本发明公开了一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法，该方法包括以下步骤：1)地域磁场异常的影响分析；2)射击参数影响分析；3)气象条件影响分析；4)地磁异常的影响分析；5)舰载环境的影响分析；6)弹载环境的影响分析。该方法从不同地域、射击参数、气象条件、地磁异常、舰载环境、弹载环境等因素分析，弹载磁组合姿态测量装置的测试精度很高并有较强的适应性。
1.一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据地磁场理论，地磁的强度和方向是位置的函数，地球上任何一点的地磁要素只与该地的经纬度和高度相关；对于不同地域，利用弹上卫星定位装置实时测量的炮弹飞行经纬度计算出该处的地磁强度、磁偏角和磁倾角，弹上磁组合姿态测量装置处理算法中已经修正了磁偏角和磁倾角对其测试滚转姿态的影响；根据地磁理论和滚转处理方法，磁倾角变化1°，不同地域上相应滚转基准变化：0.3°-0.8°；磁偏角变化1°，不同地域上相应滚转基准变化：0.1°-0.5°；考虑经纬度测试误差和地磁理论计算误差，目前计算磁偏角和磁倾角的误差在0.1°；根据地磁理论和目前不同地域地磁磁偏角和磁倾角由于环境磁场影响的误差基本在3°以内，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试误差在±2°以内；目前采用的地磁6
传感器检测磁场范围：±6×10 纳特，全球地表上磁场强度30000纳特～60000纳特均在此范围内，弹载磁组合姿态测量装置适应全球不同地域；根据地磁理论和相关文献，地面磁异常幅度分布在-80～+80纳特之间，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试最大误差在±1°以内；
对于地磁场的日常变化，全球平均变化幅值为每年80纳特；如果地磁场偶极矩按照当前的趋势和速率减小下去,则减小到地磁场南北极倒置需要700年；一次地磁极性倒转过程要持续年1000-8000年；
根据分析得知，地磁传感器检测磁场范围能适应全球不同地域，对于各地的地磁异常情况看，不同地域地磁的磁场强度、磁偏角和磁倾角的异常，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试最大误差在±3°以内；
炮弹发射的射角和射向对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度均有影响；
根据地磁理论上，如果射向与磁北方向重合，射击平面与磁北垂直平面重合，此时的磁矢量完全落在射击平面内，如果弹道倾角又与磁倾角相同，地磁在磁传感器组件Y轴的投影为零，这时将无法确定炮弹的滚转姿态角；考虑炮弹飞行过程中俯仰角是从+70°～-70°变化，射向与磁北方向重合又俯仰角与磁倾角相同状态时间很短，由于弹载磁组合姿态测量装置具有误差不累计且1转内很快能恢复测量功能，理论上磁组合姿态测量装置能在0°～
360°全射向内使用；考虑工程应用以及保证测试精度，弹载磁组合姿态测量装置探测弹体滚转姿态信息要求炮弹射向与磁北的夹角大于1.0°以上；
飞行中俯仰角和偏航角的变化对弹载磁组合姿态测量装置的影响根据弹上卫星定位装置处理的实时弹道倾角和航向进行修正，其测试误差对弹载磁组合姿态测量装置的测试误差在2.0°以内；
春夏秋冬不同季节的温度、湿度、大气压力、风均对地磁强度有一定影响；普通气候变化对地磁强度的影响在几十纳特，当地磁产生100纳特的强度异常，对弹载磁组合姿态测量装置测量精度的影响只有1.2°的影响；
从弹载磁组合姿态测量装置几年来在包头447后山靶场和051基地阿拉善靶场不同季节几十次炮射试验看，气象条件对弹载磁组合姿态测量装置测量精度影响很小；
地磁场主要由地核场、岩石圈磁场、干扰场组成；干扰场主要是电离层电流、环电流和磁顶层电流产生的磁场，主要受太阳活动的影响；产生于地核的磁场占地磁场总量的95％以上，地球上地表的强度为30000～60000纳特；异常磁场产生于磁化的地壳岩石,几乎不随时间变化,空间分布频率丰富,波长从几米到几千千米,在地表处的强度占地磁场总量的
4％以上；从地磁理论看，一般的太阳活动变化对地磁场干扰也只有几十纳特，当地磁产生
100纳特的强度异常，对弹载磁组合姿态测量装置测量精度的影响只有1.2°的影响；当太阳表面活动旺盛，太阳表面的闪焰闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束，其中的带电粒子形成的电流冲击地球磁场，引发短波通讯所称的磁暴；当磁暴分为弱、中、强、烈、巨五类，对应磁暴的暴时变化分别为：30纳特、50纳特、100纳特、200纳特、350纳特；对应1957-1993年期间，每年平均发生弱磁暴13次、中磁暴9次、强磁暴6次、烈磁暴1次，而巨磁暴平均每6年才发生一次；巨磁暴对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度影响在±5°以内；磁暴幅度达到千纳特以上，从理论上可较大的影响到弹载磁组合姿态测量装置的测试精度；同时磁暴时会增强大气中电离层的游离化，会产生杂音掩盖通讯时的正常讯号，甚至使通讯中断，或者使高压电线产生瞬间超高压，造成电力中断，也会对航空器造成伤害；巨磁暴条件下，弹载磁组合姿态测量装置能否正常工作也难确定；如在滑翔增程制导炮弹工程产品中采用地磁传感器上弹应用，建议在太阳巨磁暴特定条件下不使用该制导炮弹；
701所先后在南京、武汉组织了2次模拟舰上电磁环境下的器件工作性能试验，经验证弹载磁组合姿态测量装置工作正常；目前弹载磁组合姿态测量装置在试验应用中经051靶场各型雷达照射下能正常工作，不影响测量精度；
对于武器系统电磁环境的适应，一般电动舵机作为控制执行系统，飞行中电流达10A，会产生一定的电磁干扰；武器系统设计时，在舵机舱采用了抗电磁辐射隔离材料；弹载磁组合姿态测量装置设计时专门设计了抗电磁干扰电路；同时弹载磁组合姿态测量装置与舵机电机距离在200mm以上。
一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于地磁导航应用技术领域，具体地说，涉及一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法。
背景技术
[0002] 地磁场是地球系统的基本物理场，是地球的固有资源，为航空、航天、航海提供了天然的参考系，可应用于航天器或舰船的定位定向及姿态控制。利用地球磁场空间分布的磁导航技术简便高效、性能可靠、抗干扰，一直是世界发达国家不可缺少的基本导航定位手段，如自动化程度很高的波音飞机都装载有磁导航定位系统。当前，地磁技术已广泛应用于地球科学、资源探测、航天航空、交通通讯、地震预测、空间天气、测绘等诸多领域，拥有巨大的应用潜力。
[0003] 地球磁场同地球引力场一样，是一个地球物理场，它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部，研究它的变化及其起源，一直是地球动力学中的重要内容之一，而变化磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。地磁场是由不同来源的磁场叠加起来构成的，按其来源可把地磁场分为两大部分：一部分为稳定磁场，另一部分主要是起源于地球外部的快速变化磁场。快速变化磁场比稳定磁场弱的多，最大变化也只占总磁场的2％-4％。因此稳定磁场是地磁场的主要部分。地球主磁场的变化极为缓慢，这种变化称为地磁场的长周期变化。地球的变化磁场则是起源于外部并叠加在主磁场之上的各种短周期的地磁场变化。地球基本磁场变化十分缓慢，年变率在千分之一以下。外源场变化的时间尺寸比较小，变化比较复杂，平静时的外源场的强度不到内源场的千分之一，强扰动时的外源场也在内源场的百分之一以下。因此，在考虑地磁场本身对航天器的影响时，只需考虑内源场中的基本磁场。
[0004] 炮弹的空中姿态测量，特别是高过载下姿态测量在国内仍是一大技术难题,很多方法尚处于探索中。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服炮弹的空中姿态测量技术中存在的缺陷，提供一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法。
[0006] 其具体技术方案为：
[0007] 一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法，包括以下步骤：
[0008] 1)地域磁场异常的影响分析
[0009] 地磁传感器检测磁场范围可以适应全球不同地域，对于各地的地磁异常情况看，不同地域地磁的磁场强度、磁偏角和磁倾角的异常，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试最大误差在±3°以内；
[0010] 2)射击参数影响分析
[0011] 炮弹发射的射角和射向对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度均有影响；
[0012] 磁组合姿态测量装置能在0°～360°全射向内使用，考虑工程应用以及保证测试精度，弹载磁组合姿态测量装置探测弹体滚转姿态信息要求炮弹射向与磁北的夹角大于1.0°以上；
[0013] 飞行中俯仰角和偏航角的变化对弹载磁组合姿态测量装置的影响根据弹上卫星定位装置处理的实时弹道倾角和航向进行修正，其测试误差对弹载磁组合姿态测量装置的测试误差在2.0°以内；
[0014] 3)气象条件影响分析
[0015] 当地磁产生100纳特的强度异常，对弹载磁组合姿态测量装置测量精度的影响只有1.2°的影响；
[0016] 4)地磁异常的影响分析
[0017] 巨磁暴对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度影响在±5°以内，磁暴幅度达到千纳特以上；
[0018] 5)舰载环境的影响分析
[0019] 弹载磁组合姿态测量装置在试验应用中经各型雷达照射下能正常工作，不影响测量精度；
[0020] 6)弹载环境的影响分析
[0021] 飞行中电流达到10A，会产生一定的电磁干扰，制导炮弹设计时，在舵机舱采用了抗电磁辐射隔离材料；弹载磁组合姿态测量装置设计时专门设计了抗电磁干扰电路；同时弹载磁组合姿态测量装置与舵机电机距离在200mm以上。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0023] 本发明提供的一种弹载磁组合姿态测量装置上弹应用的适应性分析方法，该方法从不同地域、射击参数、气象条件、地磁异常、舰载环境、弹载环境等因素分析，弹载磁组合姿态测量装置的测试精度很高并有较强的适应性。
具体实施方式
[0024] 下面结合具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0025] 弹载磁组合姿态测量装置利用地磁场特性探测炮弹滚转信息，从其工作原理看，有如下因素影响其测试精度：不同地域、射击参数、气象条件、地磁异常、舰载环境、弹载环境等，下面分析这些因素对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度影响及其适应性。
[0026] 1)地域磁场异常的影响分析
[0027] 根据地磁场理论，地磁的强度和方向是位置的函数，地球上任何一点的地磁要素(强度、磁偏角和磁倾角)只与该地的经纬度和高度相关。对于不同地域，利用弹上卫星定位装置实时测量的炮弹飞行经纬度可以计算出该处的地磁强度、磁偏角和磁倾角，弹上磁组合姿态测量装置处理算法中已经修正了磁偏角和磁倾角对其测试滚转姿态的影响。根据地磁理论和滚转处理方法，磁倾角变化1°，不同地域上相应滚转基准变化：0.3°-0.8°；磁偏角变化1°，不同地域上相应滚转基准变化：0.1°-0.5°；考虑经纬度测试误差和地磁理论计算误差，目前计算磁偏角和磁倾角的误差在0.1°左右。根据地磁理论和目前不同地域地磁磁偏角和磁倾角由于环境磁场(地下磁铁矿等)影响的误差基本在3°以内，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试误差在±2°以内。目前采用的地磁传感器检测磁场范围：±6×106纳特，全球地表上磁场强度30000纳特～60000纳特均在此范围内，弹载磁组合姿态测量装置可以适应全球不同地域。根据地磁理论和相关文献，地面磁异常幅度分布在-80～+80纳特之间，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试最大误差在±1°以内。
[0028] 对于地磁场的日常变化，全球平均变化幅值为每年80纳特。如果地磁场偶极矩按照当前的趋势和速率减小下去,则减小到地磁场南北极倒置约需要700年左右。一次地磁极性倒转过程大约要持续年1000-8000年。
[0029] 根据分析可知，地磁传感器检测磁场范围可以适应全球不同地域，对于各地的地磁异常情况看，不同地域地磁的磁场强度、磁偏角和磁倾角的异常，对应弹载磁组合姿态测量装置的测试最大误差在±3°以内。
[0030] 2)射击参数影响分析
[0031] 炮弹发射的射角和射向对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度均有影响。
[0032] 根据地磁理论上，如果射向与磁北方向重合，射击平面与磁北垂直平面重合，此时的磁矢量完全落在射击平面内，如果弹道倾角又与磁倾角相同，地磁在磁传感器组件Y轴的投影为零，这时将无法确定炮弹的滚转姿态角。考虑炮弹飞行过程中俯仰角是从+70°～-70°变化，射向与磁北方向重合又俯仰角与磁倾角相同状态时间很短，由于弹载磁组合姿态测量装置具有误差不累计且1转内很快能恢复测量功能，理论上磁组合姿态测量装置可以在0°～360°全射向内使用。考虑工程应用以及保证测试精度，弹载磁组合姿态测量装置探测弹体滚转姿态信息要求炮弹射向与磁北的夹角大于1.0°以上。
[0033] 飞行中俯仰角和偏航角的变化对弹载磁组合姿态测量装置的影响根据弹上卫星定位装置处理的实时弹道倾角和航向进行修正，其测试误差对弹载磁组合姿态测量装置的测试误差在2.0°以内。
[0034] 3)气象条件影响分析
[0035] 春夏秋冬不同季节的温度、湿度、大气压力、风等均对地磁强度有一定影响。普通气候变化对地磁强度的影响在几十纳特，当地磁产生100纳特的强度异常，对弹载磁组合姿态测量装置测量精度的影响只有1.2°左右的影响。
[0036] 从弹载磁组合姿态测量装置几年来在包头447后山靶场和051基地阿拉善靶场不同季节几十次炮射试验看，气象条件对弹载磁组合姿态测量装置测量精度影响很小。
[0037] 4)地磁异常的影响分析
[0038] 地磁场主要由地核场、岩石圈磁场、干扰场组成。干扰场主要是电离层电流、环电流和磁顶层电流产生的磁场，主要受太阳活动的影响。产生于地核的磁场约占地磁场总量的95％以上，地球上地表的强度为30000～60000纳特。异常磁场(也叫地壳场),产生于磁化的地壳岩石,几乎不随时间变化,空间分布频率丰富,波长从几米到几千千米,在地表处的强度占地磁场总量的4％以上。从地磁理论看，一般的太阳活动变化对地磁场干扰也只有几十纳特，当地磁产生100纳特的强度异常，对弹载磁组合姿态测量装置测量精度的影响只有1.2°左右的影响。当太阳表面活动旺盛，太阳表面的闪焰闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束，其中的带电粒子形成的电流冲击地球磁场，引发短波通讯所称的磁暴。当磁暴分为弱、中、强、烈、巨五类，对应磁暴的暴时变化分别为：30纳特、
50纳特、100纳特、200纳特、350纳特。对应1957-1993年期间，每年平均发生弱磁暴13次、中磁暴9次、强磁暴6次、烈磁暴1次，而巨磁暴平均每6年才发生一次。巨磁暴对弹载磁组合姿态测量装置的测试精度影响在±5°以内。磁暴幅度达到千纳特以上，从理论上可较大的影响到弹载磁组合姿态测量装置的测试精度(10°以上误差)。同时磁暴时会增强大气中电离层的游离化，会产生杂音掩盖通讯时的正常讯号，甚至使通讯中断，也可能使高压电线产生瞬间超高压，造成电力中断，也会对航空器造成伤害。巨磁暴条件下，弹载磁组合姿态测量装置能否正常工作也难确定。如在滑翔增程制导炮弹工程产品中采用地磁传感器上弹应用，建议在太阳巨磁暴特定条件下不使用该制导炮弹。
[0039] 5)舰载环境的影响分析
[0040] 701所先后在南京、武汉组织了2次模拟舰上电磁环境下的器件工作性能试验，经验证弹载磁组合姿态测量装置工作正常。目前弹载磁组合姿态测量装置在试验应用中经051靶场各型雷达照射下能正常工作，不影响测量精度。
[0041] 6)弹载环境的影响分析
[0042] 对于武器系统电磁环境的适应，一般电动舵机作为控制执行系统，飞行中电流可达10A左右，会产生一定的电磁干扰。武器系统设计时，在舵机舱采用了抗电磁辐射隔离材料；弹载磁组合姿态测量装置设计时专门设计了抗电磁干扰电路；同时弹载磁组合姿态测量装置与舵机电机距离在200mm以上。从目前地面调试和炮射飞行试验结果看，弹载磁组合姿态测量装置未受明显干扰，很好地适应本弹电磁环境。
[0043] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
