弹药的常见稳定方式有旋转稳定与尾翼稳定两种,作为旋转弹姿态的重要参数,弹丸的转速和滚转角位置测量对弹道修正弹的实现起着关键作用。由于需要决定执行机构的指令,转速测量是旋转弹修正弹中必不可少的技术,是研究的热点,国内外许多学者对这进行了研究与发展。42453
目前国内外对弹体转速的测量主要是通过声、光、电、磁等方法,有以下几种方法常见方法:加速度计积分法、微机电系统(MEMS)陀螺仪法、摄影图像法、地磁测量法以及光敏感频闪检测法等[1-6]论文网
1.加速度计法
加速度计法利用加速度积分为角速度的方法测量物体的角速度和滚转角。1967年Alfred R. Schuler提出利用线加速度计测量转速的想法[7]。线加速度计的结构配置等多方面因素决定了该方法的测量精确度,所以限制性较高,精确度较低,且解算复杂,常见的此类方法有六加速度计法。
2.微机电系统(MEMS)陀螺仪法
根据牛顿惯性定律,利用弹载陀螺仪完成弹药在飞行过程中的转速和位置测量,但是由于惯性器件的零偏不稳定,安装环境限制多,受载能力低,成本相对较高等因素,该方法的测量性价比不高且不适宜高转速的测量。
3.摄影图像法
摄影图像法是通过图像识别等技术对高速摄影机拍摄的照片进行数据判读。美国桑地亚国家实验室利用了此技术对导弹转速进行了测量。卜彦龙等基于图像法设计了一款实时角速度的测量装置。此类方法精确度具有一定保障,但成本较高,且受场地器具等限制太大,容易被烟雾等影响。
4.地磁测量法
地磁探测的传感器与测量方法虽然多种多样,但原理上都是利用法拉第电磁感应定律,通过安装特定的磁传感器,测量地磁强度,通过比较弹丸处于不同位置时输出的电信号,解算得出弹丸角速度和滚转角。南京理工大学曹鹏等就设计出了一套基于地磁传感器与卫星相结合的弹丸姿态检测设备。其它常见的还有磁通门式地磁传感器测量法等。但这种方法存在使用域限制,易受强电磁和弹体本身剩余磁场干扰,解算复杂。
5.光敏感频闪检测法
光敏感频闪检测法是利用光敏感器缝隙进行测量,弹药旋转时,每转一圈光敏元件通过狭缝接受固定次数光刺激,输出电信号,根据电信号的周期即可计算出转速。常用的光源就是太阳光,上世纪60年代开始国内外研究了多种太阳方位角传感器,通过实验测试得到了广泛应用,具有较高的响应速度与测量精度。通过太阳光方位的测量可以判定弹丸的滚转角。
目前国内外这些测量弹体转速的方法多种多样,这些技术已发展成熟,但是各有优缺点和适用范围。而这些方法其实可以分为两大类:一类是结合测量平台协同完成,一类是捷联式的弹载独立测量系统。随着测试技术和计算机技术的不断发展以及成本降低,捷联式弹载独立测量系统将会是未来发展的主要方向。对于高速转台来说,光电法受到的影响小,因此本文选用光电法作为测量方法。
综上,本系统采用的是利用光敏传感器进行转速与位置测量,并使用地磁法作比对实验