基于单轴磁传感器的旋转弹姿态解算算法

严 浩，袁 磊

(1.北京理工大学机电学院，北京 100081；2.北京特种车辆研究所，北京 100072)

0 引言

在弹体设计以及弹体空气动力学研究中，弹体的飞行姿态参数测量是必不可少的，准确地对弹体飞行姿态进行测试对推动弹体的设计进程有重大意义。使用陀螺仪进行高速旋转弹体姿态测量，测量结果误差大、成本高。磁传感器具有成本低、体积小、抗过载高、灵敏度高的优点，多用于航向估计，使用磁传感器对旋转弹体测姿有研究价值。采用机载磁传感器精确测量旋转体的姿态一直被认为是一项艰巨的任务[1]。文献[2]建立了数学模型，提出了利用地磁信息求解地磁偏角的方法，但是数学模型应用范围受限较大，且没有进行误差分析。文献[3]在Harkins等人研究基础上，提出了磁传感器选择、安装与调试原则，但是并未进行展开研究。文献[4]推导了磁传感器输出值的特征比值与弹体俯仰角的数学关系，研究了姿态角的解算与修正算法，没有进行实际实验验证。文献[5]从旋转体转速和地磁数据采样率两个方面进行了零点交叉法测量磁方位角的误差分析。文献[6]着重分析地磁场和传感器安装位置的空间关系，进行炮弹姿态角和磁方位角的推导和解算，解算误差为±0.4°。文献[7]采用非正交地磁传感器组合测量并计算得到地磁方位角和滚转角信息，解算误差为±0.2°。文献[8]提出了采用地磁传感器和光电传感器相结合的方法解算弹体的滚转姿态信息，解算角度误差在4°以内。……