专利名称：旋转弹三轴角速率测量方法
技术领域：
本发明涉及旋转弹姿态测量技术，具体是一种旋转弹三轴角速率测量方法。
背景技术：
在战争中，为了提高常规炮弹对目标的打击精度和毁伤能力，需要对炮弹进行精确制导改造。弹体的姿态测量技术是炮弹精确制导的关键技术之一。旋转弹的轴向转速较高，一般转速达到甚至超过百转/秒，而其俯仰和偏航方向的角速度要小得多，因此，实时测量旋转弹的轴向转速对其射程修正与实施目标的精确打击具有重要的意义。目前，针对旋转弹姿态的测量技术主要包括以下几种一、利用地磁传感器及MEMS器件进行组合来实时测量旋转弹姿态，但地磁传感器受外界环境影响较大，因而测量精度较差。二、利用六加速度计、九加速度计或十二加速度计组合的无陀螺惯性导航姿态来获取旋转弹转速信息， 但该方案要求MEMS加速度计的安装精度高，且精度低，误差随时间严重发散。三、利用陀螺来测量旋转弹的角速度，其缺点是成本高，且当旋转弹的轴向转速较大(>20r/s)时，常规的陀螺很难满足量程的要求。四、利用陀螺和加速度计组合来测量旋转弹的角速度，其缺点是抗冲击能力低，不能抗高过载。综上所述，现有旋转弹姿态测量技术普遍存在测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题。基于此，有必要发明一种全新的旋转弹姿态测量技术，以解决现有旋转弹姿态测量技术存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有旋转弹姿态测量技术测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题，提供了一种旋转弹三轴角速率测量方法。本发明是采用如下技术方案实现的旋转弹三轴角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的1)在旋转弹的边缘安装主MEMS加速度计，保证主MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；在旋转弹的中心安装辅助MEMS加速度计，保证辅助MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴垂直；2)在旋转弹高速旋转过程中，由主MEMS加速度计对其自身受到的哥氏加速度频率信号进行测量并输出，由辅助MEMS加速度计对其自身受到的重力加速度信号进行测量并输出；3)通过信号处理电路对主MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号和辅助MEMS加速度计输出的重力加速度信号进行相位对比、鉴频分析、鉴幅分析；4)通过信号解算电路对经过相位对比、鉴频分析、鉴幅分析的哥氏加速度频率信号和重力加速度信号进行计算，得出旋转弹的三轴角速率。所述步骤1)中，在安装主MEMS加速度计前，根据估算公式对主MEMS加速度计安装位置产生的哥氏加速度大小进行估算，并根据估算得到的哥氏加速度大小选择合适量程的MEMS加速度计，所述估算公式为
= 2Rf^CJ12 + a22
式中为主MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴之间的距离，η为旋转弹的俯
3仰角速率二力旋转弹的偏航角速车+为主MEMS加速度计的安装位置产生的哥氏加速度大小。所述步骤2)中，主MEMS加速度计和辅助MEMS加速度计均围绕旋转弹的旋转轴转动。旋转弹在高速旋转过程中，若有其它方向的角速率输入，就会产生与主MEMS加速度计的敏感轴方向平行的哥氏加速度，即主MEMS加速度计自身受到的哥氏加速度。基于振动系统理论，对主MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行分析得出，主MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率和辅助MEMS加速度计输出的重力加速度频率均与旋转弹的转动频率相等，主MEMS加速度计输出的哥氏加速度幅值与旋转弹的三轴角速率有关，主MEMS加速度计输出的哥氏加速度的相位与旋转弹的横滚和俯仰角速率有关。所述振动系统理论为现有公知理论。所述步骤3)、4)中，所述信号处理电路、信号解算电路均为现有公知结构。与现有旋转弹三轴角速率测量技术相比，本发明所述的旋转弹三轴角速率测量方法具有如下优点一、MEMS加速度计受外界环境影响较小，且MEMS精度较高，因而采用MEMS 加速度计来测量角速率其测量精度高。二、由于哥氏加速度信号比较微弱，而旋转弹的转速越大，哥氏加速度就越大，MEMS加速度计输出的信号的幅值也就越大，所以与采用陀螺相比，采用MEMS加速度计具有量程大的优点。三、MEMS加速度计与陀螺和加速度计组合相比， 其抗过载能力更高，同时MEMS加速度计的成本也比陀螺更低。综上所述，本发明所述的旋转弹三轴角速率测量方法通过将MEMS加速度计安装在旋转弹上测量旋转弹产生的哥氏加速度，实现了对旋转弹的三轴角速率的精确实时测量，并彻底解决了现有旋转弹姿态测量技术测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题。本发明通过将MEMS加速度计安装在旋转弹上测量旋转弹产生的哥氏加速度，有效解决了现有旋转弹姿态测量技术测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题，适用于旋转弹的三轴角速率的测量。
具体实施例方式旋转弹三轴角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的
1)在旋转弹的边缘安装主MEMS加速度计，保证主MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；在旋转弹的中心安装辅助MEMS加速度计，保证辅助MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴垂直；
2)在旋转弹高速旋转过程中，由主MEMS加速度计对其自身受到的哥氏加速度频率信号进行测量并输出，由辅助MEMS加速度计对其自身受到的重力加速度信号进行测量并输出；
3)通过信号处理电路对主MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号和辅助MEMS加速度计输出的重力加速度信号进行相位对比、鉴频分析、鉴幅分析；
4)通过信号解算电路对经过相位对比、鉴频分析、鉴幅分析的哥氏加速度频率信号和重力加速度信号进行计算，得出旋转弹的三轴角速率。
权利要求
1. 一种旋转弹三轴角速率测量方法，其特征在于该方法是采用如下步骤实现的1)在旋转弹的边缘安装主MEMS加速度计，保证主MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；在旋转弹的中心安装辅助MEMS加速度计，保证辅助MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴垂直；2)在旋转弹高速旋转过程中，由主MEMS加速度计对其自身受到的哥氏加速度频率信号进行测量并输出，由辅助MEMS加速度计对其自身受到的重力加速度信号进行测量并输出；3)通过信号处理电路对主MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号和辅助MEMS加速度计输出的重力加速度信号进行相位对比、鉴频分析、鉴幅分析；4)通过信号解算电路对经过相位对比、鉴频分析、鉴幅分析的哥氏加速度频率信号和重力加速度信号进行计算，得出旋转弹的三轴角速率。
全文摘要
本发明涉及旋转弹姿态测量技术，具体是一种旋转弹三轴角速率测量方法。本发明解决了现有旋转弹姿态测量技术测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题。旋转弹三轴角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的1)在旋转弹的边缘安装主MEMS加速度计；在旋转弹的中心安装辅助MEMS加速度计；2)对哥氏加速度频率信号进行测量并输出，对重力加速度信号进行测量并输出；3)对哥氏加速度频率信号和重力加速度信号进行相位对比、鉴频分析、鉴幅分析；4)得出旋转弹的三轴角速率。本发明有效解决了现有旋转弹姿态测量技术测量精度差、轴向转速测量难、抗过载能力低、以及成本高的问题。
文档编号G01P7/00GK102353808SQ201110310429
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者刘俊, 刘喆, 崔星, 张晓明, 李 杰, 李永慧, 陈国彬 申请人:中北大学