
4.2 其他器件引起的测角误差 （1）放大器误差 传感器的桥压为 5 V，地磁场的典型值
为 0.5～0.6 Guass(1 G=10-4T)，则 由 传 感 器 输 出 特 性 曲 线 可 知 在磁场范围为±2 Guass 时输出电压信号为±20 mV，这么微弱 的信号须经过放大才能传给 后 续电 路 。 参 考 AMP04 的 技 术 参数，按照线性关系计算，综合温度变化引起的误差和输出 产生的线性度误差，得到该放大器的误差小于 0.022°。
测 量 精 度 高 ，但 是 易 受 国 外 技 术 封 锁 ；利 用 太 阳 方 位 角 遥 测 交流磁场频率的上 限 约 为 10 kHz。 它 们 的 尺寸 规 格 较大 ，价
法的成本比较高， 不可能在现有弹药的基础上大量装备；而 格昂贵。
利用加速度计测量方法产生的初始对准误差有积累效应，目
（2）霍 尔 效 应 磁 传 感 器 100 多 年 前 发 现 的 霍 尔 效 应 ，由
时性进行了分析；给出了初步的实验数据仿真结果。 结果表明：利用该系统测量弹体的滚转角是可行的，但测量精度
较低，必须进行必要的误差补偿研究。
关 键 词: 磁阻传感器； 数据采集； 精度分析； 数值仿真
中图分类号: TJ761.1
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1006－6977（2009）03-0004-03
基于地磁测量的弹载滚转稳定平台控制系统设计的开题报告
基于地磁测量的弹载滚转稳定平台控制系统设计的开题报告1. 研究背景和意义随着现代兵器装备的发展，高精度稳定平台在导航、测量、瞄准等领域得到了广泛应用。
弹载滚转稳定平台是一种典型的高精度稳定平台，它能够实现一定的角速率补偿，减小弹头的偏离角度，提高弹头的打击精度，对提高军事装备的作战能力有着重要作用。
目前，已有许多研究者在弹载滚转稳定平台的姿态控制方面进行了深入研究。
其中，基于惯性传感器的控制方法和基于光学测量的控制方法被广泛采用。
但是，在弹道飞行过程中，惯性传感器和光学测量器受到环境因素的干扰，其精度和可靠性会受到较大的影响。
因此，基于地磁测量的弹载滚转稳定平台控制系统成为一种新的发展方向。
2. 研究内容和方法本课题将针对基于地磁测量的弹载滚转稳定平台控制系统进行研究，在此基础上，设计一种高精度的控制方案。
具体研究内容包括以下几个方面：（1）地磁传感器及其测量原理：研究地磁测量的原理、传感器的结构和工作原理，分析地磁信号噪声的来源和影响因素。
（2）基于地磁测量的姿态解算算法：根据地磁传感器测量的地磁场强度和方向，结合加速度计和陀螺仪等信息，设计基于地磁测量的姿态解算算法，实现对平台的姿态估计。
（3）弹载滚转稳定平台控制算法：针对弹载滚转稳定平台的运动特点，设计控制算法，实现对弹载滚转稳定平台的稳定控制。
（4）系统模型建立与仿真：根据设计的控制方案，建立弹载滚转稳定平台控制系统的仿真模型，并进行仿真分析。
3. 预期成果和意义本研究将设计一种基于地磁测量的弹载滚转稳定平台控制系统，为提高弹头打击精度提供技术支持。
具体预期成果包括：（1）基于地磁测量的姿态解算算法：设计一种高精度的姿态解算算法，实现对平台的姿态估计。
（2）弹载滚转稳定平台控制算法：设计一种高精度的控制算法，实现对弹载滚转稳定平台的稳定控制。
（3）系统模型建立与仿真：建立弹载滚转稳定平台控制系统的仿真模型，并进行仿真分析，评估系统性能和可靠性。
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度 仅 为 ±１ ． ５ ｍＶ，并 且 还 有 负信 号 ，而 系 统 设 置 的Ａ ／ Ｄ只 能 采集０ ， － － ２ ． ５ Ｖ的模 拟 信 号 ， 因此 需 要 将 信 号 进 行 １ ． ２ ５ Ｖ的正 偏
２ ． ３ 硬 件 电路的 设计要 素
本 文 的 地 磁 传 感 器 为 中 北 大 学 电子 测 试 技 术 国 家 重 点 实 验 室 设 计 的 薄 膜 式 地 磁 传 感 器 ，该 小 节 侧 重 于 地 磁 传 感 器 模 拟 部 分 硬 件 电路 的设 计 。 ｆ １ ） 电源 管理 电路
２
基于地磁传感器 的旋 转弹 姿 态 存储 测 试 系统 的设计
太原航 空仪 表有限公司 李慧
摘 要 ：传统的 由加速 度计和陀螺组合而成 的惯性 测量系统 ，由于安装 时存在误 差 ，并且 误差 随时 间积累导 致无法计 算 出准确的姿 态角 ，且 不能承 受较高 的冲 击 。地磁传感器具有误差不 随时间积 累 、使用 简单 、量程范围广的优点 ，在姿态 测试 中有广泛的应用空 间。本文通过分析旋转 弹的滚转 姿态 的测 量环 境和 需求 ， 设定 了基于薄膜式地磁传感器 的旋转 弹滚转角 姿态存储 测试 系统 的性 能指 标 。根
Ｃ￣
图 ２ 存储 测试 仪 工作流 程 图
本 文设计 的测试 系统 工作状 态之 间的转换是在 可编程
逻辑器件Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ的控 制 下 完成 的 。
＝ ｎ 占 ｓ ｃ 。 ｓ 妒 ｓ ｉ ｎ 妒 。 丢 （ ｆ ； ； ］ １ ｆ 三 ］
： ｎ Ｂ Ｓ ÷（ ｃ ｏ ｓ （ ｒ ＋ ￣ ） ｃ ｏ ｓ ｌ ｃ ｏ ｓ Ｄ— ｓ ｉ ｎ （ ７ ＋ ￣ ） ｓ ｉ ｎ ， ）
据制 定出的技术指标 ，进行 了测试系统硬件 电路中调理 电路部分的设计 。最后介
绍了测试系统针对恶劣 的测试环境采取的提高系统可靠性的措施 。
关键词 ：姿态测试 地磁传感器 存储测试系统 旋转 弹
１ 引言
现 代 测 试 技 术 随 着 各 种 新 武 器 的 打 击 精 度 、 毁 伤 能
地磁 传 感 器 测 试 系统 由地 磁传 感 器 、 电路模 块 和 电源模
块组成 ，其中 电路模块包括适配 电路、Ａ／ Ｄ转换器、存储器 等。测试 系统可以完整将弹体 飞行整个过程中传感器的输出
Ｗ Ｗ Ｗ． Ｃ ． Ａ １ ６ ８ ． Ｃ Ｏ Ｍ Ｊ ｕ ｌ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｍ ｌ ６ ５
频 率又会导 致采样时 间过短 ，导致部 分有效信号 的丢失。 权衡 之下，测试 系统的采样频率设计为２ ５ ｋ Ｈ ｚ ／ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ 。
力 的提高 ，对测试技 术 的要 求逐渐发 展成小体 积、抗 高过 载 、高可靠 性、 以及 高精度 的一项技 术。这项 技术 可以准 确地 获取测 试过程 中被测量 的变化信 息 ，为取 得兵器精 确 与制导提供 可靠 的数 据依据 。 因测试 系统往往 需要放 置到 被 测体上 或被测环境 中，在 测试过程 中将 受到与被 测对象 相 同的极端 恶劣 的环 境 力的作用 ，因此测试 系统 必须能够 抵抗 恶劣环境 ，具有可实现性（ 可测性） ，存活性和可靠性。 往 往在 系统 设计环 节 中需 要考虑小体 积 、微 功耗 、高可靠 性 、抗高过 载的设计 原则 ，使其能够 满足恶 劣的测试环 境
以及 对 测 试 的 各项 技 术 要 求Ｉ 。 。 。
ｒ ３ ） 记 录时 间为 ＞８ ０ ｓ ，自旋 弹 的飞行时 间一般 为几十
秒 ，满 足测 试 需 求 。
（ ４ １ 记录容量 为２ ＭＷｏ ｒ ｄ ／ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ，Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ存储器 的成本 主要是决定 于容量 的大小 ，并且根据 前面采样 频率和记录
进入待读数 态。擦 除数据 并下 电后 ，主控 芯片输 出ＯＮ Ａ为 低 ，关 闭ＶＤ Ｄ，系统回到最低功耗的休 眠状 态。
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系统的工作流程图如图２ 所示。
由式 ：
…
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７ 月
第５
记录下来 ，在测试完成后回收测试 系统 ，然后连接计算机通
过 解 算便 可 以得 到 弹体 在整 个 飞 行 过程 的转 速信 息。
信号来 临 ，系统采集完 毕后 ，系统向 电源 芯片输 出Ｏ ＮＢ为
低 ，关 闭模 拟 电源 ，只保 留提 供给Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ闪存 的ＶＤ Ｄ，
测试 系统 的指标参 数设计 为 ：
ｆ １ ） 转 速 测 量 范 围 为 １ ｏ ０ 转／ ｓ ， 自旋 弹 飞 行 过 程 中 最 高
采 集 ，信号 流 程 图如 图１ 所示 。
［
测 躲统
图 １ 地 磁传
为几 十转／ ｓ ，而地磁传 感器的突 出的优点就是量程大 ，满足 测试 需求。 （ ２ ） 采样 频率 为２ ５ ｋ Ｈｚ ／ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ，高采样频率 可以真实还 原测 试过程 ，但是在 存储容 量一定 的情况 下 ，过高 的采样
时 间 可 知 ，设 计 采 用 总 容 量 为４ Ｍｗ ｏ ｒ ｄ 的Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ芯 片 。 ｆ ５ ）１ － 电 方 式 设 计 为 手 动 ， 为 了满 足 系 统 低 功 耗 的 需 求 ，设计 上 电 方式 为手 动 。
（ ６ ） 回收抗过载 为５ ０ ， ０ ０ ０ ｇ ，测试 系统需要跟 随弹体在 发
射 和 落地 瞬 间需 要 承 受 高 达 几 千个 ｇ 的过载。
２ － ２ 地磁传 感器 测试系 统 电路的总 体设 计
本 文 设 计 的 测 试 系统 可 以实 现 双 轴 地 磁 传 感 器 信 号 的
２ 地 磁 传感 器测 试 系统 的 采集 电路 设计
２ ． １ 测试 系统 的技 术指 标