说起制导武器并不陌生，但很多人首先想到的都是各种导弹，本项目所涉及的是一种双旋制导炮弹，炮弹与导弹的区别在于有没有主动的动力系统，同时在体积，制导方式，效费比方面具有很大的差异。最近几年小口径制导炮弹逐渐成为制导武器研究的热点，某双旋制导炮弹（弹头与弹体反向旋转为系统提供电能，同时也是执行机构）就属于其中一种。该炮弹属于末制导炮弹，在姿态调整阶段，需要实时检测执行机构的角位移信息，作为控制算法的反馈量，确保姿态调整稳定准确。首先想到精确检测角度信息的方案是用陀螺仪或者编码器，检测执行机构（等效于单轴方向）的角度，角速度信息。但是MEMS陀螺仪根本不能承受炮弹刚发射出去的重力加速度，在炮弹发射瞬间内部结构就会被破坏，目前比较先进的MEMS陀螺仪最大能够承受10000g的重力加速度，但是价格非常昂贵，不满足于一颗炮弹的效费比。而编码器不满足整个控制仓的体积要求。（本项目采用IDT——ZMID5201套件）

主控采用STM32系列芯片，内部集成浮点运算单元FPU，数字信号处理方面增加了DSP指令集，在解算四类信号的时候用到部分功能。

控制输出电路主要实现电平转换与隔离的作用，输出PWM给执行机构。

 RS232串口电路，用于单轴转台上主控与上位机进行通信，查看姿态数据与控制数据。

ADC采集接口，用于采集IDT传感器输出信号，压电寻地信号与导引头信号。

                             

存储电路与供电电路，由于采集四类信号数据量比较庞大，所以需要对数据进行分扇区存储。

 

在调试阶段需要对控制板输入指令，但在双轴转台上，由于弹体旋转的缘故，接线不方便所以采用无线通信，来发送指令。

未公开电路：北斗接收机电路，压电寻地电路和峰值保持电路（相关文章已被宇航学报录用，如需参考可去知网下载）。

压电寻地电路，用于炮弹在飞行过程中检测大地方向，以此作为基准输出控制信号。

峰值保持电路，在处理导引头信号时，探测器探测到的激光脉冲信号频率比较高，需要对探测器响应信号做脉宽处理。以便准确求出目标姿态角。

北斗接收机电路，用于实时检测炮弹飞行过程中在地心坐标系中的速度与加速度信息。由此解算炮弹的实时姿态角。

硬件模块电气连接如下图：

特别需要说明的是执行机构与弹翼固连，执行机构旋转不同的角度值并且停留时间进行控制能够产生不同的控制力（升力与阻力），达到调整姿态的目的。IDT传感器（理论检测范围为0-360度）用于检测执行机构的旋转角度作为反馈信号给控制系统，确保执行机构能够旋转准确的某一角度值。

            

由于此项目未结题，软件部分暂不公开，仅提供控制框图如下。

调试与演示结果

1.可行性验证

对于传感器套间的应用，首先查看了手册，依据手册进行线性化配置。配置完成后，在单轴转台另执行机构旋转两周，测量IDT角度传感器与陀螺仪Z轴（检测角速度）的原始数据进行分析，从示波器图片可以看到IDT角度传感器在执行机构旋转两周所输出的角度信息线性度和重复性很好，比起陀螺仪的原始数据扰动小太多。采用其用于检测角位移是可行的。

单轴转台 

                            

旋转一周360°输出电压范围0.2v到4.7v，在主控采集的时候需要电阻分压然后再进行AD采集。

2.控制结果

简易平台

电气连接

传感与炮弹Z轴通过联轴器连接

上电初始化平台

单通道控制结果

视频：

最后需要改进的地方：由于炮弹控制仓所处环境比较复杂，此方案在抗电磁干扰方面表现还有待提高，在第二版设计中需要重新画板并考虑电磁干扰问题。