西北工业大学,地磁场历表模型与微小卫星姿态确定精度测试软件计算机软件著作权登记证明
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地磁场历表模型与微小卫星姿态确定精度测试软件
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地磁场历表模型与微小卫星姿态确定精度测试软件（简称：地磁场历表模型精度测试软件V1.0）由西北工业大学于在国家版权中心登记注册,登记号：。有关于地磁场历表模型与微小卫星姿态确定精度测试软件著作权归西北工业大学所有，根据《计算机软件保护条例》和《计算机软件著作权登记办法》的规定，受到法律保护。
软件名称：
地磁场历表模型与微小卫星姿态确定精度
简称:地磁场历表模型精度测试软件
著作权人：
西北工业大学
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联系电话：,　信产部网站备案：陕ICP备号　法律顾问：信诚律师事务所(张宏彬律师)　当前在线2894人　　本屌丝认为应该是北斗吧，但是不懂，能不能解一下惑，谢谢。
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　　中国放的是狼烟，中国都崩溃了　　
　　求教，无聊的不要　　
　　白天指南针，晚上北极星。多数用易经推算。
　　目标地有先遣小组，插小红旗标注着弹点。　　
　　凭感觉，还有就是圈养一部分JY做洲际导弹的制导，因为经研究发现，JY可以在毫无参照物的情况下准确找到美国、日本、英国甚至印度、菲律宾等国的菊花。
　　里面藏个人，拿指南针和地图。　　
　　高德地图吧，还有志玲姐姐配音，目标东京，坐标xx，一号导弹准备　　
　　套情报的帖子怎么多了起来　　
　　一般人我不告诉他，其实用的百度地图，当然要先注册个账号，点评还能积分
　　你们干嘛呀，晕死了　　
　　洲际弹道导弹无论是哪个国家基本都是惯导加星光制导，什么GPS、北斗都不会采用，因为对宇航大国来说，GPS和北斗在大国核战中基本上不会正常运转。只有惯导和星光是最可靠的，也是别人摧毁不了的。但是现在的惯导和以前的惯导已经不可同日而语了，中美在激光陀螺的研发上都很有建树，简单说就是如果以前的惯导能把命中精度搞到50米的话，现在高精度惯导能搞进20米以内。
　　@落日刀
23:43:00　　凭感觉，还有就是圈养一部分JY做洲际导弹的制导，因为经研究发现，JY可以在毫无参照物的情况下准确找到美国、日本、英国甚至印度、菲律宾等国的菊花。　　—————————————————　　??????　　
　　@乐豆奶茶
23:51:00　　套情报的帖子怎么多了起来　　—————————————————　　真晕啊，小编你删了吧，这高帽，受不起　　
　　你说的他妈的什么导弹　　巡航导弹还是弹道导弹。弹道导弹不需要导航。巡航导弹平时用GPS以后是北斗逐渐替代。。。　　
　　网特真是无处不在，就不告诉你！气死你！让你领不到狗粮，饿死你！
　　@专业农夫
23:53:00　　洲际弹道导弹无论是哪个国家基本都是惯导加星光制导，什么GPS、北斗都不会采用，因为对宇航大国来说，GPS和北斗在大国核战中基本上不会正常运转。只有惯导和星光是最可靠的，也是别人摧毁不了的。但是现在的惯导和以前的惯导已经不可同日而语了，中美在激光陀螺的研发上都很有建树，简单说就是如果以前的惯导能把命中精度搞到50米的话，现在高精度惯导能搞进20米以内。　　—————————————————　　谢谢　　
　　楼主傻逼了吧，里面有驾驶室，方向盘操控　　
　　用望远镜啊
　　撒比楼主，你妈妈自己导航！　　
　　@爱在离别时02
00:20:00　　撒比楼主，你妈妈自己导航！　　—————————————————　　骂人者自受　　
　　@饥荒的存钱罐
23:37:41　　白天指南针，晚上北极星。多数用易经推算。　　-----------------------------　　哈哈哈哈哈
　　@饥荒的存钱罐
23:37:00　　白天指南针，晚上北极星。多数用易经推算。　　—————————————————　　膜拜大神　　
　　一般发射之前部队参谋们会先卜一卦，要是上上签才会发射，不用管的！要是下下签的话就再换一弹上来再卜~什么导航都是忽悠敌对方的~~卦象准的话目标就容易中。。。
　　用GPS啊，这都不知道！　　
　　吱……　　
　　据说是鸽子
　　搞xiao　　
　　@ljjjeff 　　--------------　　NS-926-E4A22
　　@ljjjeff 　　================　　这都不知？你物理咋学的？　　核弹是惯性制导+星光制导，部分战术导弹采用卫、雷达、光纤制导。核弹不受任何人为因素干扰，战术导弹则多如牛毛，所以干死湾湾小菜一碟。这下你可以向你的上峰汇报领奖金了。
　　有柴　　
　　呵呵；防火！防盗！防敌特！
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设计了一套用于近程被动成像的毫米波合成孔径辐射计（MMW-SAR）系统,由在水平和垂直方向上扫描的一对辐射计以及后端的信号处理系统组成,可对几米内的目标成像。文中给出了成像系统的总体结构和成像算法;并提出近程成像的特点是需要相位补偿;并首次在直角坐标系下推导了合成孔径成像公式,简化了表达式和相位补偿运算;另外在计算相关函数时提出采用多相滤波算法,有效地克制了相关函数虚部的波动,提高了成像质量和系统效率。
从地磁匹配导航的原理出发,分析并提出了开发地磁匹配导航需要解决的关键技术问题。针对现有地磁场模型精度偏低、模型边界效应等问题,深入分析了传统补充国际地磁参考场值的缺陷。提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,建立适合地磁匹配导航的高精度地磁场模型,为匹配算法提供可靠的参考依据;并提出了多项式最佳插值截断阶数的算法;最后,进行了仿真试验。试验证明：该技术具有优于补充国际地磁参考场值建立高分辨率模型的方法,可以提高模型的分辨率,改善建模过程中存在的边界效应问题。
提出一种新型的双极化毫米波（MMW）全功率辐射计结构,通过两路直接检波式接收机接收目标辐射信号的2个正交极化分量对目标进行检测识别。在论述其系统结构和工作原理基础上,对系统性能进行了分析。分析表明：此辐射计温度灵敏度高,输出信号信噪比好,作用距离远,并对存在水平、垂直极化视在温度差的虚假目标有较好的识别性能。
在红外地面目标跟踪过程中,目标在图像系统中呈现多样化,任何一种单一的跟踪方式都无法满足系统的要求。对此本文采用一种多模跟踪方式,针对具体的目标,采用不同模式的跟踪方法。对于小目标,采用互信息测度的相关跟踪方式;对于大目标,采用形心跟踪方式。通过自适应波门来决定跟踪模式,实验证明该算法具有稳定而且精确的跟踪性能,算法执行时间短,完全可以满足实时性要求。
根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于计算定常、非定常自然和通气超空泡形态的计算方法。运用该方法对在圆盘空化器速度和流场压力扰动下的自然和通气超空泡非定常变化过程进行了数值仿真,结果表明：自然超空泡在非定常和准定常条件下的形态特性存在较大差别,超空泡长度变化相对于非定常扰动表现出时间滞后性;通气超空泡与自然超空泡形态特性也存在差别,通气超空泡在非定常扰动下的过渡时间较长,振动幅度较大。
在MAZAK机床上正交车铣薄壁铝合金试件,压电加速度传感器安装在内壁上,通过PCI-1712高速数据采集卡采集薄壁的振动信号。利用MATLAB强大的信号处理功能对采集的加速度信号进行分析,振动信号的时域标识了振动幅值大小,功率谱显示了薄壁振动信号的频率构成和能量分布。分析了自激振动的频率随刀具转速和壁厚变化的趋势,给出了工艺系统发生颤振时的主频率。然后利用小波包处理信号的优势将剧烈颤振加速度信号进行小波包分解,根据能量和频段分布进行节点信号重构,得到小波包滤波后的颤振信号。为了了解车铣切削力在剧烈颤振前后变化情况,应用小波包分解并重构出颤振前后3种不同刀具转速时强迫振动信号,对比发现剧烈颤振时强迫振动的当量电压幅值增大,振动加强,这从侧面反映了正交车铣切削力的大小和变化。此振动分析对正交车铣薄壁零件有一定的指导意义。
采用直径100 mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置,以碳纤维混凝土（CFRC）的SHPB试验为例,就试验过程中的波形整形技术展开研究,内容包括：波形整形器的设计、近似恒应变率的估算、最佳近似恒应变率的确定以及应力均匀性分析。结果表明：厚度为1 mm,直径分别为20 mm2、2 mm、25 mm2、7 mm3、0 mm的H62黄铜波形整形器对入射波形有明显的改善效果,可将入射脉冲上升沿的升时延长1-1.6倍;应变率对于波形整形器的直径很敏感,随着整形器直径的增大,最佳近似恒应变率也在增加,一个几何尺寸的波形整形器只能对应于一个最佳近似恒应变率,且与整形器的直径之间满足线性函数关系;应力不均匀系数能够有效地描述混凝土材料SHPB试验的应力均匀性。
发射筒是某型导弹发射车实施导弹发射的核心部件,对安全性具有很高的要求,每次发射后必须进行探伤检查。为提高探伤的效率和准确性,并使探伤结果的显示更加清晰直观,设计了一种具有三自由度超声扫描驱动装置的自动探伤系统,并在软件设计中提出了基于空域相关滤波的超声信号处理方法和探伤结果的B扫描成像方法。目前,该系统已在某型导弹发射设备的装备保障任务中得到了实际应用,并取得了良好的使用效果。
给出了传递对准过程中补偿主惯导系统（MINS）输出数据延迟的方法。该方法在子惯导系统（SINS）获得主惯导的参考数据时,将时间基准统一到主惯导数据对应时刻进行卡尔曼滤波处理,通过时间更新得到当前时刻的子惯导误差估计值。计算机仿真结果表明对数据滞后进行补偿后改善了传递对准的性能。在要求快速高精度对准的情况下,考虑主惯导参考数据滞后是必要的。
弹道导弹捷联惯性导航系统（SINS）的误差是由陀螺仪和加速度计交叉影响产生的,与平台误差传播过程有本质区别,本文针对弹道导弹捷联惯性系统的实用模型开展了研究,得到了离散形式的误差传播,通过该模型建立的离散卡尔曼滤波仿真表明,模型准确地反映了捷联惯性导航系统的误差,为组合制导和提高射击精度研究提供了有利条件。
数据融合技术是多模复合导引头的核心问题和关键技术。针对被动微波/红外复合导引头,通过分析武器系统对融合处理系统的要求,设计了数据融合处理的总体方案;提出了基于预测—观测差和预测—预测差的单导引头干扰判断和多导引头干扰判断方法;最后针对导弹攻击过程中的不同阶段设计了数据融合策略。结合实测数据的实验,验证了干扰判断和融合策略的有效性。
提出了以理论弹目线为中心的扫描方式,该方式能减小导引头扫描角度范围和扫描周期,降低了导引头设计技术指标要求;建立了以理论弹目线为中心的导引头指向角模型,并对其误差进行了分析;采用Monte-Carlo法对导引头指向角误差进行了仿真计算。结果表明,以理论弹目线为中心的扫描方式扫描角度范围减小2α,α大小与目标横向机动速度、导弹射程和采用的中制导律有关。研究结果可以对同类的自寻的导弹工程研制起借鉴作用。
针对三维空间导弹和地面机动目标相对运动的非线性模型,将目标运动速度和机动加速度视为有界扰动,设计了一种击顶制导律策略。制导策略分为2部分：第1部分基于弹目视线倾角角速度和偏角角速度反馈,利用非线性系统输入输出线性化方法设计了接近制导律,保证导弹朝向目标运动;第2部分基于弹目视线倾角反馈,利用非线性系统输入输出线性化方法设计了击顶制导律。该制导律在保证弹目视线角速度趋零的同时还可保证视线倾角趋于-90&#176;,从而实现对目标的垂直打击即击顶。从理论上分析了制导系统的稳定性和精度。数值仿真结果证实该制导律有效。
针对高海况下对海浪水压场实施预测滤波效果较差这一问题,文中基于混沌模型提出了一种新的预测滤波方法。首先对海浪水压信号的混沌特性进行了分析,计算了相空间重构的参数,建立起了海浪水压场的相空间重构模型;并根据其所具有的混沌特性,利用其相轨迹所揭示的高阶信息,使用二阶部分解耦Volterra自适应预测滤波器进行预测滤波。大量实测海浪数据的滤波实验和对舰船水压信号的检测结果显示,这种算法既具有较高的预测滤波效果,又能根据海况的变化及时地调整滤波器系数,算法实现较为简单,适合海浪这种短时平稳信号。
射频识别（RFID）防碰撞算法中,识别速度、标签平均响应次数和可靠性是衡量算法性能的重要指标。QT（Query Tree）算法以适用于低成本标签而闻名,针对QT算法识别速度慢、标签平均响应次数多的缺点,提出前缀分段匹配二进制算法：针对标签ID由几个不同含义区间段组成的特点,读写器利用历史识别的标签ID组成一个前缀库;在识别未知标签的ID时不断进行匹配,并尝试着用前缀库中存储的前缀作为标签ID的前缀。仿真实验证明,在假设某个特定读写器识别标签ID的类别有限的情况下,前缀分段匹配二进制防碰撞算法能够将QT算法的识别速度提高约3倍、标签响应次数降低为1/4左右、系统传输通路平均吞吐率约提高3倍。
结合无线传感器网络的特点,利用中国北斗定位系统的定位、通信功能,提出了一种新的基于地理位置信息的蚁群路由优化算法。该算法利用北斗卫星获取方向因子和传递簇间路由信息,从而减少搜索盲目性,提高路由效率。仿真结果表明：改进算法提高收敛速度,减少控制包的发送量,从而节约能量开销。
目标运动带来的距离与速度模糊问题会使毫米波线性调频连续波近程探测雷达的测距精度大大降低。本文提出了一种利用分数阶Fourier变换及自相关得到雷达回波信号参数,从而估计出运动目标精确距离的方法。同时,文中给出一种新的快速搜索算法,提高了计算速度,并具有较高的测距精度。与中国余数理论方法相比,该方法算法具有处理简单、计算量小等优点。仿真结果验证了该算法的有效性。
封锁时间和封锁概率是评估子母弹对机场跑道封锁效果的2个重要指标。本文重点针对封锁时间的计算,考虑机场遭打击后修复最少数量坑的模型,提出了区域搜索法和随机抽样法2种方法。这2种方法均采用Monte-Carlo仿真技术,在通过数值仿真法生成子弹落点的前提下,搜索出受最少子弹影响的紧急维修区域,从而计算了封锁时间和封锁概率。最后还给出了计算实例,说明了在合适的仿真次数和抽样次数保证下2种方法的合理性,以及在应用中如何选择这2种方法。
为延长武器身管使用寿命,采用了在发射药中添加纳米材料的方法。研究了纳米材料添加到发射药中对发射药性能的影响,特别是研究了纳米材料的分散性对身管延寿的影响。在发射药中添加纳米材料能提高发射药的抗烧蚀性能,但是纳米材料分散不好会降低身管的使用寿命,而良好分散的纳米材料添加到发射药中能有效延长身管的常温使用寿命。
润滑油温度影响柴油机空载减速过程曲线的变化。为了提高利用柴油机空载减速过程评价柴油机技术状况的准确性,通过对某特种车辆柴油机在不同润滑油温度下的减速过程曲线研究,将不同润滑油温度下测试的空载减速曲线作归一化处理,得出了归一化处理的计算方法,提高了空载减速过程曲线的重复性,减少了不同润滑油温度下空载减速时间绝对误差。
以某轮式装甲车辆为研究对象,通过建立虚拟样机,使用动力学仿真分析软件按国军标试验规范模拟了其稳态回转性能等相关科目仿真,对不同差速器方案对该车操纵稳定性的影响进行了分析,综合评价了车辆在不同差速器方案下的操纵稳定性,通过相应试验科目结果对比,证明仿真模型正确,仿真结果可信。
干扰换档是自动换档控制中的一种常见现象,它是因油门开度信号急剧扰动所引起的一种有害换档。文章分析了这种现象产生的原因,讨论了钝化换档的策略,提出了对油门开度信号作平缓化修正计算的方法,并通过实车道路试验验证了这种方法的有效性。
对有活塞最大行程限制的子母弹活塞式抛撒机构空中抛撒内弹道过程及子弹外弹道初始条件计算方法进行了探讨,建立了抛撒弹道模型,并进行了数值仿真。内弹道模型首次对活塞有最大行程限制问题以及动态抛撒过程中反作用力对母弹系统造成的影响进行了研究;子弹初始外弹道模型分析了带导向管、母弹旋转及子弹装配问题等。仿真结果符合实际过程,说明模型合理。可为活塞式抛撒机构结构设计、结构优化及空中抛撒散布效果分析提供理论指导。
利用数字式粒子图像测速（DPIV）系统,对绕Hydronautics水翼流场的时均速度分布进行了测量。结果表明：随着空化数的降低,空化结构的发展决定了整个流场的速度分布;低速高脉动区域的范围基本上对应于空化区域;空化区域核心处的最低速度分布变得更为均匀,并在向下游移动的过程中影响范围逐渐变小;水翼后部主流区速度分布经历了一个均匀—震荡—逐渐均匀的发展过程;在超空化阶段,水翼吸力面前缘相对应的空化区域与主流区有相近的速度分布,而其它空化区域仍为低速区。
通过加装传感器实现了装甲车辆传动装置的振动监测和振动烈度评估。提出了振动烈度的频域计算方法,相对于时域计算方法,该方法对信号类型的适用性强,对频率范围的选择灵活,避免了利用微积分进行信号类型转换和滤波等处理过程。给出了应用实例和提高评估效果的注意事项与措施。
[实验技术与分析](王本庆 李兴国)
[研究简报](杨云涛 石志勇 吕建刚 关贞珍)
(张英浩 吴文)
(付梦印 刘羿彤)
(张学伟 张亮 王聪 张嘉钟 魏英杰)
(石莉 陈尔涛 姜增辉)
(李为民 许金余)
(杜文正 黄先祥 谢建 程洪杰)
(夏家和 秦永元 赵长山)
(鲜勇 李刚)
(秦玉亮 于涛 邓彬 王宏强 黎湘)
(王军 卢福刚)
(韩艳铧 徐波)
(单志超 林春生 向前)
(王新锋 谢桂海 杨会民 李浩)
(顾一中 孙亚民 王华 王刚)
(吴礼 彭树生 肖泽龙 是湘全)
(黄寒砚 王正明)
(宋道志 王建中 陈永才 朵英贤)
(张更云 何来龙 王普凯)
(孟红 项昌乐 孙旭光 李军 剧冬梅)
(席军强 丁华荣 陈慧岩)
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金月芽期刊网 2017地磁匹配制导在飞航导弹中的应用研究_史连艳-海文库
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地磁匹配制导在飞航导弹中的应用研究_史连艳
控制与制导地磁匹配制导在飞航导弹中的应用研究史连艳
宋文渊摘 要 在叙述地磁匹配制导原理、优越性的基础上,提出地磁匹配制导在飞航导弹应用中必须要解决的问题:特征量选取、传感器选择、信号数字滤波、基准地磁图获取与相关性分析等。依据相关匹配特征量选择的原则选取地磁场总强度作为匹配特征量,综合对比传感器的优缺点,提出磁阻传感器是地磁导航系统合适的磁测量元件;并对现今的数字滤波技术进行了概述。关键词 地磁匹配
基准地磁图
磁阻传感器数字滤波
相关性分析图1 地磁匹配制导原理似点,即匹配点,从而计算出导弹的精确实时位置,供制导和控制系统修正弹道,达到精确制导的目的。制导原理见图1。弹载地磁传感器实时测量弹道各点处的实际地磁矢量(BX0,BY0,BZ0)。由于地磁场是弱磁场,易受周围环境干扰的影响,测量得到的(BX0,BY0,BZ0)中含有大量的干扰信号,需要将该信号送入数字滤波及误差补偿DSP(数字信号处理)。滤波和补偿后的信号作为测量得到的弹体质心处实际地磁信号,该信号与预先存储在弹载计算机中的地磁信号进行匹配性检验,得到弹体质心位置信息。根据弹道偏差矢量生成控制指令,控制导弹的飞行,提高导弹的命中精度。1.2 主要优点与利用其它地球物理信息的导航方式相比,它的优势在于具有多个特征量,如总磁场强度、水平磁场强度、东向分量、北向分量、垂直分量、磁偏角、磁倾角以及磁场梯度等,可操作性较强。1)在巡航导弹跨平原、水域作战时,地磁匹配制导与地形匹配制导相比有着显著的优越性。2)在GPS的用户或地面位置是用GPS确定的情况下,GPS可能比地磁导航更精确,然而在许多情况下导航意味着要达到地图上的某一点。GPS的位置是按照大地测量坐标系WGS-84确定的,直接应用会带来方向误差;而地磁导航则自动地相对地地磁场是/悬挂0在空间的天然参考基准,跟地球引力场一样,是一个地球物理场,它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场是地磁场的主要部分,占总磁场的99%,起源于地球内部,比较稳定,变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,与电离层的变化和太阳活动等有关,并且很微弱,占总磁场的1%。由于地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海提供了天然的坐标系,故可应用于航天器或舰船的导航定位定向及姿态控制等。利用地球磁场空间分布的地磁导航技术简便高效、性能可靠、抗干扰,一直是世界发达国家竞相开发的导航定位手段,如自动化程度很高的波音飞机都装载有地磁导航定位系统。1 地磁匹配制导1.1 制导原理地磁匹配制导即将预先选定的飞航导弹弹道中段或末段地区地磁场的某种特征值,制成参考图并置入导弹的计算机存储器中。当导弹飞越这些地区时,弹载地磁传感器实时测定地磁场的有关特征值,并构成实时图。实时图与预存的参考图在计算机中进行相关匹配,确定实时图在参考图中的最相44控制与制导
图定位,因而可直接应用解算的姿态信息。3)在高度较低地区,特别是丘陵地带和山区,GPS由于观察到的导航星少而难以达到完善的几何精度,其导航精度将明显降低,而此时地磁导航系统则处于正常状态。4)可与惯导系统组合使用,校正惯性导航系统的积累误差。1.3 地磁匹配制导应用的制约因素地磁匹配制导由于受到以下因素的影响,限制了它在导弹武器系统中的实际应用。1)匹配算法的效率相对较低在地磁图匹配中,相关匹配法的计算量非常大。为了提高运算速度,在很多情况下必须设计专用的复杂硬件。另一类基于特征点匹配的算法,虽然运算量有所降低,但是对边缘、角点或拐点的提取往往不理想,从而影响匹配精度。2)地磁场模型的精度较低由于地磁场本身存在长期和短期变化,而且各种磁测手段存在很大的局限性。现有国际地磁场模型的建立仅仅是对主磁场部分的描述,而地壳磁场和变化磁场并没有在这个模型里体现出来,因而地磁场模型的精度较低成为制约地磁匹配制导在导弹武器系统中应用的关键因素之一。3)地磁场中变化部分对匹配质量影响较大变化磁场会在地磁匹配基准图的绘制和实时图的获取过程中产生较大的误差。误差小时,只会降低制导精度;而误差大时,却可能使弹体严重偏离预定轨迹。当前,地磁导航系统已应用于近地卫星姿态控制、磁力矩器卸载、运动载体的航向和实时位置及已飞距离计算,呈现出与GPS卫星导航、陀螺惯性导航一起,实现优化组合导航的发展趋势,成为推动现代新军事变革的重要技术力量。4)地磁测量易受环境干扰影响地磁场是弱磁场,测量过程中很容易被传感器周围的环境所干扰,尤其是铁质材料及用电设备的影响。尽管传感器误差补偿的研究较为深入,但实际应用中该问题还是影响测量精度的主要因素之一,因此,在研究过程中提出了一种改进的椭圆误差补偿法。实验与仿真结果均表明,该方法的补偿 3 地磁测量传感器3.1 地磁传感器选择1)磁通门传感器磁通门磁强计是测量磁场强度的一种传感器,其测量原理是通过对被测磁场的磁通量进行调制获得一个反映被测磁场强度的交变信号。磁通门可以在制造工艺上使其非常敏感,分辨率最低为1L/e,可以测量直流或交流磁场频率的上限约为10kHz。它们的尺寸规格较大,价格昂贵。
2)霍尔效应磁传感器100多年前就发现了霍尔效应,但由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用,直到半导体问世后才真正用于磁场测量。霍尔效应磁传感器的优点是体积小,质量轻,功耗小,价格便宜,接口电路#2 地磁匹配特征量的选择2.1 匹配特征量选择的基本要求地磁导航的优点在于可选择的匹配特征量较多,正因为如此,也带来了匹配特征量如何选择的问题。初步的研究表明,特征量的选择要尽量考虑以下几个条件:1)特征量的长期变化比较稳定;2)特征量的短期变化影响较小;3)特征量与地理位置密切相关;4)特征量的测量设备满足导航精度要求;5)特征量的特征信息满足匹配要求。2.2 匹配特征量的选取飞航导弹的特点是掠地飞行,因此,在巡航阶段的弹道平直,弹体姿态变化缓慢。考虑到导弹高速飞行时难以进行精确的角度测量,首先排除特征量磁倾角和磁偏角作为匹配量。其次,由于磁暴对地磁水平分量的影响特别显著,在可能的情况下尽量不选它作为匹配特征量。另外,由于磁阻(MR)传感器的分辨率很高,通常低于70LG;抗过载能力强,可以达到几万g,是地磁测量较为合适的传感器。三轴磁阻传感器可以很方便地测量出弹道点处地磁场总强度,因而基于MR的地磁测量,选择地磁场总强度作为匹配特征量是合适的。效果较传统的椭圆误差补偿法好。
控制与制导简单,特别适用于强磁场的测量。但是,它又有灵敏度低,噪声大,温度性能差等缺点。虽然有些高灵敏度或采取了聚磁措施的霍尔器件也能用于测量地磁场,但一般都是用于要求不高的场合。3)磁阻传感器磁阻传感器(MR)是利用合金电阻对某一个方向磁场敏感的原理制成。采用MR传感器进行探测有下列优点:尺寸小,高灵敏度,内阻抗小,使其对电磁噪声和干扰不敏感;无转动部件,使它具有高可靠性;部件能方便地装入插板产品中,使实施成本降低;成本低、精度高、响应速度快、无漂移误差、抗冲击抗过载能力强等。4)巨磁阻效应传感器巨磁阻(GMR)效应是最近才发现的现象,它基于电子通过数层叠层中,非常薄的铁磁层和非磁性层(25~50埃)之间的界面散射。当两个相邻的铁磁层有反向磁化强度时,电阻要高于它们在同一方向上的磁化强度矢量。迄今为止,GMR效应需要工作在高强度的磁场并伴有高分贝噪声,这使得它不能应用于大范围的传感器产品中。电阻变化所需3的磁场变化需从10Oe到1@10Oe,而灵敏度尚未达到MR或磁通门装置的灵敏度。但正继续朝着开发更低磁场的方向发展。综上所述,地磁导航系统采用磁阻传感器是非常合适的,基于磁阻传感器进行地磁测量的数据采集系统基本构成如图2所示。在此基础上即可进行地磁导航的扩展研究。3.2 地磁导航组合国外许多公司,例如克罗斯鲍公司、杭尼韦尔公司等开发出先进的基于磁阻传感器的航姿测量组合。下面是杭尼韦尔公司两种典型的基于磁阻传感器的导航组合模块,可用于飞航导弹的导航定位以及地磁匹配系统。1)HMR3200/HMR3300杭尼韦尔公司的HMR3200/HMR3300是用于导航和制导系统的电子组合模块,组合尺寸小,可靠性和精度较高,非常易于集成到使用ASCII格式的UART或SPI接口的系统中。HMR3300具有三轴磁场测量,并采用两轴加速度传感器作为倾角补偿,从而使倾角测量范围达到?60b。46图2 MR信号采集系统HMR3200是两轴磁阻模块,在垂直和水平方向的性能被优化。2)HMR3600/HMR3600C新一代的组合传感器HMR3600/HMR3600C综合了最新的陀螺技术和先进的磁传感器技术,它的特点是:方位精度0.5b,倾斜精度0.2b,数据刷新速率达25Hz,电源管理功能,高的抗冲击性能,用户可选的磁补偿方法,采用内置的世界地磁模型自动纠正磁偏差等。4 地磁测量信号的数字滤波4.1 地磁信号的特点地磁场是一个弱磁场,在正常情况下,地磁要素在世界各地分布有一定规律。地磁总量B0:大体指向北方,在北半球它向下,在南半球向上。地磁垂直分量在磁北极是0.634@10-4-T,在磁南极是-0.674@10-4T,在磁赤道是零。水平分量在磁赤道处最大,约为0.34@-4-410T~0.35@10T,在磁极处为零。地球总磁场的最小值是0.28@10-4T,位于巴西;最大值点位-4于澳大利亚的南部,值为0.7@10T。由于地磁信号是弱信号,地磁测量系统不可避免受到各种干扰的影响,其中环境干扰的影响最为严重。环境干扰误差与安装载体的铁磁性质及使用环境有关,此外环境中的电流源同样可产生磁场,恒定的电流产生恒定的磁场,对磁传感器而言相当于恒定的硬磁偏置,交变电流源产生变化的磁场,当该交变磁场较小时可认为该项误差为随机干扰,较大时可能干扰滚转角测量系统的正常工作。另外,由于地磁异常、温度变化的影响也会带来环境干扰误差。图2中的信号调理环节为模拟滤波环节,含有大量噪声信号的测量数据,经过巴特沃兹模拟滤波控制与制导
器进行初步的滤波,得到较为平滑的含噪信号s(n),但仍含有较多的脉冲干扰信号,有必要进一步进行数字滤波。4.2 数字滤波数字滤波在数字信号处理过程中起着非常重要的作用。工程中测得的信号往往被噪声污染并含有无用信号成分,所以必须将干扰成分滤除,才能得到比较纯净的信号,便于后续的数据处理和分析。在工程中,所测得的数字信号与噪声的频谱互相混叠,利用常用数字滤波器(平均滤波、滞后滤波、曲线拟合等等)就有些无能为力了。现代数字滤波器研究的主要内容是从含有噪声的数据记录中估计出信号的某些特征或信号本身。这里涉及小波滤波和卡尔曼滤波两种现代数字滤波方法。实际应用中地磁信号通常是非平稳信号,不仅包含有尖峰和突变的成分,同时可能含有平稳的白噪声。这两者同为信号的高频部分,因此,在分析信号时必须首先进行消噪处理,既要去除高频噪声,又要保留反映信号突变部分的高频量。小波分析方法是一种窗口大小固定但形状可变,时间窗和频率窗都可变的时频局部化分析方法。因此,小波滤波具有对信号的自适应性,可以识别和处理信号在任意局部所包含的频率成分,能识别信号中的奇异信号、非平稳随机信号。近年来小波滤波与小波分析的应用研究日益深入。比较简单实用的小波滤波方法是强制滤波法,即把小波分解结构中的高频系数全部置零,然后再对信号进行重构。该方法重构后的信号为b(n)比较平滑,虽然可能丢失信号的有用成分,但是只要分解的尺度不太大,信号的有用成分还是完全可以保留下来的。如图3所示。小波分析对地磁信号的降噪过程如下:1)分解过程。选定一种小波,对信号进行N层小波(小波包)分解。2)作用阈值过程。对分解得到的各层系数选择一个阈值,并对细节系数作阈值处理。3)信号重建。将处理后的系数通过小波(小波包)重建恢复原始信号。4.3 数字信号处理器的特点及比较目前硬件实现数字信号处理算法有几种方式。 图3 地磁信号数字滤波1)通用的可编程DSP芯片实现编程,如TI的DSP系列、AD的DSP系列等等,它们主要的数学运算单元是乘累加器(MAC)。MAC能在一个机器时钟周期内完成一次乘累加运算,同时硬件上配备不同等级的流水结构和哈佛结构,能够实现实时的数字信号处理。但由于固定的硬件结构和流水等级,使得在应用上有所限制,就是同一公司的不同系列DSP芯片,其编程的指令集也会有所不同,大大增加了开发周期。2)采用专用的ASIC数字信号处理芯片。这种方法的优点是芯片体积小,保密好,性能高;缺点是功能单一,灵活性小,多是针对某种特定功能的设计。3)采用可编程逻辑器件(CPLD/FPGA)。FPGA(现场可编程门阵列)是一种可重复改变组态的电路,特别适合产品发展时需要不断变更设计的应用,有效节省产品上市的时间。FPGA的修正不需要变更硬体,仅需要更改软体即可。现在FPGA已经成为多种数字信号处理应用的强有力解决方案。采用门阵列和标准单元进行ASIC设计通常需要几个月的设计周期,而采用FPGA(包括CPLD)进行设计,产品上市周期可以缩短到几个星期,甚至几天。对于通用的可编程DSP芯片而言,由于软件运行时,指令都是串行执行的,为了得到满意的幅频特性,当滤波器的抽头数增加或字长增加时,会成倍增加计算时间,从而降低了最大有效数据采样率,所以当数据采样率提高时就不适用了。综上所述,与通用DSP相比,FPGA器件能够以高速、实时、低成本、高灵活性的优点应用于数字信号处理领域,利用FPGA实现数字信号处理成为数字信号处理领域的一种新趋势,它可以完全取代通用DSP芯片或作为通用DSP芯片的协处理器进行工作。#
控制与制导5 相关地磁匹配算法分析5.1 数字地磁基准图获取与存储地磁基准图的获取有三种方式:一是根据地磁场模型计算得到的地磁数据,该模型是表示地球主磁场长期变化和部分磁异常时空分布规律的数学表达式;二是由各种测量方法测得的实际地磁数据,例如利用飞机或飞行器进行低空实测;三是根据已知数据进行局部区域地磁模型拟合或以地磁场延拓的方法生成数字地磁图。由于国际地磁参考场(IGRF)、世界磁场模型(WMM)和中国地磁场模型(CGRF)在表征区域地磁场时的精度较低,并且模型的建立是通过高空卫星的测量获取的,因此直接用于地磁匹配的基准图将引起较大的误差。而台站、航空和船舶测量得到的各种测量数据受测量条件限制不能直接用于数字基准图的生成。虽然基于数据拟合和场延拓的方法获得的局部地域地磁图精度较高,但对于射程远、飞行时间长的飞航导弹来说,通过该种方式获得跨国、跨州的实测地域地磁图实现起来难度很大。由于地磁场遍布近地空间,遍历测量存在实际困难,故基准地磁图的测量及存储主要采用网格形式,再根据地磁场在空间分布上的相关性,利用空间统计等数学处理方法得到网格间的磁场要素。空间统计学通过研究对象在空间上不同间隔的抽样点上的差异,定量描述其空间变化规律。空间内插法主要有多元回归法、Krginig内插、Cokrgiing内插、双线性内插等,格网精度直接影响地磁匹配精度。5.2 匹配算法分析1)相关度量技术目前,关于地磁匹配算法主要有两类:相关度量技术和递推滤波技术。度量测量序列和基准图中任一子图的相关性程度有多种算法,传统算法主要分两类:一类强调它们之间的相似程度,如互相关算法(COR)和相关系数法(CC);另一类强调它们之间的差别程度,如平均绝对差算法(MAD)和均方差算法(MSD)。在求最佳匹配点时,前一类算法应求极大值,后一类应取极小值。其实,现在有关地形、图像匹配导航算法也可应用到地磁匹配导航中,例如,地形匹配导航中的ICP匹配算法、Hausdorff距离算法等。48该技术的特点是原理简单,可以断续使用;在航行载体需要导航定位时即开即用;对初始误差要求低,导航不存在误差积累;具有较高的匹配精度和捕获概率,是一种较方便灵活的匹配方式。2)数据融合的递推滤波技术该技术的特点是需要载体在较长一段时间内连续递推滤波导航定位,对初始误差要求较高,滤波的各种误差统计模型不易获取,而且滤波的发散也不易控制。目前应用较多的还主要为卡尔曼滤波技术,而且对卡尔曼滤波算法的改进研究从未间断过,对于MR/GPS(或INS)组合导航系统来说,采用该技术进行数据融合是首选的。6 结束语地磁导航从指南针应用开始逐步进入了武器系统制导中。随着传感器技术、数据采集与处理技术、信息融合等技术的发展,导弹武器的地磁导航必将得到充分的研究和应用。现阶段为了提高制导精度,采用地磁辅助导航联合GPS(或惯导元件)的组合导航方式的研究正在国内外展开。对于飞航导弹来说,无论是巡航段还是末制导段,有了地磁导航系统的加入,其作战效率将得到很大的提高。如前所述,在巡航段,由于跨平原、水域作战时,地磁匹配制导具有地形匹配制导无法比拟的优越性;在末制导阶段使用地磁导航,当GPS在山区或攻击洞库时出现卫星失锁时,地磁导航系统将正常工作,从而成功地完成作战任务。参考文献[1] 李素敏,张万清.地磁场在匹配制导中的应用研究.制导与引信,):19~21[2] 晏登洋,任建新,宋永军.惯性/地磁组合导航技术研究.机械与电子,~22[3] 乔玉坤,王仕成,张琪.地磁匹配特征量的选择.地震地磁观测与研究,):42~47[4] 史连艳,杨树兴.火箭弹MR/GPS制导系统应用仿真.系统仿真学报,):[5] 吴永宏,潘泉,张洪才,等.基于离散小波变换的滤波方法研究.系统仿真学报,):] 刘飞,周贤高,杨晔,等.相关地磁匹配定位技术.中国惯性技术学报,):59~62
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