【技术实现步骤摘要】
一种基于地磁信息的高旋弹丸姿态估计方法
本专利技术属于旋转物体的姿态测定
，具体涉及一种基于地磁信息的高旋弹丸姿态估计方法。
技术介绍
准确迅速地测量校准旋转物体的姿态，对提高弹丸的速度和精度有着非常重要的意义。在实际实验中，待测量物体通常体型较小，以高速飞行于高过载的极端环境中，所以在其他实验中常用的陀螺仪等高精度传感器并不适用，无法精确测得物体的姿态。此时，成本较低、占用空间较小、抗过载能力强的MEMS传感器可以用来完成测量任务。目前在此基础上，有很多方法可以应用于旋转物体的姿态测量，例如磁力仪，MEMS陀螺仪，全球导航卫星系统定位，高速摄像机，太阳传感器，红外传感器等。磁力仪通过测量磁场强度和方向来测定物体的姿态，可以在特殊方法中作为特定部分使用，但是不能广泛适用于大多数环境。MEMS陀螺仪在通常情况下可以使用，但是当旋转物体转速较快时，无法准确测出物体的姿态。同样，MEMS加速度计通过对重力矢量的感受来测量物理姿态，这在通常环境下很适用，但是当待测物体高速旋转时重力矢量并不能被有效感受，所以也不能单独用...
【技术保护点】
1.一种基于地磁信息的高旋弹丸姿态估计方法了，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1：计算弹丸理论姿态角；/n通过将磁场投影到旋转弹丸动力学模型所在的测量坐标系来获得数据，所述动力学模型如下式：/n
【技术特征摘要】
1.一种基于地磁信息的高旋弹丸姿态估计方法了，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：计算弹丸理论姿态角；
通过将磁场投影到旋转弹丸动力学模型所在的测量坐标系来获得数据，所述动力学模型如下式：
I为弹丸惯性张量，在弹丸测量坐标系的x、y、z三轴上分量分别为0.16、1.8、1.8kgm2，M为弹丸力矩，()b表示在弹体坐标系的投影，为一个3×3的反对称矩阵；
力矩方程表示为：
a＝10-4Ns2/m2为转矩系数，b＝10-4Ns2/m为横向阻尼系数，c＝5×10-6Ns2/m为滚动阻尼系数，d＝10-6Ns2/m为玛格努斯力矩系数，Δ为总攻角，V为速度向量；
运动方程表示为：
Q为旋转四元数；
根据公式(1)-(3)计算弹丸理论姿态角偏航角ψ、俯仰角θ以及滚转角φ，分别表示为：
弹体的初始角速度在测量坐标系x、y、z三轴上分量分别为350πRad/s、0Rad/s、0Rad/s，弹体的初始偏航角和俯仰角均为0Rad，弹体在惯性坐标系中的初始角速度在x、y、z三轴上分量分别为1000m/s、0m/s、0m/s；
步骤2：将所述三轴地磁传感器(1)、A/D转换芯片(2)、FPGA芯片(3)和黑匣子(4)安装在待测弹丸上；
步骤3：对待使用的所述三轴地磁传感器(1)进行标定；
步骤4：发射待测弹丸，三轴地磁传感器(1)收集数据；
步骤5：三轴地磁传感器(1)收集的数据通过A/D转换芯片(2)，进入FPGA芯片(3)中；
步骤6：对三轴地磁传感器(1)进行在线校正，通过卡尔曼滤波器消除干扰磁场，将分析结果存入黑匣子(4)中，具体包括：
步骤6.1：确定卡尔曼滤波器的状态方程和测量方程：
三轴地磁传感器(1)的实际测量值由下式表示；
(Hm)m＝(Ht)m+(Hr)m；(5)
其中Hm为三轴地磁传感器(1)的实际测量值，Ht为地磁场的真实值，Hr为干扰磁场，符号()m表示在测量坐标系的投影，在测量坐标系和弹体坐标系重合的情况下，上式(5)转化为：
(Hm)m＝Tbi(Ht)i+(Hr)b；(6)
符号()b表示在弹体坐标系的投影，符号()i表示在惯性坐标系的投影，Tbi为从惯性坐标系到弹体坐标系的传递矩阵；
方程(6)两边对时间微分，在干扰磁场短时间内不发生巨大变化的情况下，其时间微分为0，得到以下方程：
为一个3×3的反对称矩阵，有三个独立的非零分量，对传递矩阵Tbi分解重组得：
TβTα(Ht)i即为地磁场在弹体坐标系中的投影，弹体主轴固定的情况下，弹体在径向上的角速度为零，所以矩阵第一行与第一列均为0，则矩阵第一个分量为0，第二和第三个分量为调和函数，因此(Hm)m在横向上的真实值表示为两个互补的正弦信号，横向上的真实值的离散状态方程如下：
x1和x2是测量坐标系中径向上的三轴地磁传感器(1)的两个输出，x3为滚转角速度，j和ω0分别为弹体运动的振幅和相位，得到下面两式：
式(10)和(11)分别为推导到第k步及第k+1步得到的方程，tk+1＝tk+Δt，Δt为采样间隔，将式(1...
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