红外与地磁复合测姿系统基础理论和关键技术研究

With the development of precision guidance technology，traditional single attitude measurement methods can not meet the intelligence requirement of conventional weapons , the application of diversification, new-type orientation and low cost integrated navigation system is the inevitable trend of attitude measurement technology development. According to the navigation information of the earth infrared radiation field and geomagnetic field, a new attitude measurement method using infrared and geomagnetic fusion for the spinning projectile is studied. the measurement model of thermopile sensors and magnetic sensors are established, combining with the motion feature of spinning projectile during flight. In order to improve the measurement accuracy and reliability, multi-sensor information fusion algorithm is used to estimate the attitude angles. The research contents include infrared and geomagnetic integrated attitude measurement theory, the error compensation method of infrared and geomagnetic in complex environment, interactive multiple model fusion algorithm and numerical simulation and experimental system. The project is the deepening and development of attitude measurement theory and technology with the earth infrared radiation field and geomagnetic field. A novel attitude measurement method for the spinning projectile is put forward. The research results will have a wide application prospect in military, aerospace, civil and other fields.

随着精确制导技术的发展，传统单一的姿态测试方法已经不能满足常规武器智能化的要求，采用多元化、新型化、低成本的组合测姿手段是姿态测试技术发展的必然趋势。本项目根据地球红外辐射场和地磁场包含丰富导航信息的特性，拟探索一种基于红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试方法，其核心思想是通过分析弹体在飞行过程中高速、高旋的运动特征，构建弹载红外与地磁传感器的复合测量模型，采用多传感器信息融合算法进行姿态估计，从而有效提高弹体姿态的检测精度和可靠性。研究内容主要包括红外与地磁复合测姿理论、复杂环境下红外与地磁干扰补偿方法、交互式多模型融合算法以及系统性能仿真分析及实验系统的组建。本项目是对地球红外辐射场与地磁场测姿理论和技术研究的进一步深化和发展，为解决高速旋转弹体姿态测量探索一种新的测试方法。基于红外与地磁复合测姿技术研究成果将在军事、航天、民用等领域具有广泛的应用前景。

为了满足精确制导及智能化弹药的发展需求，本项目旨在根据地球红外辐射场和地磁场包含丰富导航信息的特性，探索一种基于红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试方法。研究内容主要包括红外与地磁复合测姿理论、复杂环境下红外与地磁干扰补偿方法、交互式多模型融合算法以及系统性能仿真分析及实验系统的组建。.本项目分别对地球红外辐射场与地磁场进行了深入研究，结合旋转弹体运动特点，提出了地球红外辐射与地磁场的复合测姿理论，并建立了三轴红外与三轴地磁传感器复合的姿态测量模型。在此基础上，对复杂环境下的红外及地磁干扰进行了分析。针对红外干扰，分别建立了云层干扰下的红外传感器测量误差模型、大气湍流影响下的红外辐射光线传播路径模型和红外辐射亮度削弱模型、弹体自身红外辐射补偿模型等。对于地磁场姿态测量模型，建立了针对静态干扰的地磁测量误差模型，构建了考虑动态干扰的地磁测量综合误差模型。最终，对红外与地磁复合姿态测试方法展开深入研究，基于三轴红外传感器与三轴地磁传感器的测量模型，设计了自适应扩展卡尔曼滤波姿态估计算法。.此外，本项目在上述研究基础上进行了拓展。将本项目的研究对象8~14μm的长波红外拓展至3~5μm及8~14μm的双波段，基于双波段的红外姿态测试方法将有助于进行红外的干扰补偿方法研究。将本项目采用的单点红外拓展至红外焦平面阵列，红外焦平面阵列多面元的优势将有助于提高红外姿态测试方法的探测精度及抗干扰能力。将本项目的姿态测试方法融合对象进一步拓展至其他姿态测试方法，多种姿态测试方法的融合测姿，有助于进一步提高姿态测试系统的姿态测试精度及抗干扰能力。