CN102279284B - 旋转弹横滚角速率测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旋转弹转速测量技术，具体是一种旋转弹横滚角速率测量方法。本发明解决了现有旋转弹转速测量技术测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、以及成本高的问题。旋转弹横滚角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：1）在旋转弹上安装MEMS加速度计；2）由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；3）对MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行FFT变换；4）对经过FFT变换的哥氏加速度频率信号进行计算。本发明有效解决了现有旋转弹转速测量技术测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、以及成本高的问题，适用于旋转弹的轴向转速测量。
Description
技术领域
本发明涉及旋转弹转速测量技术，具体是一种旋转弹横滚角速率测量方法。
背景技术
在战争中，为了提高旋转弹对目标的打击精度和击穿目标能力，需要对旋转弹进行精确制导。旋转弹的轴向转速较高，一般转速达到甚至超过30r/s，而其俯仰和偏航方向的角速度要小得多，而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，针对旋转弹轴向转速的测量技术主要包括以下几种：一、利用地磁传感器及后处理电路来实时测量旋转弹转速，但地磁传感器受外界环境影响较大，因而测量精度较差。二、利用多加速度计组合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，且无法判断旋转弹的正反转。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。综上所述，现有旋转弹转速测量技术普遍存在测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、以及成本高的问题。基于此，有必要发明一种全新的旋转弹转速测量技术，以解决现有旋转弹转速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转速测量技术测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、以及成本高的问题，提供了一种旋转弹横滚角速率测量方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：旋转弹横滚角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：1）在旋转弹上安装MEMS加速度计，保证MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；2）在旋转弹高速旋转过程中，由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；3）通过信号处理电路对MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行FFT变换（快速傅氏变换）；4）通过数据采集电路对经过FFT变换的哥氏加速度频率信号进行计算，得出旋转弹的轴向转速。
所述步骤1）中，在安装MEMS加速度计前，根据估算公式对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：
式中：
为MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴之间的距离，为旋转弹的俯仰角速度，
为旋转弹的偏航角速度，
为MEMS加速度计安装位置产生的哥氏加速度大小。
所述步骤2）中，旋转弹在高速旋转过程中，若有其它方向的角速度输入，就会产生与MEMS加速度计的敏感轴方向平行的哥氏加速度，即MEMS加速度计自身受到的哥氏加速度。基于振动系统理论，对MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行分析得出，MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率与旋转弹的转动频率相等。所述振动系统理论为现有公知理论。
所述步骤3）中，所述信号处理电路为现有公知结构。
所述步骤4）中，所述数据采集电路为现有公知结构。
进一步地，所述步骤1）中，MEMS加速度计的数目为两个，且两个MEMS加速度计在安装面上相互垂直。工作时，对比两个MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号，当两组信号的相位差为90°时，通过判断哪个MEMS加速度计输出的信号是滞后的，即可判断旋转弹的正反转。
与现有旋转弹转速测量技术相比，本发明所述的旋转弹横滚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，因而测量精度较高。二、通过振动系统理论分析得出，旋转弹的转速与MEMS加速度计输出的信号幅值无关，而MEMS加速度计的安装误差只影响其输出信号的幅值，因而安装时只需考虑将哥氏加速度控制在MEMS加速度计的量程范围内即可，由此降低了对加速度计的安装要求。三、通过安装两个在安装面上相互垂直的MEMS加速度计，实现了对旋转弹正反转的判断。四、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加速度计具有量程的优点，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横滚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，实现了对旋转弹轴向转速的精确实时测量，并彻底解决了现有旋转弹转速测量技术测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、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转速测量技术测量精度差、安装要求高、无法判断旋转弹正反转、以及成本高的问题，适用于旋转弹的轴向转速测量。
具体实施方式
旋转弹横滚角速率测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：
1）在旋转弹上安装MEMS加速度计，保证MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；2）在旋转弹高速旋转过程中，由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；3）通过信号处理电路对MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行FFT变换；4）通过数据采集电路对经过FFT变换的哥氏加速度频率信号进行计算，得出旋转弹的轴向转速；
所述步骤1）中，MEMS加速度计的数目为两个，且两个MEMS加速度计在安装面上相互垂直。
Claims (2)
1.一种旋转弹横滚角速率测量方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
1）在旋转弹上安装MEMS加速度计，保证MEMS加速度计的敏感轴与旋转弹的旋转轴平行；
2）在旋转弹高速旋转过程中，由MEMS加速度计对其自身受到的哥氏加速度进行测量并输出哥氏加速度频率信号；
3）通过信号处理电路对MEMS加速度计输出的哥氏加速度频率信号进行FFT变换；
4）通过数据采集电路对经过FFT变换的哥氏加速度频率信号进行计算，得出旋转弹的轴向转速。
2.根据权利要求1所述的旋转弹横滚角速率测量方法，其特征在于：所述步骤1）中，MEMS加速度计的数目为两个，且两个MEMS加速度计在安装面上相互垂直。
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