制导炮弹是当前陆军武器装备发展的主要方向之一。随着常规炮弹制导化的发展,炮弹的打击精度和总体作战效能显著提高,使得身管火炮迈入了低成本精确打击时代。炮弹姿态和角速率信息的准确测量是实现精确制导、控制的基础。本文从提高制导炮弹姿态测量精度的实际需求出发,开展高动态环境下制导炮弹姿态测量技术基础理论和关键技术研究。论文的主要研究内容如下:(1)设计了高动态环境下制导炮弹姿态测量方案。首先对制导炮弹姿态测量系统性能需求进行分析,据此设计了高动态环境下制导炮弹姿态测量方案,并就姿态测量方案中惯性姿态测量组件和磁阻姿态测量组件的基本原理、传感器选型、误差特性分析、误差标定及补偿展开研究。同时,分析了高过载环境对角速率测量陀螺性能的影响,提出一种适用于高动态钟形振子式角速率陀螺(Bell-shaped vibratory angular rate gyro,BVG)谐振子的振动特性分析方法,实现了高过载条件下对陀螺谐振子的固有频率和固有振型的精确检测,为后续姿态测量奠定了基础。(2)研究了基于陀螺信号重构的姿态测量算法。从分析制导炮弹高动态工作环境出发,将实际的制导炮弹运动环境简化为规则进动和一般线性角速率机动并存环境;推导了制导炮弹处于这种复合环境中的圆锥误差,提出了一种基于陀螺信号重构的直接圆锥误差补偿算法,并确立了圆锥误差补偿算法的精度判断准则;开展了基于陀螺信号重构的直接圆锥误差补偿算法的仿真分析与性能评估;设计了基于陀螺信号重构的姿态测量算法并进行了仿真验证,解决了制导炮弹在高动态工作环境中的姿态测量难题。(3)研究了改进零交叉法全磁阻传感器姿态测量算法。在分析传统的全磁传感器姿态测量算法的基础上,提出了一种改进零交叉法全磁阻传感器姿态测量算法,对比分析了该算法在发射窗范围、抗噪能力和磁盲区适应性等方面的优势,并通过开展地磁测姿仿真验证新方法的有效性。相比于传统全磁传感器姿态测量算法,本文提出的改进零交叉法全磁阻传感器姿态测量算法具有一定的优势和实际应用价值,为实际工程应用提供了一种理论方案支撑。(4)研究了制导炮弹绕质心运动特征解耦方法。分析了制导炮弹绕质心运动特征解耦原理,设计了制导炮弹绕质心运动特征解耦算法,并提出制导炮弹高旋条件下的滚转角速率、进动角速率和半锥角测量方法。通过求解滚转角速率、进动角速率和半锥角,实现了制导炮弹绕质心运动特征的解耦,为基于陀螺信号重构的直接圆锥误差补偿奠定了基础。(5)开展了高动态姿态测量算法试验验证。设计了制导炮弹姿态测量系统原理样机,搭载某弹进行飞行试验。试验结果表明,在弹丸轴向发射过载超过15000g、轴向角速率最大值为6.9r/s的高过载和高旋转环境中,本文提出的姿态测量算法可以精确解算出弹丸的姿态信息,满足了高动态环境下制导炮弹姿态测量应用需求。