捷联惯导/GPS组合导航在弹箭上的应用研究
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摘要
本文结合弹箭导航的特点将惯导／GPS组合导航系统应用于弹箭的制导。
首先，本文论述了制导弹药总体方案设计，包括气动力布局选择，控制力形成方式，制导方案选择及弹上控制系统结构等。论述了捷联惯导系统原理，并结合弹箭的飞行特性进行了程序编排及仿真。其次，针对弹箭发射时有较大冲击，惯导系统无法工作的特点，本文提出并设计了解决大冲击条件下惯导初始对准方法。解决了制约惯导在大冲击下应用的惯导初始对准问题。本文对组合导航系统原理及组合模式进行了论述，并设计了组合系统卡尔曼滤波器。最后，对本系统的数据采集部分的软硬件进行了设计，包括惯导参数的采集和GPS接收机信息的接收。根据系统要求设计了六通道并行采样方案，系统采用高集成度、高性能的器件，缩小了电路体积，提高了系统稳定性。
In the paper, in view of the characteristic of shell/missile' s control and guide, SINS/GPS integrated navigation system is applied to shell/missile.
Firstly, The whole scheme of shell/missile integrated navigation system is introduced. Including the selection of aerodynamic force layout, the mode of coming into being control power, mode of navigation, the control system' s structure of shell etc. The paper introduce the principle of SINS(Strap-down Inertial Guidance System), and complete procedure arranging and simulating. Secondly, In term of characteristic which shell shall get great force of impact when it is launched, The paper designs the initial alignment methods for the SINS working on this condition. In addition, the paper discusses the principle of integrated navigation system and the integrated mode, and designs kalman filter of integrated system. Finely, the paper designs software and hardware of data acquisition system(DAS), which can collect SINS parameter and receiving GPS information. To meet system' s demand, the paper designs 6-channels simultaneous sampling scheme. To reduce the room of circuit and improve the stability, the highly integrated level, predominant, special IC is used in this system.
首先，本文论述了制导弹药总体方案设计，包括气动力布局选择，控制力形成方式，制导方案选择及弹上控制系统结构等。论述了捷联惯导系统原理，并结合弹箭的飞行特性进行了程序编排及仿真。其次，针对弹箭发射时有较大冲击，惯导系统无法工作的特点，本文提出并设计了解决大冲击条件下惯导初始对准方法。解决了制约惯导在大冲击下应用的惯导初始对准问题。本文对组合导航系统原理及组合模式进行了论述，并设计了组合系统卡尔曼滤波器。最后，对本系统的数据采集部分的软硬件进行了设计，包括惯导参数的采集和GPS接收机信息的接收。根据系统要求设计了六通道并行采样方案，系统采用高集成度、高性能的器件，缩小了电路体积，提高了系统稳定性。
In the paper, in view of the characteristic of shell/missile' s control and guide, SINS/GPS integrated navigation system is applied to shell/missile.
Firstly, The whole scheme of shell/missile integrated navigation system is introduced. Including the selection of aerodynamic force layout, the mode of coming into being control power, mode of navigation, the control system' s structure of shell etc. The paper introduce the principle of SINS(Strap-down Inertial Guidance System), and complete procedure arranging and simulating. Secondly, In term of characteristic which shell shall get great force of impact when it is launched, The paper designs the initial alignment methods for the SINS working on this condition. In addition, the paper discusses the principle of integrated navigation system and the integrated mode, and designs kalman filter of integrated system. Finely, the paper designs software and hardware of data acquisition system(DAS), which can collect SINS parameter and receiving GPS information. To meet system' s demand, the paper designs 6-channels simultaneous sampling scheme. To reduce the room of circuit and improve the stability, the highly integrated level, predominant, special IC is used in this system.
引文
1．闵杰，郭锡福．实用外弹道学．兵器工业部教材编审室 1986．7
2．祁载康．制导弹药技术．北京理工大学出版社 2001．8
3．袁新．导航系统．航空工业出版社 1987．12
4．陈哲．捷联惯导系统原理．宇航出版社 1986
5．董绪容，张守信，华仲春．GPS／INS组合导航定位及其应用 国防科技大学出版社 1998．6
6．以光衙．惯性导航原理．航空工业出版社 1987．12
7．李洪涛，许国昌等．GPS应用程序设计 科学出版社 1999．5
8．刘基余．全球定位系统原理与应用。测绘出版社 1993．11
9．任思聪．实用惯导系统原理．宇航出版社 1988．8
10．赵承庆，姜毅．火箭导弹武器系统概论．北京理工大学出版社 1996．1
11．曾颖超．战术导弹弹道姿态动力学．西北工业大学出版社 1991．12
12．郭素云．陀螺仪原理及应用．哈尔滨工业大学出版社 1985．10
13．袁建平，方群，郑谔．GPS在飞行器定位导航中的应用．西北工业大学出版社 2000．1
14．刘大杰，施一明．全球定位系统原理与数据处理．同济大学出版社 1996．8
15．王儒策，刘荣忠，苏玳，王晓鸣．灵巧弹药的构造及作用．兵器工业出版社 1999．8
16．万德军，房建平．捷联惯导初始对准．东南大学出版社 1998
17．金钰，李向春．伺服系统设计指导．2002．7
18．黄忠林．控制系统MATLAB计算及仿真．国防工业出版社 2001．11
19．肖忠祥．数据采集原理．西北工业大小出版社 2001．2
20．黄正瑾，徐坚等．CPLD系统设计技术入门与应用．电子工业出版社 2002．6
21．候伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计。西安电子科技大学出版社 1997．2
22．苏晓生．掌握MATLAB6.0及其工程应用．科学出版社 2002．1
23．邵贝贝，龚光华等．Motorola DSP型16位单片机原理与实践．北京航空航天大学出版社 2003．1
24．汤微桦．SINS及SINS／GPS组合导航研究．南京理工大学学位论文 2001．3
25．赵林．捷联惯导及其组合导航研究．南京理工大学学位论文．2002．3
26．高伟．捷联惯导系统数据采集和初始对准研究．哈尔滨工程大学学位论文 2002．1
27．易维勇．惯性导航及组合导航研究及仿真．中国人民解放军信息工程大学学位论文 2002．6
28．程慧利，以光衙等．捷联惯导系统仿真器设计，系统仿真学报 1996．12
41-46
29．伍辛，刘石泉．战术弹道导弹SINS／GPS组合制导研究．战术导弹技术 2000．2 41-49
30．杨春均，袁信，胡国辉．用GPS信息的惯导快速对准方法．南京航空航天大学学报 1998．2第30卷第一期 13-16
31．周曾素．炮弹用的硅惯性和6PS制导．舰载武器2000年第1期31-36
32．房建平，万德均．GPS／SINS组合导航系统的动机座快速对准方法．中国惯性技术学报1996年第4卷第3期6-10
33．刘志俭，胡小平，贺汉根．GPS定姿系统／捷联惯性导航系统组合技术研究．航天控制 2003年第1期27-31
34．刘巧光，杨海军等．捷联惯性导航系统的姿态算法忧化设计．中国惯性技术学报．1999年6月第7卷第2期
35．吴云杰，丁放．捷联惯导计算机设计．数据采集与处理 1997．9 第12卷第3期
36．王新龙，申功勋．一种快速精确的捷联惯导系统初始对准方法研究．中国惯性技术学报 2003．10 第11卷第5期，
37．黄立滨，王寿荣等．基于DSP的微惯性导航系统软件设计．测控技术 2002年21卷第4期51-53
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40. H. Carvlho, etal. Optimal Nonlinear Filtering in GPS/INS Integration. IEEE Trans. AES—33(3): 835—849, 1997
41. B. M. Scherzinger. Low Cost Inertial/GPS Integrated Positioning Orientation System for Marine Application. IEEE AES Magazine VOL12, NO.5, 1997
42. Allison N. Ramattan and Paul. A Kaman Filter Model for an Integrated Land Vehicle Navigation system, Navigation. Vol. 48, NO. 2, 1995
43．程志明．信号采集系统的设计与实现．北京工业大学硕士学位论文 2001．5
44．向晓安．高速便携式数据采集系统的研制．电子科技大学硕士学位论文．2001．3
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