基于地磁测量的弹体滚转角测量系统设计

4 磁测角系统精度分析
4．1 磁阻传感器自身性能引起的测角误差
参考HMCl052的技术参数，通过计算在表l列出了其自身性能引起的测角误差。

表1由参考文献按照线性关系计算得出。
由表1可见．若传感器总误差控制在0．5 mgauss以下．那么总测角误差不会超过0．051°。即

4．2 其他器件引起的测角误差
(1)放大器误差 传感器的桥压为5 V，地磁场的典型值为0．5~0．6 Guass(1 G=10-4T)，则由传感器输出特性曲线可知在磁场范围为±2Guass时输出电压信号为±20 mV，这么微弱的信号须经过放大才能传给后续电路。参考AMP04的技术参数．按照线性关系计算，综合温度变化引起的误差和输出产生的线性度误差，得到该放大器的误差小于0．022°。
(2)A／D转换的分辨率 若要求测角误差小于0．1°，则应选择最小12位的A／D转换器。选用了ADI公司的14位A／D转换器AD7865，它的主要误差是量化误差和线性误差。量化误差=0．030％，线性误差=0．012％(FSR)，那么转换为角度误差为0．024°。
(3)温度变化引起的误差 磁传感器的温度漂移是不匹配的，会对测角输出有直接影响。可以对此补偿的一个简单方法是用Set／Reset，可以消除温漂、整流偏移电压、运放偏移电压以及运放的温度漂移。使用此方法，可使磁读数受温度的影响控制在小于0．01％，即超过50℃的温度变化，转换为角度误差小于0．029°。
通过上述误差估算，可以看出传感器和信号的放大电路部分仍然是影响系统精度的最关键部分。以上分析的各部分误差经过计算，得到综合误差为0．067°。一般要求器件的误差要优于系统给定性能指标的10倍。则上述该误差的10倍为0．67°，且小于精度是l°的测角要求。

5 磁测量系统的实时性设计
对于360°滚转姿态的测量．实时性非常重要．它直接影响到弹道修正的效果。当弹体的滚转速率为30 r／s时，如果测量精度要达到1°．那么每度的响应时间可由下式给出：

对于整个角度测量系统来说．响应时间的分配是至关重要的。设双轴磁阻传感器的响应时间为ts，A／D转换时间为tad，RS485通信输出时间为t485，解算算法时间为tds，则系统响应时间为：

由上式可见，角度测量系统的实时性设计主要就是上述各量的实时性设计．其中只有解算算法时间需要软件实时性设计，其他则需要硬件实时性设计。角度解算的关键在于非线性方程组的求解。
说明：
(1)经过公式和实验可得所设计的角度测量装置的响应时间小于40μs，远小于92．6μs的系统要求；
(2)92．6μs的系统时间要求是建立在弹体滚转速度为30 r／s的条件下的．而现实中GPS制导弹药还没有达到这个转速。
综上两点，系统的实时性完全可以满足。

6 实验数据分析
弹体滚转角测量系统的滚转解算研究是以当地地磁矢量为基准进行的，在测量实验时三轴高精度转台输入的数据是10 r／s，系统采样时间是0．1 ms。转台外框和中框保持不动，对应于弹体运动时俯仰角和偏航角保持不变的状态。对测角系统输出的数据，采用中值滤波联合小波强制滤波的去噪方法，滚转解算是依据滤波后的平滑信号进行的，如图3所示。

可见，用地磁传感器的测量来解算弹体的滚转角是可行的，能够很好的反映弹体的滚转姿态。由图3可见：解算的滚转角图形线性度较差，有较大的波动，尤其在起始段。由于起始段干扰影响严重，尤其是实验中电机起动时影响最大。故在实际弹上应用过程中，要想达到理想的精度要求，必须对各种于扰因素予以研究并进行误差补偿。